E 60 E 90 E 120 E 150 E 180 150 w 120 w 90 w 60 w 30 w Nji
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- 30 e 60 e 90 e 120 e 150 e 180 150 w 120 w 90 w 60 w 30 w图1.33区域部分的盐度58.5°S(南大洋)。
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- 30 e 60 e 90 e 120 e 150 e 180 150 w 120 w 90 w 60 w 30 w图1.34带状部分潜在的密度(公斤/立方米)58.5°S(南大洋)。
纬向密度地图相关的强密度方面主要地形特性在南大洋。自从大规模海洋循环应该满足地转状态约束,这些经向密度方面意味着强烈的子午速度方面在南大洋与这些主要的地形特性有关。缺少经向土地的障碍使得建立一个区域压差在这个纬度的乐队是不可能的。因此,就没有地转流在子午方向上如果没有底部地形。然而,南大洋的主要地形特征的存在导致一些主要的,永久性的,eddy-like特性,循环中扮演着重要的角色在这个纬度的乐队。
1.3海洋1.3.1介绍各种类型的运动
运动在世界上的海洋覆盖很大范围的时空尺度。这些运动可以分为动荡,波浪和洋流。
在小规模(毫米)的顺序和高频频谱,可分为海洋湍流运动,表面和内部重力波。虽然这些运动也与大规模交互动作,他们的研究的许多方面不同于大型动力学;因此它们不是这本书的焦点。
在光谱的另一端,有大规模(1公里至10000公里)的海浪和海流,如图1.35所示。(注意,虽然内波可以水平超过1公里的规模,我们不包括在这本书中讨论的大规模运动)。这些运动是进一步分为四个主要类别。
潮汐
潮汐的研究可能是最熟悉的自然科学的分支之一。人类开始观察潮汐运动文明的开始。一般来说,潮汐运动涉及到整个流域的空间尺度上。由于复杂的地形形状的海岸线和底部,潮汐运动还可以涉及到空间尺度上比盆地规模小得多;然而,这样相对小规模的运动相关盆地规模潮汐运动开放的海洋。尽管大多数组件潮汐的频率的一天,一些组件可以有更长时间,如年度和半年度太阳能潮汐。
理论的潮汐运动动力海洋学最古老的分支之一。潮汐运动开始的现代理论从古典牛顿(1687)的平衡理论的潮汐和拉普拉斯(1775)潮流方程的配方。由于潮汐运动主要是由天文部队和海岸线的形状和海底,他们几乎可以被认为是定常比纪念短时间尺度。事实上,世界上的海洋潮汐表已经打印了很多年后的未来。
大规模以及这些包括罗斯比波和低频波开尔文波,他们发挥着至关重要的作用在时间演化的海洋环流。这些波的主要区别和常见的重力波,这些波的特点是地球自转的事实是他们的恢复力。这些波的存在可以通过卫星测量或检测到原位观察。
中尺度涡流
这些都是最具活力的组成部分海洋环流;99%的总动能在海洋中属于涡流数值(或概略的规模),也可以称之为地转动荡。他们发挥重要作用在海洋能量级联。然而,我们的知识海洋中的中尺度涡流仍然很不完善,因为没有足够的数据。尽管卫星测高提供了丰富的数据表面的中尺度涡流的表达,观察细观涡流在广阔的海洋技术仍然是一个巨大的挑战。的部署Argo浮标在世界上的海洋,我们可能会看到更好的数据覆盖在不久的将来。
准稳定的当前系统这一类包括风力循环和温盐环流。大规模的运动在海洋中被组织成循环系统,由不同的监管力量。这些循环系统发挥重要作用在建立全球环境和气候,这本书的主要焦点。raybet雷竞技最新
是很重要的认识到海洋循环是一个复杂的动力系统;因此,分离到上述四类的运动应谨慎对待,因为之间的差异可以将这些不同类型的运动模糊。事实上,所有这些组件非常复杂和非线性的方式进行交互。它是一种常见的做法,研究系统的各个组件的理论;然而,这样的理论应结合研究循环系统的不同组件之间的交互。
1.3.2两种类型的循环
排除运动与波浪和涡流,大规模流入海洋可以分为三个部分:潮汐流,风力循环,和温盐环流。显然,这样的分类是有点主观,因为必须有非线性这些组件之间的交互。由于潮汐运动理论,尤其是正压潮已经建立,我们将把我们的讨论到其他两个组件。
例如,循环在大西洋盆地可分为三个主要部分:风力在上层海洋环流,与深度相关的经向翻转细胞/底水的形成和传播,以及南极绕极流(ACC)系统。30°以北的年代,运动在大西洋盆地可以进一步分为以下组件。在表面,有wind-stress-dominated埃克曼层,风力环流低于这一层。运动深度低于风力环流是通常分为温盐环流的一部分(图1.36)。风动环流和分离温盐环流是当然,人工;但这样的分离可以帮助我们简化问题,从而获得一个清晰的物理过程参与其中的每个组件。
南极绕极流系统是一个复杂的风力和温盐环流的组合。然而,它并不表现为水平环流;相反,它是世界上目前唯一circum-Earth当前几何和气候条件下的海洋。它扮演着独特的角色随着全球动脉,喂养底水,世界上的海洋和接收从其他海洋水在中间水平。
这本书侧重于风力循环理论和在世界上的海洋温盐环流。这两种运动分享一些相似之处,但他们也有所不同
商务部的朝赤道方向分支
图1.36示意图的北大西洋的循环,包括亚热带风动环流、亚寒带风动环流,再循环,经向翻转单元(MOC)与温盐环流。
商务部的朝赤道方向分支
图1.36示意图的北大西洋的循环,包括亚热带风动环流、亚寒带风动环流,再循环,经向翻转单元(MOC)与温盐环流。
在许多基本的方法。表1.1显示了一些最基本的特点,这两种循环。这个简单的表并不打算发行量的特征的准确描述;相反,它为读者提供了简洁、概念上的这些运动的描述。
风力循环风力循环一般指在海洋上循环1公里),主要是由风应力驱动的。
风力循环在均匀的海洋
风应力可以开车水平循环在均匀的海洋;因此,风力循环的存在独立于表面温盐强迫。假设循环稳定和运输在埃克曼层底部可以忽略不计,海洋内部的垂直整合流应该满足斯维德鲁普约束,更准确地定义在章节2和4。
在分层海洋风力循环
如果diapycnal混合的主要温跃层可以忽略不计,深渊几乎是一动不动,垂直整合稳定水平循环内部上层海洋应该满足斯维德鲁普约束。有垂直切变的水平速度,这是密切相关的水平密度梯度上海洋。理论密度相关结构和水平速度场是所谓的通风
表1.1。风力循环和温盐环流之间的比较;体积通量在Sv (1 Sv = 106立方米/秒)
类型的循环
风力
温盐
的主要驱动力
二次驱动力(先决条件循环)
主要的运动
二次运动
垂直刻度最低水动力学质量的形成和
动力学
平面形式
体积通量飞机
驱动力体积通量
形成
侵蚀/转换
理论公式
不确定性理论
对海面风应力
温盐环流背景分层
水平
水平回转
50 - 100 Sv
垂直
埃克曼抽-10 Sv
上1000的理想流体
在副热带环流俯冲
仰冲近极的环流
表面风应力和潮汐耗散热量和淡水通量垂直
经向翻转细胞
水平
源/汇由于水体的形成
在整个海洋的深度
混合驱动
深水高纬度地区形成
水重力侵蚀/转换在低纬度和深渊开发扩展法
经向翻转的方向可以翻转温跃层理论。然而,通风温跃层理论假定某种背景分层可能是由外部的温盐环流建立风力循环。从这个意义上说,所谓的分层海洋代表风力循环风应力和温盐环流的组合结果。
可变性
建立了风力环流的向西传播罗斯比波。中期以来第一个纬度斜压模式大约需要10 - 20年穿过亚热带盆地,风力循环可以在年代际时间尺度不同。
我们如何理解风力循环?
上层海洋的循环已经被观察到在过去的半个世纪。由于风力循环变化在年代际时间尺度上,现在有一个重大努力组装一套大型的数据可以提供有用的见解风力循环的变化。
风力循环理论讨论在本书中形成一个集合的发展在过去的几十年。这些理论主要是基于无粘性流体模型和中尺度涡流的角色是省略。因此,这些理论只能提供一些概念框架可以帮助我们理解复杂的循环系统在海洋中。我们将强调通风温跃层的发展在1980年代,为理论框架提供了理论基石的现代理论在海洋风力循环。特别是模型与多层或连续分层提供一个清晰的风动环流的动态画面。此外,理想铃温跃层理论也可以被用作一种方便的工具对于理解风力循环在海洋上的可变性。
温盐环流
温盐环流一词已广泛应用于海洋学和气候研究。raybet雷竞技最新这个术语通常指的是流通与海洋温度和盐度的差异,尽管确切的定义仍然是有争议的,将很快被解释。
经典的定义
温盐环流的古典观点讨论在许多书籍和论文,但确切的定义尚不清楚。温斯迟(2002)写道:
气候和海洋文学的阅读建议至少七个不同,和不一致的,“温盐环流”raybet雷竞技最新一词的定义:
循环的)质量、热量和盐;
b)深海环流;
c)质量的经向翻转环流;
d)全球输送机,海洋总属性定义的扩散运动携带热量和水分从低到高纬度;
e)循环由表面浮力迫使;
f)循环由密度和/或深海的压力差异;
g)净出口,由北大西洋的元素镤等化学物质。
事实证明,这些定义适用于描述在海洋温盐环流。
新定义
温盐环流是发行量由机械搅拌、运输质量、热量、淡水和其他属性经向或纬向的方向。机械搅拌支持外部源风应力和潮汐的机械能耗散。此外,表面热量和淡水通量对于设置循环是必要的。更精细的讨论温盐环流将在随后的章节。
•有纯粹的温盐环流吗?
虽然表面温盐迫使仅能把所谓的纯粹的温盐环流,这种循环是太虚弱了,它是无关紧要的循环中观察到世界上的海洋。这句话的意思是隐式地包含在上面讨论的新定义,将详细讨论这与能量的世界海洋和海洋温盐的过程。
•温盐环流的变化
普遍观点认为,海洋环流不随时间变化;然而,海洋环流在长时间尺度差异很大。有证据表明从paleoproxies温盐环流和相关的水质量形成/侵蚀经历巨大的变化在十年纪念和千禧年的时间尺度。
•我们理解温盐环流程度如何?
与温盐环流的主要问题是它不同时间尺度的千禧年的纪念。海洋环流理论需要验证了观测和数值模型。迄今为止我们理解温盐环流气候条件下不同于目前大多来自不完整的来源,包括paleoproxies、理论和数值模拟。raybet雷竞技最新很明显,基于这样的一个不完整的基础基本理论。尽管长期努力收集数据的循环在过去,我们没有足够的数据来准确地描述温盐环流气候条件下不同的礼物。这个非常不令人满意的情况是由于在时间和空间尺度上的非常广泛参与温盐环流。
统一的图片
这两种类型的循环在海洋上面所讨论的是组合在一起的。例如,在北大西洋环流系统如图1.36所示。有风动副热带环流和亚寒带环流,西方边界和强烈的表面电流。此外,在副热带环流的西北角有一个政权的再循环。
叠加在这两个环流系统,经向翻转环流(商务部),与温暖表面流穿越赤道和加入表面西方边界电流。在亚热带和副极地环流之间的界限,他们向东移动,然后向北在东部盆地。这对应于北方大西洋海流在大西洋。在东北角,当前冷却水槽,喂深水。深水朝着西部边界,从那里深西部边界电流流动的阻碍。
的墨西哥湾流是一个当前复杂系统,结合了来自三个主要组件在海洋上。第一个贡献是由于返回流的线性斯维德鲁普动力学,大约25 Sv。第二个贡献是与所谓的再循环。由于涡流的组合和底部压力扭矩,再循环的体积通量的100 Sv。第三个贡献是由于北方表面的经向翻转细胞,这可能造成多达15 Sv。
在北太平洋,经向翻转细胞很弱或不存在;因此黑潮的运输系统不包括子午温盐环流的重要贡献。
1.4调查的海洋环流理论1.4.1介绍
众所周知,海洋环流是由风应力,热通量,淡水通量与蒸发、降水、径流。此外,潮汐耗散也是原因之一。尽管人类几百年前开始观察海洋环流,现代动力学理论的发展的海洋环流相对较新。到目前为止,我们对海洋环流的理解仍然是基本的与大气环流理论相比,已发展到一个更完整的阶段在过去的世纪。
在他著名的专著对大气环流,洛伦茨(1967)回顾了相关理论的历史发展。的哈得来环流圈和射流在北半球和南半球大气中循环的特点。原油,大气中的循环可以描述一个轴对称的循环。
另一方面,循环在海洋中要复杂得多。由于子午边界的存在与主要的大洲,个别盆地有界的海岸线。因此,海洋作为单独的环流和经向翻转环流出现细胞个体盆地,唯一的例外是,在近年的现代几何分布,circum-Earth现行制度,ACC,类似于大气中循环。
正如我们将看到的,东部/西部边界的存在是一种大气和海洋环流之间的主要区别。这些子午边界
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- 图1.37素描的循环系统,在大西洋盆地,其中包括三个水平风力在上层海洋环流,经向翻转两个细胞,南极绕极流;相应的循环在太平洋和印度洋省略细节。
每个盆地创建东西方压力梯度,从而使子午地转电流在每个盆地的存在成为可能。作为一个例子,一个示意图的循环在大西洋盆地包括ACC,如图1.37所示。更全面的审查在世界海洋环流可以找到优秀的专著的施密茨(1996 A, b)。
循环系统在大西洋盆地子午细胞和横向环流的组合。有三个主要环流在海洋上:副热带环流和亚寒带在北大西洋环流,加上一个副热带环流在南大西洋。这些环流的存在主要是由于在海洋,风应力和结构的这些环流的主要焦点风力循环理论。也有小的赤道附近的热带环流,但是他们不太明确,所以这里将不讨论它们。主要有两个大西洋经向翻转细胞——主要细胞与NADW和深与AABW相关的细胞。在温盐环流的传统理论,这两种细胞被认为是分别由NADW和AABW。稍后会解释,然而,深水形成不能提供所需的机械能量维持循环对摩擦和耗散。事实上,强大的上升流受西风带南部和深层搅拌由潮汐耗散,如图1.37所示,是最重要的机制维持温盐环流。
最后,ACC是风力循环的组合和温盐环流;它是全球动脉和扮演最重要的角色在全球海洋环流和气候。raybet雷竞技最新ACC的动力结构及其维护相当复杂。在简单的词语,当前系统是风力循环之间的相互作用的结果和温盐环流。
我们的知识海洋循环发展速度相当慢,由于困难在观察海洋环流,湍流系统极其广泛的空间和时间尺度。虽然我们看到很大的进步在理解全球海洋的结构,这个全球的许多重要方面仍不清楚,这是最重要的和令人兴奋的研究领域之一。
在早期阶段,我们的知识的海洋环流主要是观察。海洋,写的哈拉尔德斯维德鲁普,马丁约翰逊、理查德•弗莱明(斯维德鲁普et al ., 1942)是一个经典的关于海洋的书。大洋环流是由历史文章亨利Stommel(1957),他总结了海洋循环理论。在过去的50年里有很多海洋环流理论,取得重大突破和下面的账户是一个简洁的现代大型海洋动力理论的历史。
1.4.2上层海洋热结构和循环
主要的温跃层是世界上最杰出的特征之一的海洋,并从水文部分是很容易识别的。在本节中,莱维图斯的气候学et al .(1998)是世界上用于诊断热结构的海洋。作为一个例子,两种结构温度和密度上层海洋沿着158.5°E是如图1.38所示。根据定义,温跃层是一个薄层,垂直温度梯度是一个局部最大值。有许多类型的温跃层,包括昼夜变温层,季节性温跃层,主要的温跃层和深海温跃层。昼夜变温层存在于上层海洋的表层,昼夜循环密切相关。存在季节性温跃层上几百米的海洋,和密切相关的季节性周期上海洋。主要存在温跃层的深度范围内100 - 800。因为它是远离海洋表面和屏蔽直接迫使季节性周期,它也被称为永久温跃层。深海温跃层存在于深海,这将在5.2节中讨论,这是关心深循环。
因为在海洋中运动密度密切相关,密度跃层,定义为地下一层垂直密度梯度的局部最大值,可能更重要的是动态。然而,在大多数情况下,盐度的贡献的密度远小于由于温度,因此温跃层和密度跃层是密切联系的。在很多研究中人们使用术语温跃层会被更准确地使用术语密度跃层。自热(或密度)
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