Winddriven循环
4.1简单的分层模型以下4.4.1压力梯度和连续性方程的分层模型
分层的概念模型
最简单的方法来模拟海洋环流是假定海洋是密度均匀。这样一个模型没有垂直结构。正如1.4节中所讨论的,有一个突出主要温跃层在海洋/密度跃层。垂直的地下最大密度梯度可以理想化的阶跃函数,模拟海洋环流和自然的方法是将海洋视为一个两层的液体,使用主要温跃层作为接口。较低的层是主温跃层以下;它很厚和水在这一层上面比主温跃层要慢得多。作为一个好的近似,可以假设流体在较低的层几乎是停滞不前。这样一个模型只有一个活动层;这就是所谓的低引力模型。地球引力模型的优点是它能够捕获的第一斜压模式循环,主要温跃层的深度。增加一层更标准的低引力模型,得到一个2层模型,这也是本章中讨论。这些模型的比较图4.1中列出。
在某种意义上,相当于地球引力模型中仅使用两个网格密度协调。同样,多层模型高度截断模型密度的坐标。大多数理论模型用于研究大尺度海洋环流的分层模型。支持分层模型在水平模型的原因是along-isopycnal混合的概念。
严格地说,混合发生主要沿中性面;然而,中性表面不能被定义为全球海洋。事实上,大约中性表面最小二乘意义上的定义(看到Jackett和麦克杜格尔,1997;Eden和Willebrand, 1999)。与中性密度/表面相比,一个等密度的概念上很简单和容易处理;因此,它仍然广泛使用。
在海洋中,沿着等密度的混合是主要因为along-isopycnal混合需要最少的工作。在现实中,混合并不总是在等容度。例如,斜压不稳定产生cross-isopycnal混合,与大规模的重力势能的转换(GPE) synoptical-scale
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- 图4.1素描密度的简单模型坐标,包括水平速度的垂直结构:一个齐次模型,b减少重力模型,c 21/2-layer模型。
GPE和动能。因此,斜压不稳定是大规模GPE的水槽,它需要外部的机械能量来源的支持。
标准术语如下。如果模型有两层,他们两人都在运动,它被称为一个两层的模型。如果只有上层运动,它被称为低引力模型,或11-layer模型。多层模型,如果两个第一和第二个层都在运动,但层下面是停滞不前,它被称为21层模型,等等。此外,一些常见的特征包括以下最常用的分层模型。
•大多数分层模型假定每一层中的水不溶混。一些模型允许之间的质量交换层。很容易看出界面质量流量可以在运动驱动地下一层,没有界面摩擦。事实上,包括界面质量流量分层模型是一种模拟温盐环流在多层模型。
•大多数分层模型假设层厚度总是零。一些模型允许零厚度在上层,即。,出露地表。露出强烈的非线性现象,与表面方面有关。正确处理露头需要特别的照顾。在分析模型中,露头线是简化和zero-depth轮廓线。技术处理露头线4.1.4节中讨论。在数值模型中,处理露头线需要特殊的数值方案,保证层厚度总是非负的;这种方案被称为正定计划(Zalesak, 1979;Smolarkiewicz, 2006)。
压力梯度多层模型
分层模型的一个方便特性是压力梯度项的水平动量方程直接联系层厚度。因此,分析形式简单和优雅的解决方案可以在许多情况下,获得这一章中讨论。
使用rigid-lid近似
rigid-lid近似的本质是一种线性化的上边界条件模型的上边界海洋从自由表面z = z平面不恒定
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