地转流风海流课件.ppt

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1、南海海面高度与环流地转流定义海洋中等压面倾斜于等势面，水平压强梯度力与科氏力（地转偏向力）平衡时，海水稳定的流动称为地转流。Fp0正压场等势面等压面p1p2p3p4斜压场z5z1z2z3z4PGPG倾斜的等压面FCFpFpFpFCVfInitialFinalVi水质点的受力及其运动F合地转流的形成过程v0f0fcvfGpv1f1假定等压面只沿x轴正方向向上倾斜，与等势面之夹角为β，不考虑海水湍流摩擦力和其它力作用，则地转流运动方程为：运动方程及其解析解为科氏参数地转流大小与等压面和等势面之间夹角的正切成正比，而与科氏参数成反比；其方向垂直于水平压强梯度力的方向；北半球观测者面朝流向而立，右

2、侧等压面高、左侧等压面低；南半球相反。地转流主要特征其解为:等势面等压面斜压场GPFβ对于等势面上海水密度均匀分布的斜压场，等压面倾斜于等势面主要是由不规则增减水、风或气压变化等外部原因造成的（此时的斜压场称为外压场），此时等压面相对于等势面的倾角β不随深度而变，故流速v为常量，这种地转流又称倾斜流或坡度流。对于由于等势面上海水密度分布不均匀引起的斜压场（此时的斜压场称为内压场），等压面相对于等势面的倾角β随深度增加而逐渐减小，至某一深度两者重合，故此时的地转流流速v也随深度增加而逐渐减小，至等压面和等势面重合的深度流速等于0，这种地转流又称密度流。外压场与内压场地转流特征外压场导致的倾斜

3、流等密度面等压面p0p1p2p3p4r1r2r3r4斜压场流况Fp⊕Fc⊕⊕内压场导致的密度流p0p1p2p3p4r1r2r3r4Fp⊕Fc⊕⊕⊕⊕等势面r0地转流特征海面为下凹面的内压场流况等密度面等压面p0p1p2p3p4pbr0r1r2r3r4Fp⊕FcFpFc⊙h小r大对于倾斜流或坡度流，北半球观测者面朝流向而立，右侧水位高、左侧水位低；h大r小h大r小地转流特征对于密度流，北半球观测者面朝流向而立，一般地，右侧海水密度小、温度高、盐度小，左侧海水密度大、温度低、盐度大。南半球的情形相反。在北半球，海流运动因感应到科氏力的作用，表层海水会倾向向右侧堆积。左图为运动刚开始时，右图则为

4、达到地转平衡后。地转流黑潮是沿着北太平洋西部边缘向北流动的一支强西边界海流，因水色深蓝似黑色而得名，高温、高盐，流速强、流幅窄约160km和厚度大900m。黑潮流系(高温高盐)地转流数值计算实例：黑潮对温度、盐度场的地转调整近岸水团（低温低盐）数值模式计算的8月黑潮流区水位分布东海陆架坡0.25d时诊断的表层热盐环流东海陆架坡0.50d时诊断的表层热盐环流东海陆架坡1.50d时诊断的表层热盐环流东海陆架坡2.00d时诊断的表层热盐环流东海陆架坡6.00d时预报的表层热盐环流风海流风海流：海面在稳定风场长时间作用下，当垂直湍流引起的水平摩擦力与水平科氏力平衡时，所形成的海水稳定流动。在北半球

5、无限深广的海面上，假定：1）稳定风场只沿y轴方向吹，且长时间作用；2）水深无限，海水密度均匀分布，海面水平；3）只考虑垂直湍流引起的水平摩擦力；4）科氏力不随纬度变化。18风海流示意图19边界条件方程组解V0为海面流速大小风海流运动方程0V=tyjwrsin2zK左式中z/Kajwrsin=风海流20表面流风DE风海流21海面流速V0大小正比于海面风应力ty，反比于垂直湍流摩擦系数Kz和地理纬度正弦f的平方根；流向与x轴成45º，即偏于风矢量之右45º，南半球则为风向之左。海面以下流速大小V=V0exp(az)，随深度增加(z<0)按指数减小；流向与x轴的夹角为45º+az，并随深度增大而

6、不断顺时针转向。当深度增加至z=-p/a时，V=V0exp(-p)≈0.043V0，流向与x轴的夹角为-135º，即恰与海面流向相反。z=-p/a时的深度称为摩擦深度，用D表示，即D=p/a=p/(Kz/rwsinf)1/2，其大小与垂直湍流摩擦系数Kz和地理纬度f有关。海面至摩擦深度范围内不同深度流速矢量的端点的连线称为艾克曼螺旋。对于浅海风海流，由于海底摩擦作用，各层流速大小相应减小，流向相对于风向的偏角也减小。通常当水深h≥D/2时，可当作无限深海风海流来处理。风海流特征风海流22无限深海风海流体积运输只发生在x轴方向上，即垂直于风矢量并偏于其右方，南半球则偏于左方；浅海风海流体积运

7、输在x和y轴方向上均存在，即其体积运输方向与风矢量偏角小于90°，且水深越浅，偏角越小。风海流风海流引起的水量输送23地形对海流的影响南北半球沿岸地区受到风力作用所产生的上升流与下降流24上升流是指海水自深层向上涌升而形成的海流；下降流则是海水自上层下沉而形成的海流。它们均是风海流的副效应。风海流体积运输在近岸等海域使海水发生辐散或辐合，由于海水连续性，辐散处海水自深层向上涌升而形成上升流，辐合处海水自上层下沉而形成下降