S T
最简单的选择是一个盒子模型single-hemisphere海洋,其中温度是放松对指定的参考温度T = T | = 0和海气淡水通量(p - p)。来模拟风力环流的影响,一个卷运输m之间添加了两盒(黄和Stommel, 1992)。关、黄(2008)后,本卷运输先天的规定,独立的能量混合和温度、盐度(图5.131)。
假设流动向极在上层和阻碍深海海洋(所谓的热模式),温度平衡箱1遵循
HL2 - = -HLuT1 + L2wT2 + L2r (T0 - T1),高级别(Ti - T2) (5.214)
dt L和H每个箱子的宽度和深度,T1和T2在每个箱子的温度,u和w是水平和垂直速度,m是旋转的力量,r是表面弛豫常数。引入无量纲变量通过u =湾w = rw, m = H t = H t的,和放弃质数,温度平衡箱1是减少
dt₁= -属下+ wT2 + T0 - T1 - m (T 1 - T2) (5.215)
同样,框2的温度平衡
盒1和2的盐度余额
dSl = -uSi +二硫化钨- m (Si - S2) (5.217)
减去Eqn。从Eqn (5.216)。(5.215)和使用Eqn。(5.219),我们得到d
——(T1, T2) = 2米(T1, T2) + 2 pt1 + rn - T1 + T2 - 2 (T1, T2)。(5.220)
积分方程式的总和。(5.215)和(5.216)会导致一个约束:对于任何初始条件,温度之和两盒收敛指数,T1和T2 ^ T0。因此,在Eqn 2 pt 1项。(5.220)可以取代了p (T0 + T1, T2)。添加命令。(5.217)和(5.218)导致盐保护
S1 + S2 = 2 s0 (5.221)
在S0海洋盐度的均值参考模型。现在我们引入新的温度和盐度变量:在= T1, T2, = S1 - S2。使用命令。(5.219)和(5.220),我们得到的方程:
dt d / dt
= 2 + (p - 2 m) + 2 ps0 (5.223)
当haline的循环模式,大众运输这两个盒子之间的方向逆转,但是由于风力循环的贡献保持不变。因此,方程相应的命令。(5.222)和(5.223)是d
dt d / dt
这些组常微分方程(5.224)和(5.225),温盐环流控制,包括风力循环的影响。为了计算循环,我们需要一个约束决定了垂直速度w。
约束规范流通率
约束规范经向翻转率是剩余的模型公式的关键部分。Stommel(1961)提出一个约束,可以归类为浮力约束。使用Eqn。(5.175),相应的垂直速度规模如下:
其中c是一个常数。这配方意味着循环率表面受浮力作用。换句话说,表面温盐迫使温盐环流。
Stommel的假设在大多数现有的盒子模型已被广泛采用。仔细检查Stommel的古典假设,即Eqn。(5.226),表明Stommel选择背后的原因这样的约束并不明显;此外,它并不是唯一可能的约束,甚至可能不是最好的约束建模在不同气候条件下温盐环流。raybet雷竞技最新
更可疑,这个常数c被视为一个常数内在每个模型,它在不同气候条件下被认为是不变的。raybet雷竞技最新从最基本的考虑机械能的平衡,然而,维持一个稳定的循环在海洋中,密集的深水必须向上通过温跃层和热吸收在海洋上必须混合下行上升流的寒冷和密集的水通过diapycnal混合。因此,外部资源的平衡和机械能量的耗散是真正控制温盐环流。作为一种替代方法,基于机械能保持diapycnal混合约束可以制定如下。假设一个一维的平衡密度在垂直方向wepz = Kpzz (5.227)
k是垂直的(diapycnal)扩散系数,我们获得以下规模的垂直速度:
D是深度的规模在哪里主要温跃层。不同的温度,盐度和密度表面和深海海洋之间,和美联社。注意,美联社= p0 (a +雅)= p1, p2 < 0。在一个两层的模型,GPE增长率(单位面积)由于垂直混合k是-gKAp。使用上面的符号,GPE的速度由盒子里混合模型
Em = -gKApL2 = -gDL2WeAp = gDL2We (p0 - p0jAS) (5.229)
因此,我们的规模与经向翻转满足e
e = =§, e = (e率、单位面积、外部机械能源供应)的维数密度乘以速度和代表机械能的外部来源的力量维持混合。值得注意的一点是,外部源的机械能可以随气候;raybet雷竞技最新因此,e能量约束模型中被视为一个外部参数可改变气候。raybet雷竞技最新
比例法
通过简单的扩展可以获得一些有用的见解。是按比例缩小的连续性关系
在U和W水平和垂直速度。盐度平衡与经向翻转单元遵循一个简单的比例关系
(UDL + QL2) = FSL2 (5.232)
F是淡水通量的规模,和Q = wD / L是回转的规模。因此,盐度差别的规模
当Q = 0,能源约束下的垂直速度规模减少
弛豫温度条件下,在~ T0是一个很好的近似。相应的规模向极热通量
高频= cppoUDLTo = - l ^ (e + p oP FS) (5.235)
换句话说,扩展分析意味着强大的淡水迫使提高上升流率,因此经向翻转率和向极热通量增加。
相比之下,Stommel-like模型预测,强大的淡水迫使减少了经向密度差异,因此经向翻转率。事实上,假设固定的浮力常数c或能源常数e代表两个极端条件,和现实条件可能介于两者之间。
机械能的作用
如果w = 0(即。,没有风力环流),众所周知,在一个很宽的区域参数空间Stommel-like模型中存在三种稳定状态(图5.132):一个稳定的热状态,一个不稳定的热状态,和一个稳定的haline状态;而三
图5.132温盐环流分岔Stommel-like模型,c在10 - 7 m4 /公斤/ s结果;b能量约束模型,e在10 - 7 kg / m2 / s,结果= 15°C,所以= 35 p = 2米/年。重线表示热模式,细线表示haline模式,虚线不稳定模式;年代是界定分岔点(虚线)(关、黄,2008)。
稳定状态存在的能量约束模型(图5.132 b)是一个稳定的热状态,haline稳定状态,一个不稳定的haline状态。
很容易可以看出当m = 0 Stommel-like模型的分岔结构显著不同于能量约束模型。特别是,稳定haline模式从能量约束模型的特点是一个非常大的盐度差别,即。杆箱、盐度是几乎为零。然而,包括旋转可以显著降低盐度差别,,haline模式的能量约束模型;它变得更接近从Stommel-like模型得到相应的解决方案。这一事实将风力循环可以改变温盐环流的分岔结构清晰地展示了耦合风动环流和温盐环流的重要性。
旋转的作用
在本节中,我们详细仔细检查回转的作用。我们采用以下设置的参数为Stommel-like模型和能量约束模型:盆地的长度范围为4000公里,4公里深,有一个参考温度T0 = 15°C,平均盐度S0 = 35岁,和其他参数都是相同的在上面的讨论。如图5.133,在一定参数范围内,变化仅在风力循环可以诱导分岔的温盐环流在Stommel-like模型和能量约束模型。
Stommel-like模型,越来越风力循环增强热模式的经向翻转率,减少了经向翻转率
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