大洋環(huán)流總結(jié)一、描述世界大洋的風(fēng)場和環(huán)流場1、太平洋風(fēng)場：a、風(fēng)場分布，在低緯和極地附近大致是東風(fēng)帶，而在中緯是西風(fēng)帶。b、太平洋年平均風(fēng)場南北不對稱，太平洋的輻合帶（ITCZ）在北半球，可以看作太平洋的南北風(fēng)的的分界線。環(huán)流：a、中低緯度海區(qū)，以副熱帶海區(qū)為中心的大洋環(huán)流，北順南逆。b、北半球中高緯度海區(qū)逆時針方向環(huán)流，南極大陸外圍，西風(fēng)漂流。c、存在南北赤道流及北赤道逆流，北赤道逆流是南北赤道流的分界線，太平洋流南北不對稱，南赤道流越過赤道。d、東西邊界流不對稱，西強(qiáng)東弱，西窄東寬，西邊界流包括黑潮和東澳大利亞海流，東邊界流主要有加利福尼亞寒流和秘魯海流，其中黑潮最強(qiáng)。2、大西洋風(fēng)場：a、低緯和極地附近大致是東風(fēng)帶，而在中緯是西風(fēng)帶。b、大西洋南半球風(fēng)場南北分量較強(qiáng)，原因是大西洋東西較窄。環(huán)流：a、基本洋流赤道流系和南北海盆的副熱帶環(huán)流與太平洋類似。b、北大西洋流系主要有北赤道流、灣流、亞述爾海流和加那利海流，其中是最強(qiáng)的西邊界流。c、南大西洋流系主要有南赤道流、巳西海流、南大西洋流和本格拉海流。d、巳西海流遠(yuǎn)小于北大西洋的灣流，原因是南赤道流大部分進(jìn)入北大西洋。3、印度洋風(fēng)場：a、在三大洋中，唯獨(dú)北印度洋與眾不同，在冬、夏季風(fēng)作用下形成季風(fēng)環(huán)流，簡稱“夏順冬逆”。環(huán)流：a、冬季盛行東北季風(fēng)，形成北印度洋的逆時針環(huán)流。b、夏季西南季風(fēng)盛行，西邊界流是索馬里寒流，北印度洋地區(qū)環(huán)流是順時針的。c、南部洋流基本穩(wěn)定，形成印度洋南部的逆時針環(huán)流。d、南印度洋的東邊界流是暖流，與風(fēng)向相反。二、基本概念1、科氏參數(shù)由于地球是自轉(zhuǎn)的，考慮地轉(zhuǎn)，引入科氏參數(shù)f=2O?sin。2、Rossby數(shù)判斷運(yùn)動尺度大小的參數(shù)，R°=〒,Ro?1是大尺度運(yùn)動。物理意義兒U-■慣性項/科氏力：Ro=—"UL

■旋轉(zhuǎn)時間尺度/平流時間尺度Ro=y/-?相對速度/牽連速度Ro=U/fL-相對渦度/牽連渦度Ro=—/f3、正壓運(yùn)動正壓海洋：等密度面和等壓力面平行▽qx^p=o。泰勒-普勞德曼定理：渦度方程中如果運(yùn)動達(dá)到定常狀態(tài)，同時外力作用可以忽略（大尺度運(yùn)動），斜壓項為0（正壓流體），設(shè)流體不可壓，忽略相對渦度得u二0,得——=0,即流體在某一高度垂直速度為0,在所有高度速度都為0,運(yùn)動為dz二維的，可描寫為柱狀運(yùn)動。斜壓海洋：斜壓海洋：等密度面和等壓力面不平行▽px^p/o。熱成風(fēng)關(guān)系：渦度方程中如果運(yùn)動達(dá)到定常狀態(tài)，同時外力作用和相對渦度可以忽略（大尺度運(yùn)動），￡S1dp忽略（大尺度運(yùn)動），￡S1dpdp如p-OZoxVpxVpP'rdu1dpdp簡化后〃乏-歹靈否熱成風(fēng)關(guān)系構(gòu)建了垂直流速的變化和水平密度（溫度）變化之間的關(guān)系，是大洋中非常重要的流速和密度（溫度）的關(guān)系式。熱成風(fēng)關(guān)系的應(yīng)用：a、根據(jù)大洋內(nèi)部的垂向密度分布利用熱成風(fēng)推斷北赤道流和逆流的方向，西邊界流和東邊界流的方向。p-sect150

p-sect150>-o>—-<o,f-^―=——>-0>假設(shè)海底流速為0,U為正值，流動向dydz亥P~亥dy東，反之，u為負(fù)值，流動向西，即東西方向的流速是由南北方向的密度梯度決定，而南北方向的流速是由東西方向密度的梯度決定。b、在赤道即使史較小，由于f很小，根據(jù)弟，流速也較大。禽戎P戎C三、渦度方程絆=g%-州.“+%頃+渦度方程表明：渦度的變化由內(nèi)因、dtdtp-p斜壓作用和外因共同決定，絕對渦度的變化和相對渦度的變化一樣。a、內(nèi)部作用主要表現(xiàn)在流體柱的垂直流速剪切導(dǎo)致渦度變化和流體柱的輻合輻散導(dǎo)致渦度變化。8-「如切瀝］di(-rdvr一+J^a一一ka\dud\>一Hdxdy=coa—y/z+di(-rdvr一+J^a一一ka\dud\>一Hdxdy內(nèi)部作用導(dǎo)致渦度變化——愣次定律背景渦度向上背景渦度通量減少垂直速度剪切導(dǎo)致流體柱傾斜產(chǎn)生向上相對渦度、擊在、缶HJ心彌補(bǔ)背景渦度變化誘生逆時針的環(huán)流背景渦度向外背景渦度通量減少輻合導(dǎo)致流體柱面積縮小產(chǎn)生向夕卜相對渦度彌補(bǔ)背景渦度變化誘生逆時針的環(huán)流3E流體運(yùn)動導(dǎo)致的渦度變化類似于磁場中線

運(yùn)動導(dǎo)致的感應(yīng)磁場和感應(yīng)電流變化背景渦度向上背景渦度通量減少垂直速度剪切導(dǎo)致流體柱傾斜背景渦度向外背景渦度通量減少輻合導(dǎo)致流體柱面積縮小3Er.一.'b、斜壓作用表現(xiàn)在

渦度變化原因2余I壓作用斜』I、.作用蚪致渦度的變化類似「內(nèi)部作川，也適用于愣次定律四、位渦方程和位渦守恒渦度變化原因2余I壓作用1、準(zhǔn)地轉(zhuǎn)位渦方程+（以￡+1，旦）?1=/0半+C"g或空+W，0）=C"沂，如果外力忽\oxoy）ozdt=0,則位渦守恒。2、Kelvin定理：g^=0，得；（很+2OsinQl）=二~[￡+1/'）4]=0,由于atdtdtHA—const?所以§二'）=。（位渦守恒）3、位渦守恒的應(yīng)用dtHa、f變化不大時，流體沿著等深線運(yùn)動。b、h變化不大時，流體沿著緯線運(yùn)動。c、當(dāng)流體遇到地形變化時，相對渦度變化來平衡地形變化導(dǎo)致的位渦改變。d、赤道潛流的形成。赤道外，位渦為：赤道上，位渦為：/二Ju4HHHH所以赤道上的相對渦度很大。=多-黑^一半，形成赤道上東西方向流動的赤道潛流我傳6,五、Rossby波1、位渦守恒和位渦梯度的存在是Rossby波形成的機(jī)制，當(dāng)產(chǎn)生一個北向的擾動時，f增大，由=const知〈減小，產(chǎn)生順時針渦旋，帶動西邊水團(tuán)向北運(yùn)動，產(chǎn)生向西的H波動。-2、頻散關(guān)系力=——，Rossby波是頻散波，頻散波就是相速度和群速度不相K廿22_2等，相速度c=—=少群速度cf）。相速度都向西，群kK、篇"（K、疔尸速度長波向西，短波可以向東。

六、Sverdrup理論1、Sverdmp關(guān)系制景卜需號為阿吵缶斜￡dw=fr+curlFoz假定運(yùn)動定常，忽略相對渦度和海面海底變化，忽略風(fēng)應(yīng)力作用（Ekman層以下）：TOC\o"1-5"\h\zA=/—彖伽，腿Sverdiup關(guān)系的物理意義：其實(shí)質(zhì)是位渦守恒，當(dāng)=Y0,,1/<odzoz伽’向南運(yùn)動，由位渦守恒也可得出流體向南運(yùn)動（yYO,水柱壓縮，f減小，向南運(yùn)動），Sverdrup關(guān)系只在地轉(zhuǎn)層成立。七2、Sveidnip平衡考慮上下面摩擦作用，積分Sverdmp關(guān)系，假定垂直流速為0,得:皮S皮S="￡)也=curl"/Sverdrup平衡Sverdmp平衡給出了經(jīng)向流速和風(fēng)應(yīng)力的關(guān)系，是大洋環(huán)流中非常重要的理論。/3（YG+*.）=PVS,體現(xiàn)了從海表到海底的總輸運(yùn)，即Sveidnip輸運(yùn)等于Ekinan輸運(yùn)和地轉(zhuǎn)輸運(yùn)之和。3、Sverdrup理論的局限Sverdmp關(guān)系僅在大洋Ekman層以下，且不是海底和大洋邊界時成立。Sveidnip平衡要求在海底、海表W=0,且海底和海表無起伏，海底應(yīng)力忽略，較脆弱，Sverdmp理論只能回答大洋內(nèi)區(qū)的流場分布，無法解決西邊界流問題。七、西向強(qiáng)化忽略海底地形、海面起伏和海底的垂直速度，在Ekman層以下的地轉(zhuǎn)層內(nèi)方程變?yōu)?TOC\o"1-5"\h\z—vV+sJ板,vW)+=vv-//VV+evWdtdx1、Stonuiial西向強(qiáng)化理論十假定底摩擦最重要，忽略其他項，只保留Beta項：竺+“竺=0,得出方效應(yīng)是造成西向強(qiáng)化的主要原因。dx2dx2、Muiik西向強(qiáng)化理論假定側(cè)摩擦最重要，忽略其他項，只保留Beta項：A*-舟OXOXMunk解不僅可以得到西邊界流，還可以解出回流區(qū)。

3、慣性西邊界層理論、假定慣性項也就是非線性項重要：J（y/^+fiy）=O其中＜=也物理上更切合實(shí)際。dx"一寸“+必=1*一寸“+必=1*一【毆甲+監(jiān)加dt、'EU慣性西邊界層M偵北西邊界

層理論理論StQmnB.!.西邊EUM偵北西邊界

層理論界層理論a、Beta效應(yīng)的存在是東西不對稱的主要原因。b、Rossby波在西邊界的反射（能量來源）。C、陸地邊界存在（摩擦的作用）。d、質(zhì)量守恒（平衡Sverdmp內(nèi)區(qū)解）。八、一層半模式1、一層半模式又稱為約化重力模式，假定海洋被溫躍層分為兩層，流動只發(fā)生在上層,下層流體靜止且無限深。P），以P），以2=0一層半模式的一個重要結(jié)論:海面起伏和次表層溫躍層起伏方向相反，量級相差3個左右。2、溫躍層形成原因：a、海表面負(fù)的風(fēng)應(yīng)力旋度造成海表面高度的變化（根據(jù)Sverdnip理論，從東邊界開始積分風(fēng)應(yīng)力旋度，計算自東向西的每一點(diǎn)流函數(shù)，得到海面起伏的分布）。b、由一層半模式知，海表面最高的地方就是溫躍層最深的地方。九、熱鹽環(huán)流..?Stmmel.Arons理論（純動力學(xué)）1、Stommel和Aron把Sverdrup平衡用于大洋深層，這里的驅(qū)動是上下層間的沉降驅(qū)動。。wfyv\vn對Pv=f—垂直積分得：pv=^-艮|Ju=—9—tan。,由此得：只要wo>0,內(nèi)區(qū)dzHH的徑向流動就是向極地的，質(zhì)量守恒要求存在一個深層反向的西邊界流。2、缺陷是忽略了對熱鹽環(huán)流影響很大的地形作用，在AABW（南極底層水）深度處并不明顯，而且內(nèi)區(qū)流并不是徑向流占優(yōu)，相反是緯向流很大。十、Stonune1雙盒模式（純熱力學(xué)）1、設(shè)計了一個由兩條管子連接的由兩個盒子組成的簡單模式，溫度和鹽度是由松弛條件驅(qū)動的，流率q由兩容器間的密度差決定，由溫鹽守恒定律可得：=c（J-T）-\2q\T（方程可略）=d（S^-S）-\2q\Sp=pq_（/r+ps）定義了三個無量綱參數(shù)：8=-^=°K,R=^，當(dāng)&=2,5=1/6,4=1/5c，4po^T，dT2、對應(yīng)著三種可能的熱鹽模態(tài)。1）溫度控制的穩(wěn)定狀態(tài)，有著相對快的環(huán)流2）鹽度控制的穩(wěn)定狀態(tài)，相對慢的環(huán)流。3）不穩(wěn)定狀態(tài)，任何的小擾動都會使系統(tǒng)偏離此狀態(tài)。當(dāng)A=2,5=1,4=1/5系統(tǒng)只有一個平衡點(diǎn)，即只有一個模態(tài)。3、鹽度和溫度的松弛時間差異很大使得系統(tǒng)呈現(xiàn)多重解現(xiàn)象，當(dāng)R接近1時（即溫