混合层

海洋或湖泊混合层是一个活跃的湍流使一定范围的深度均匀化的层。 表面混合层是由风、表面热通量或蒸发或海冰形成等导致盐度增加的过程产生湍流的层。 大气混合层是位温和比湿随高度几乎恒定的区域。 大气混合层的深度称为混合高度。 湍流通常在流体混合层的形成中起作用。

混合层在物理气候中起着重要作用。 由于海水的比热比空气大得多，因此海洋表层 2.5 米的热量与其上方整个大气层所含的热量一样多。 因此，将 2.5 m 的混合层改变 1°C 所需的热量足以将大气温度升高 1°C。 因此，混合层的深度对于确定海洋和沿海地区的温度范围非常重要。 此外，储存在海洋混合层中的热量为驱动厄尔尼诺等全球变率提供了热源。

混合层也很重要，因为它的深度决定了海洋生物看到的平均光线水平。 在非常深的混合层中，被称为浮游植物的微小海洋生物无法获得足够的光线来维持它们的新陈代谢。 因此，北大西洋冬季混合层的加深与表面叶绿素 a 的强烈减少有关。 然而，这种深度混合也补充了近地表的养分储备。 因此，当混合层在春季变浅且光照水平增加时，浮游植物生物量通常会随之增加，这被称为春季水华。

在开阔海洋混合层内驱动湍流混合有三种主要的能量来源。 xxx个是海浪，它以两种方式起作用。 首先是在海面附近产生湍流，将轻水搅动向下。 尽管这个过程向上方几米处注入了大量能量，但大部分能量消散得相对较快。 如果洋流随深度变化，波浪会与它们相互作用，从而推动称为朗缪尔环流的过程，这种大漩涡会搅动到数十米的深度。 第二种是风力驱动的水流，它会产生具有速度剪切的层。 当这些剪切力达到足够大时，它们会吞噬分层流体。 这个过程通常被描述和建模为 Kelvin-Helmholtz 不稳定性的一个例子，尽管其他过程也可能发挥作用。 最后，如果冷却、冰冻海冰中的盐水添加或表面蒸发导致表面密度增加，就会发生对流。 最深的混合层（在拉布拉多海等地区超过 2000 米）是通过这个最终过程形成的，这是瑞利-泰勒不稳定性的一种形式。 混合层的早期模型，例如 Mellor 和 Durbin 的模型，包括最后两个过程。 在沿海地区，潮汐引起的大速度也可能在混合层的形成中发挥重要作用。

混合层的特点是整个层的温度和盐度等特性几乎一致。 然而，速度可能会在混合层内表现出明显的剪切力。 混合层底部具有梯度特征，水的性质在此发生变化。 海洋学家根据对水的物理特性的测量，在任何给定时间使用各种数字定义作为混合层深度。 通常，会发生称为温跃层的突然温度变化，以标记混合层的底部； 有时也可能发生称为盐跃层的突然盐度变化。 温度和盐度变化的综合影响会导致密度突然变化，或称密度跃层。 此外，营养物（nutricline）和氧气（oxycline）的急剧梯度以及叶绿素浓度的xxx值通常与季节性混合层的底部位于同一位置。

混合层的深度通常由水文学确定——测量水的特性。 通常用于确定混合层深度的两个标准是温度和相对于参考值（通常是表面测量值）的 sigma-t（密度）变化。 Levitus (1982) 中使用的温度标准将混合层定义为温度从表面温度变化为 0.5 °C 时的深度。 Levitus 中使用的 sigma-t（密度）标准使用表面 sigma-t 发生 0.125 变化的深度。 这两个标准都暗示混合层正在发生主动混合。