U Neq
如果流出渠道,P可以指定一个先天的;然而,它可以在一般情况下的计算
结核/ ^ K = H的埃克曼数量;底拖到科里奥利力的比率。
给定的初始值U,©年代,H和W,命令。(5.22),(5.24),(5.24 b),(5.26)和(5.27)可用于计算廉管道下游的演变。
夹带电流密度旋转:一个端点模型
我们现在讨论简化初始条件之间的关系和最终产品的流出。为了这样做,我们做三个假设:
1。电流在地转状态,所以Ugeo = g / f, g = gSp / p是减少重力和是地形斜率。
2。保留底部压力对宽度的影响
利用连续性方程和忽视夹带,
Hgeo = Hsrc Usrc / Ugeo {1 + 2 kgeox / Wsrc) (5.30)
下标的src表示源水的性质。
3所示。混合是视为一个“夹带事件”,弗劳德数大于1。在这些假设下,产品水的密度流出的
Fgeo = Ugeo /地转弗劳德数。
基于这些关系,我们可以计算产品密度从最初的密度和环境密度。注意,差异越大,产品密度越小。这看似奇怪的结果是由于强大的大密度差引起的混合驱动弗劳德数超临界。
廉管道模型的应用程序的主要来源在世界海洋深层水,正如上面所讨论的,产生了粗略估计的过程中混合血统和夹带,列为最后两排在表5.1。从这个表中,很明显,地中海混合流出明显强于其他三个流出。这是其中的一个主要因素控制的深度传播的地中海流出是观察在大西洋在当前气候。raybet雷竞技最新
总之,底水的选择,可以达到和填补世界海洋的底层是由两个相互竞争的过程控制:热压作用和夹带在降落后在窗台上溢出。计算的相对贡献由于混合和夹带理论和数值模拟仍然是一个巨大的挑战。
5.1.4模式形成水/侵蚀
深水形成和底水的形成提供了深海的来源,从而建立上游条件深循环。然而,一个完整的经向翻转环流在海洋中还包括形成水槽的水质量相对较浅深度。这些水的质量也是非常重要的部分全球温盐环流。
水质量轻密度形成主要是在内部的亚寒带和亚热带盆地,和被称为模式水。“水”模式反映了这样一个事实:这些水源质量不均匀分布的温度盐度空间;相反,由于具体海面条件有利于这些水质量的形成,它们出现在集群在参数空间。
模式在世界上的海洋水域的历史发展理论模式水开始18度的识别与墨西哥湾流循环在北大西洋(沃辛顿,1959)。术语“模式水”被首次引入Masuzawa(1969)在亚热带的描述模式的水在北太平洋黑潮延伸。麦卡特尼(1977)扩展模式的定义水地区北部的亚南极的前在南大洋和介绍了术语“亚南极的模式水。”The term "Subpolar Mode Water" was introduced by McCartney and Talley (1982).
亚热带模式存在于赤道水域的西部边界分离强水流在北半球和强烈的ACC在南半球。水三种类型的模式形成和他们的主要网站被Hanawa讨论和Talley(2001),包括亚热带模式水(水和东部亚热带模式),水和亚寒带的模式。
-
- 图5.20模式水形成网站在世界上的海洋,用数字表示的名义密度水海洋模式(Hanawa Talley, 2001)。
一般来说,模式用于描述一些特殊类型的水质量在世界海洋表现为局部极大值的分布密度(T, S)空间。水标识为模式股票类似的温度和盐度的属性,通常表现为潜在的涡度的局部最小值。一些最知名的类型模式的水在世界上的海洋是包括在图5.20中,包括亚热带水模式,东部亚热带水模式,近极的模式水,水和亚南极的模式(在南大洋)。
模式水形成常发生在俯冲发生在海洋上。俯冲的水从晚混合层模式永久温跃层亚热带盆地内部实现通过立式泵的组合效应和横向归纳。垂直泵有关埃克曼泵产生的表面风应力和横向感应是由于风力环流的水平平流和晚冬的水平梯度混合层深度。事实上,横向感应是亚热带模式的主导者水形成。
亚热带水模式形成的重要成分
如图5.21所示,亚热带模式水形成的基本要素包括以下。
•背景环流。这种传输新形成的模式水远离形成网站,并带来新的水上游,准备形成网站下一周期的形成(图5.21)较低的面板。
•强烈的季节性周期混合层深度。这是引起强烈冷却由于寒冷和干燥的空气吹在大陆相对温水循环政权在赤道的西部边界电流分离(在低面板的左上角图5.21)。
冬季:热损失引起几乎均质水属性(PV)低
夏季:b表面加热和horiozontal平流重建表面分层
冬季:热损失引起几乎均质水属性(PV)低
水质量的形成夏季:通过俯冲b表面加热和horiozontal平流重建表面分层
冬季冷却产生低光伏模式水
水质量通过俯冲形成
冬季冷却产生低光伏模式水
模式水形成网站
图5.21素描亚热带模式水质量通过俯冲形成:冬季、夏季。
模式水形成网站
图5.21素描亚热带模式水质量通过俯冲形成:冬季、夏季。
在冬末,大量的水近均匀属性模式,如温度和盐度(暗示潜在低涡度)是形成(图5.21)。混合层深度的快速撤退在早春的叶子几乎均相模式背后的水和海豹用浅,强烈分层层之上,从而完成水模式的形成阶段
•大型水平梯度的冬季混合层深度。这结合强大的风力环流的水平平流,引起强烈的横向感应(图5.21)。这是详细解释。
作为一个例子,亚热带北大西洋气候平均温度结构如图5.22。在冬季,寒冷和干燥的空气流动的温水大陆由墨西哥湾流的形式在海洋里热损失的主要网站,所示的年平均热流从大气海洋1.1.1节中讨论。
强冷却产生一个大的近地表温度下降,因此近均匀水池上面的海洋,表示的温度结构如图5.22所示。沿子午截面,晚冷却产生近垂直等温上层海洋(图5.23)。由于盐度密度结构的贡献相对较小,这意味着几乎均质密度结构在海洋上,即。很深的混合层、低电位的涡度(f Ap /啊,美联社是密度跳过层界面和啊是层厚度;因此厚层意味着低电位涡度)。
-
- 图5.22在上层海洋气候温度结构38.5°N;3月、9月。
当春天来了,该池几乎均质水是由强大的分层建立在海洋上混合层的快速变浅。此外,水平平流与副热带环流同时扮演两个重要角色。首先,它传输新形成的模式水变成永久的温跃层副热带环流的内部。第二,它带来了新的水上游,因此准备的网站在接下来的周期模式水形成,如图5.22和5.23 b。
模式形成水通过俯冲是一个至关重要的组成部分,世界上的海洋的水质量平衡。事实上,网站模式的水形成至关重要的沟通窗口大气示踪信号和输入到海洋。水的速度模式的形成是一个很好的指数在海洋气候变化。raybet雷竞技最新此外,模式水形成网站起到至关重要的作用在重置的潜在涡度水质量在海洋中。
是5.1.5俯冲和仰冲
介绍
模式的水形成的基本思想是在前一节中讨论。我们现在关注的复杂动力学模式水形成的细节。特别是水形成的速度模式被定义为年平均俯冲速率,这是气候研究的重要指标。raybet雷竞技最新
对世界上的海洋的水质量平衡,如果有水质量的形成,应该有一个过程发生在另一个方向;这叫做水重力侵蚀。这个过程也被称为水质量转换;然而,最合适的术语尚未被普遍接受。水重力侵蚀的速度通过上层海洋的过程叫做仰冲,这也将在这一节中讨论。
Iselin的模型
4.1.5节所讨论的,一个主要的概念上的困难,了解地下一层设置在运动是他们没有直接接触与当地大气强迫。然而,大多数等容度与大气接触,主要是高纬度地区。Iselin(1939)提出的初步框架,水质量形成通过t - s关系之间的联系,发现在一个垂直部分,在高纬度地区冬季的混合层。他这个通风原理图和水质量形成过程如图4.26所示。箭头表示推测运动。在现代术语,副热带环流的基本理念是,水质量是形成在冬末的海面,并向下推到埃克曼泵的温跃层。后来,downwells等容度,继续朝赤道方向运动引起的斯维德鲁普动力学。退出后的运动粒子的混合层是局限在相应的等密度的表面因为内混合是相对较弱主要温跃层。
Iselin的模型是第一个原型在海洋水体的形成;然而,它在两个主要方面是不完整的。首先,Iselin忽略了混合层,在水质量的形成起着至关重要的作用。其次,由于混合层深度和密度变化很大从一季到下一季,还不清楚如何让水质量特性之间的联系和冬季的混合层属性,假设。
我们如何计算水质量形成率?
根据Iselin模型,Ekman抽运率可能作为水质量的形成率。虽然这看似简单的概念统治了很长一段时间,原来Ekman抽运率不是完全水簇的生成速率。一个更好的方法是计算质量通量在混合层的基础。混合层模型已经被开发出来,并能提供一个准确的描述夹杂的季节性周期/逸出率在混合层的基础。每年我们可以使用集成逸出率随着当地水质量形成率?答案是“不”。水leaving the mixed layer may not enter the permanent pycnocline; instead, some of the water detrained from the mixed layer at one location may be re-entrained into the mixed layer downstream. Similarly, the simple annually integrated rate of entrainment cannot be used as the rate of water mass erosion. This is due to the fact that water entrained into the mixed layer may not come from the permanent pycnocline; instead it may be water temporarily detrained upstream.
修改后的概念模型如图5.24。上海洋分为四层:埃克曼层混合层,季节性跃层,永久的密度跃层。埃克曼层的角色收集的水平运输体积是由表面风应力和产生收敛/散度。在亚热带盆地,融合产生Ekman抽,亚寒带盆地产生分歧埃克曼吸(上升流)。混合层之间的质量交换和季节性跃层叫做夹带/逸出,而季节性跃层之间的质量交换和永久的密度跃层叫做sub-duction /仰冲。因此,年平均俯冲率被定义为总
俯冲/仰冲的速度
Intergyre边界
加热亚热带盆地
冷却近极的盆地
埃克曼层
埃克曼层
永久密度跃层
图5.24水质量形成通过俯冲和仰冲过程和侵蚀。垂直双向箭头表示一个连续混合层和之间的质量交换季节性温跃层。
永久密度跃层
图5.24水质量形成通过俯冲和仰冲过程和侵蚀。垂直双向箭头表示一个连续大规模混合层和温跃层季节性之间的交换。
水从混合层,经过季节性跃层,永久密度跃层不可逆转的一年。这个定义排除了由于所谓的时间逸出贡献,即。下游,重新进入混合层的逸出。同样,年平均仰冲率被定义为水的总量从永久密度跃层,经过季节性跃层,混合层不可逆转的一年。
Stommel魔
计算的主要技术难点水质量形成率是复杂的季节性周期在混合层。水属性和季节性周期内的混合层深度相差很大。通过仔细分析过程,Stommel(1979)能够显示,这一过程是在工作中,只选择晚水实际俯冲到永久密度跃层(图5.25)。现在这种机制称为“Stommel恶魔。”
4.1.7节所述,Stommel恶魔已经成为现代风力循环理论的支柱。同样,理论模式形成水/侵蚀通过俯冲/仰冲也是基于Stommel恶魔。稍后讨论,有效逸出时间被水粒子的拉格朗日轨迹释放混合层的基础。为简单起见,我们假设垂直速度几乎是恒定的,等于我们,在海洋上,混合层深度水平一致。这样的简化将取而代之的是在下面的讨论中更准确的语句。
如下的基本机制。混合层到达在冬末的年度最大密度和深度,所以有很厚的一层几乎是垂直均质水。当春天到来时,混合层浅滩很快(的混合层深度的剧烈转变,上下面板的图5.25)和叶子背后的均质水,这样的水俯冲性质非常接近晚的混合层。它可以轻易地看到,如果时间演化的混合层深度大约是一个年代的函数,即^ 0,俯冲水会晚的属性。
在目前的情况下,垂直速度和年度最大混合层深度到处都是假定为常数。因此,年平均俯冲速率等于我们。
请注意,俯冲过程在海洋中是一个非常复杂的过程,涉及季节性周期。事实上,现在的具有挑战性的问题是计算年平均俯冲速度包括季节性周期。在某种程度上,这意味着可以被视为某种加权平均瞬时逸出率。选择晚属性相当于使用S函数作为权函数。Stommel的建议已被广泛用于几乎所有通风密度跃层的理论模型。什么Stommel建议收益率一个优雅的解决方案,而复杂的问题。这可以作为最低的解决方案。下一步是找出一个重量
5.1水体形成/侵蚀春天夏天秋天冬天
混合层深度(米)
混合层密度
拉格朗日轨迹
5.1水体形成/侵蚀春天夏天秋天冬天
混合层深度(米)
混合层密度
拉格朗日轨迹
图5.25 Stommel恶魔:混合层属性在冬末选择通过俯冲过程;水平轴代表时间和距离沿着1年期轨迹。
图5.25 Stommel恶魔:混合层属性在冬末选择通过俯冲过程;水平轴代表时间和距离沿着1年期轨迹。
功能比8的功能。换句话说,我们想知道的下一个定单修正根据Stommel俯冲速率计算公式。因此修正必须包括季节性周期,这不是一个容易解决的问题。
俯冲
我们开始没有季节性周期的分层模型。在这样一个模型的通风/俯冲过程可以分为两个步骤。首先,通风时水流从混合层向下到下面一层。第二,水在每个密度层之前朝赤道方向运动诱导的斯维德鲁普动力学。因此,水密度层下一层,下面将更轻的密度。这个过程的浸没密度层下轻一个叫做俯冲。俯冲一词被用于地质描述运动中类似的过程板块。根据
这种严格的分类,随着层数的增加,第一阶段(通风)变得越来越短。可以看出,连续分层海洋,这两个阶段合并;我们使用术语俯冲,保留期限一般情况下通风俯冲或仰冲。
季节性周期中扮演最重要的角色在上层海洋动力学、所以我们必须包括季节性周期俯冲模型。最重要的参数描述俯冲俯冲/通风过程的速率。瞬时逸出率被定义为水的体积通量离开单位水平混合层的底部区域(Cushman-Roisin, 1987):
D = - (wmb +气体■Vhm + dhm / dt) (5.32)
在wmb =我们- f f-h vdz和气体是垂直和水平速度的基础上混合层,和英国是混合层深度(图5.26)。右边第一项的贡献是由于垂直泵混合层的底部,这是略小于Ekman抽运率由于地转流在混合层。第二项是由于横向归纳。第三项是由于颞混合层深度的变化。
如果没有季节性周期,俯冲的速度应该等于逸出率
因此,这个方程可以用于计算俯冲速率,如果没有季节性周期;然而,强劲的季节性周期在海洋中使俯冲速率的计算更加复杂。
另一个参数描述的常用的示踪通风是所谓的通风率的等容度或水质量,定义为
S是俯冲速率上面定义的地方。身体、通风率确定的平均时间(年)需要更新整个水体通过通风过程,或水粒子的平均时间保持水体类别(Jenkins, 1987)。
如果我们忽视了混合层,即。,设置它的厚度为零,那么只能导致俯冲是垂直泵,这是一样的Ekman抽,因为混合层厚度为零。这样一个俯冲过于简单化的模型计算会导致误解,俯冲速率是一样的埃克曼泵送率。由于混合层深度是零,它随时间和位置,每一项的右边Eqn。(5.32)的贡献不同。
首先,由于混合层厚度有限,垂直速度混合层的底部是略小于埃克曼泵送速度。其次,横向感应术语实际上有助于大幅俯冲。在北大西洋冬季混合层深度变化很大。向北3000公里内增加从100米到400米,这样的斜率混合层深度约为0.0001。混合层的子午速度约为0.01米/秒,所以横向感应项是10 - 6 m / s,这是立式泵的顺序相同的术语。据北大西洋的更为精确的计算,立式泵的贡献相当于12.1 Sv,从横向感应,约12.7 Sv(黄,1990)。
零时间依赖项时,情况变得更加复杂。有两个著名的周期在混合层,即。昼夜循环和年度周期。为简单起见,在这里我们只讨论季节性周期。首先,有季节性跃层混合层和永久的密度跃层。因此,一个完整的图片必须由四层组成,如图5.24所示。季节性跃层起到一个缓冲的作用,即。,混合层之间的质量交换和永久密度跃层必须经过季节性密度跃层。
如上所述,季节性的质量通量密度跃层永久密度跃层被称为俯冲。因为我们有永久假定流动密度跃层是长期有效的,俯冲穿过季节性跃层的底部不随时间变化。混合层之间的质量交换和季节性跃层有一个突出的季节性周期,和相应的汇率称为detrain-ment /夹带速率。俯冲速率,因此,不同的逸出率,因为他们代表不同的流程。由于年度周期的存在,常用的俯冲(仰冲)率讨论在本节中定义为相应的年平均利率。
在冬天和秋天,逸出激活由于埃克曼泵和混合层变浅。这段时间可以进一步分为两个sub-phases。冬末初春,从混合层进入季节性跃层的水最终会达到永久密度跃层;这个过程称为有效逸出。从早春到初秋,水进入季节性跃层将被快速混合层re-taken深化在冬季期间,导致临时(无效)逸出(图5.27)。从秋天到冬天早期,混合层迅速加深,夹带的阶段。看来,运动的时间和空间不均匀性
有效无效的逸出逸出
有效无效的逸出逸出
-
- 图5.27中定义的年平均俯冲速率拉格朗日坐标;水平轴代表两个时空坐标沿着1年期轨迹。
混合层可以创建一个相当复杂的逸出/夹带的过程,和一个全面的理解逸出的间歇性和零星的性质/夹带及其贡献俯冲通过观测和理论研究尚未来临。
俯冲速度定义为不可分割的财产是叠加的混合层停滞不前的海洋,俯冲的速度将是一个纯粹的局部性质。在海洋中,混合层覆盖电流在季节性/永久密度跃层。一旦水粒子留下混合层,由电流下游。毫无机会,水粒子在同一位置可以超越他们第一次离开了混合层。这种情况非常类似于人类呼吸的空气。一个人关在一个小盒子可能会一次又一次地呼吸相同的空气;但一个慢跑者永远无法呼吸相同的空气,他呼出。
在海洋中,混合层只能取代水从上游注入下,而不是水输送到相同的位置。虽然一个人坐在记录站可能知道当地的混合层夹带/逸出率作为时间的函数,这个人不能确定多少水实际上达到永久的密度跃层。获得正确的答案,一个在下游站检查,因为俯冲是一个非本地的过程。
年平均俯冲速率可以以不同的方式定义取决于所使用的坐标。首先,它可以被定义在拉格朗日坐标系(森林和Barkmann, 1986):
继续阅读:D
这篇文章有用吗?