Collaborative Research: A Lagrangian Description of Breaking Ocean Surface Waves from Laboratory Measurements and Stochastic Parameterizations.

合作研究:根据实验室测量和随机参数化对破碎海洋表面波浪的拉格朗日描述。

基本信息

  • 批准号:
    1524241
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 31.25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2014
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2014-08-18 至 2019-09-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Wave breaking effects are important in many areas of atmospheric and ocean sciences, including air-sea interaction and momentum, energy and biogeochemical fluxes; hurricane dynamics and thermodynamics; pollutant transport and dispersion; aerosol production and ocean acoustics, to name a few. The goal of this collaborative research is to build a stochastic Lagrangian parameterization of surface wave breaking that can subsequently be applied to wave and ocean modeling. The students and postdoctoral researchers employed in this project will gain experience in the disciplines of science, technology, engineering and mathematics (STEM). The data and breaking parameterization developed here will subsequently find direct application in atmosphere and ocean modeling.Increases in the fidelity and resolution of ocean models, specifically those focused on the sub-mesoscales, require improved representation of surface wave processes. In addition to the importance of wave breaking in the dynamics of wave-current interaction, it also plays an important role in mass transport beyond that represented in classical theories of Stokes drift; in the dynamics and kinematics of Langmuir turbulence; and, more generally, in the transport and dispersion of tracers and pollutants. This research involves laboratory experiments to measure the Lagrangian displacement and velocity of fluid particles in breaking waves. The data will then be used to develop and parameterize a stochastic ordinary differential equation, within the class of Langevin equations, to describe the Lagrangian motion of the fluid elements. The parameterization will be constrained by the n-point structure functions for the experimentally obtained particle paths, which are comparatively easier to obtain and to relate to a stochastic ordinary (Lagrangian) differential equation, when compared to obtaining the n-point structure function of an (Eulerian) stochastic partial differential equation. Given the Lagrangian model, a projection to the Eulerian frame will be used to obtain the dynamical representation of breaking for wave-current interaction and other mixed-layer processes.
在大气和海洋科学的许多领域中,波浪破裂作用很重要,包括空气相互作用和动量,能量和生物地球化学通量;飓风动力学和热力学;污染物运输和分散;气雾剂生产和海洋声学,仅举几例。这项协作研究的目的是建立一个随后的表面波破裂参数化,随后可以应用于波浪和海洋建模。该项目雇用的学生和博士后研究人员将获得有关科学,技术,工程和数学学科(STEM)的经验。此处开发的数据和破坏参数化将随后在大气和海洋建模中找到直接应用。在海洋模型的忠诚度和分辨率中,特别是针对亚镜尺寸的海洋模型的信息,需要改善表面波过程的表示。除了波浪交互动力学在波动相互作用的动力学中的重要性外,它在大规模运输中也起着重要的作用,超出了斯托克斯经典理论漂移的经典理论。在Langmuir湍流的动力学和运动学中;而且,更一般而言,在示踪剂和污染物的运输和分散中。这项研究涉及实验室实验,以测量断裂波中流体颗粒的拉格朗日位移和速度。然后,数据将用于在Langevin方程中开发和参数化随机的普通微分方程,以描述流体元素的Lagrangian运动。与获得(Eulerian)随机偏差的N点结构函数相比,参数化将受到实验获得的粒子路径的N点结构函数的约束,该粒子路径的N点结构函数相对易于获取并与随机普通(Lagrangian)微分方程相关。鉴于Lagrangian模型,对Eulerian框架的投影将用于获得波流相互作用和其他混合层过程破裂的动态表示。

项目成果

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