第二讲风生环流的Sverdrup理论

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1、第二讲风生环流的Sverdrup理论张学洪(zxh@lasg.iap.ac.cn)13579111315171915793AtmosphereOcean.008916123Land.074074.188615.336077.500000.663923.811385.925926.991084500680900257512518025536011601455177521152475285032353625401544054800SeaIceSunLASG全球海洋-大气-陆面（GOALS）耦合模式热量水分动量BarotropicStream-functionΨ(x,y)Thermohal

2、ineforcingonlyWindandthermohalineforcingBarotropicstreamfunction(England,1993)ACCKuroshio·模式试验的结果表明：对于正压流来说，风应力的贡献是最主要的；‘热盐强迫’的贡献是次要的、选择性的。·模式试验是深入‘了解’研究对象的重要手段。小结GFDLOGCM(GeophysicalFluidDynamicsLab.)Bryan(1969)—海洋模式设计Cox(1984)—向量化版本Pacanowski(1991)—MOM问题：风能够在何种程度上决定海洋环流？“Wind-DrivenCirculatio

3、nisthecirculationintheupperkilometeroftheoceanforcedbythewind.Thecirculationcanbecausedbylocalwindsorbywindsinotherregions.”（Stewart,2004）1.风的强迫作用是如何传递到较深层海洋的？2.为什么要特别指出风的强迫作用包括局地的和非局地的两个方面？•Sverdrup模型和Ekman模型•Ekmantransport/pumping•Sverdrupbalance/transport•风生洋流的东西向分量•风应力旋度激发的Rossby波Mass/Volum

4、etransportUnit:Sverdrup1Sv=106m3s-1定常风生环流的机理动量方程(x方向)fvg-fug•远离西边界—水平粘性项可以忽略；•定常流—忽略局地变化项；水平均一—忽略平流项；•存在‘无运动深度’D0.Sverdrup模型Ekman模型适用范围:海表边界层Z=0Z=-DEZ=-D0Ekmanlayer风生环流层压力梯度不可忽略!EkmantransportandEkmanpumpingEkman层方程和边界条件AtmosphereOcean(vg=0)海洋Ekman层的解海洋Ekman层的解Ekmanlayercurrents(N.H.)DEEkmanvol

5、umetransport北半球的EkmantransportVEFromStewart(2004)小结：EkmanlayerEkmanlayer是风应力直接影响的海表边界层，其中垂直粘性力和科氏力起主要作用.Ekmanlayer的输送和风向垂直，在北半球指向风的右侧.Ekmanlayer中洋流的速度随深度呈指数衰减.问题：风应力的非均匀分布会产生什么影响？Fig.4.1.IllustrationofEkmantransportandEkmanpumping,basedontheeasternPacificOcean.(FromTomczak&Godfrey,2001)τxVEEkm

6、an层的垂直运动EkmanpumpingwG是Ekmanpumping产生的垂直速度，反映了Ekmanlayer的辐合辐散对下层环流的驱动作用。Sverdrup模型适用范围:海表—无运动层Z=0Z=-DEZ=-D0Ekmanlayer风生环流层这里的运动是如何产生的?Z=0Z=-DEZ=-D0Curlτ>0？SverdrupbalanceandSverdruptransport位涡守恒→SverdrupbalanceEkman层以下的地转经向输送Sverdrupbalance/transportSverdrupbalance有多种表示Z=0Z=-DEZ=-D0Curlτ>0VG小结:

7、Sverdrupbalance/transportEkman层以下的水体通过南北向移动改变它的行星涡度，以平衡Ekmanpumping引起的位涡度变化.“风生环流层”的水体通过向极地(或赤道)方向的移动，将风应力提供的涡度源(或汇)转化为水体行星涡度的增加(或减小).怎样解释逆风而动的北赤道逆流？可归结为：已知南北向分量求解东西向分量观测表明热带海区以纬向风为主，故风应力旋度取决于纬向风切变。xx=0x=XNECC风应力旋度激发的非频散Rossby波自由波