海洋环流基础知识

1、会计学1海洋环流基础知识海洋环流基础知识第1页/共76页2maf dtd0u+第2页/共76页3dtd0u+Fpdtdu压力项有势力项（重力） 其他力项（摩擦力）如果密度不变0u0zwyvxu第3页/共76页4ruuri1510297s.r第4页/共76页5iriiiudtdudtdu)()(rdtdrudtdurudtdrrdtddtdurrrrrrr)(2)()()()(科氏力离心力第5页/共76页6Fpudtdu)2(离心力包含在有势力里面科氏力总是和运动方向垂直第6页/共76页7第7页/共76页8sin第8页/共76页9jfuifvu2sinf 2第9页/共76页10L 长度尺度U水平

2、速度尺度T 时间尺度大气：海陆风5-50km1-10m/s12h天气过程100-5000km1-50m/sDay-week盛行风全球尺度5-50m/s季-年气候全球尺度1-50m/s十年以上海洋：内波1-20 km0.05-0.5m/s分-小时 上升流1-10 km0.1-1m/s几天 大涡和锋面10-200 km0.1-1m/s天-周 主要流10-1000 km0.1-2m/s周-季 大尺度环流海盆尺度0.01-0.1m/s十年以上第10页/共76页11第11页/共76页12fLUR 010fLUR 第12页/共76页13LUTU2fUf1ULUfLLUf第13页/共76页140p0p第14

3、页/共76页15实际的海洋是斜压的，然而正压近似可以简化物理问题，同时能对海洋的运动做出初步的合理解释，因而被大家所接受。本课程主要讲述正压海洋本课程主要讲述正压海洋第15页/共76页16Fpudtdu)2(xFxpfvdtdu1yFypfudtdv1第16页/共76页171phfvgxx1phfugyy pgh第17页/共76页18地转是大洋重要的地转是大洋重要的水平流速和水平密水平流速和水平密度（温度）关系式度（温度）关系式第18页/共76页19第19页/共76页20 xvyuxuyv第20页/共76页210yvxu0 V0yuxv0 V第21页/共76页22250200150压力压力P

4、PVVV温度温度T T第22页/共76页23第23页/共76页24第24页/共76页25Vyuxvxwzuzvywzyx第25页/共76页26ruurifruuria2绝对涡度相对涡度牵连涡度ru 2Rossby数表征的就是相对涡度和牵连涡度的比值数表征的就是相对涡度和牵连涡度的比值第26页/共76页27Fpuudtddtdaaa2涡度的变化 内部作用斜压作用外力作用第27页/共76页28yvxukzvjzuizwyvxukkwj vi uzuuaaaaaa流体柱的垂直流速剪切导致涡度变化流体柱的辐合辐散导致涡度变化第28页/共76页29背景涡度向上垂直速度剪切导致流体柱倾斜背景涡度通量减少诱

5、生逆时针的环流产生向上相对涡度弥补背景涡度变化背景涡度向外辐合导致流体柱面积缩小背景涡度通量减少诱生逆时针的环流产生向外相对涡度弥补背景涡度变化流体运动导致的涡度变化类似于磁场中线流体运动导致的涡度变化类似于磁场中线圈运动导致的感应磁场和感应电流变化圈运动导致的感应磁场和感应电流变化第29页/共76页30冷热等压面浮力作用冷热背景涡度通量减少诱生向上相对涡度斜压作用导致涡度的变化类似于内部作用，也适用于愣次定律第30页/共76页31第31页/共76页322puuaa2pufuf热成风关系热成风关系斜压流体斜压流体第32页/共76页33zypyzpzuf21zpxpxzpzvf21xypyxpy

6、vxuf21大量小量大量小量第33页/共76页34yzpzuf21xzpzvf21垂直流速剪切水平密度梯度第34页/共76页350y0zp012yzpzufU为正值，流动向西0y0zp012yzpzufU为负值，流动向东假定深海的流动速度为假定深海的流动速度为0第35页/共76页36xzpzvf21第36页/共76页37yzpzuf21赤道北南为什么流速强？第37页/共76页38yzpzuf21第38页/共76页39xzpzvf21第39页/共76页40第40页/共76页410uuaa0ufuf泰勒泰勒-普劳德曼定理普劳德曼定理正压流体正压流体第41页/共76页420zwyvxuu0uf0yv

7、xuzvzu0zw流体的流动垂向无剪切，与热成风关系对应流体的流动垂向无剪切，与热成风关系对应第42页/共76页430zw第43页/共76页44第44页/共76页45118118.5119119.5120120.5121121.512237.53838.53939.54040.5lonlat20cm8月 5米 层 余 流 第45页/共76页46118118.5119119.5120120.5121121.512237.53838.53939.54040.5lonlat20cm8月 底 层 余 流 (s i gm a 坐 标 ） 第46页/共76页47第47页/共76页48AciaadrundA

8、AcdrundAAC环流代表着通过物质面的涡度通量u第48页/共76页49cccadrFdrpdtdcccdrFdrpdrudtd2环流的变化类似于涡度的环流的变化类似于涡度的变化，也适用于楞次定律变化，也适用于楞次定律。正是由于涡度的变化导。正是由于涡度的变化导致了诱生环流的产生。致了诱生环流的产生。第49页/共76页50cccadrFdrpdtd0dtda第50页/共76页51BahHfhhBhH第51页/共76页52DDt( 2An) 0An Asin Addt(A 2sinA) ddt( f )A 0第52页/共76页53HA constddt( fH) 0位势涡度守恒是地球物理流体动

9、力学的重要定理位势涡度守恒是地球物理流体动力学的重要定理第53页/共76页54HHconst位涡守恒的本质就是角动量守恒，通过位涡守恒的本质就是角动量守恒，通过研究流体的旋转特性来认识流体的运动研究流体的旋转特性来认识流体的运动第54页/共76页5512012112212312412512612712812913050m24252627282930313233A1-01A1-02A1-03A1-04A1-05A1-06A1-07A1-08A1-09A1-10A2-01A2-02A2-03A2-04A2-05A2-06A2-07A2-08A2-09A2-10A2-11A3-01A3-02A3-0

10、3A3-04A3-05A3-06A3-07A3-08A3-09A3-10A3-11A3-12A3-13A4-01A4-02A4-03A4-04A4-05A5-01A5-02A5-03A5-04A5-05A5-06A5-07A5-08A5-09A6-01A6-02A6-03A6-04A6-05A6-06A6-07A6-08A6-09A6-10A6-11A6-12A7-01A7-02A7-03A7-04A7-05A7-06A7-07A7-08A7-09A7-10A7-11A7-12A7-13A8-01A8-02A8-03A8-04A8-05A8-06A8-07A8-08A8-09A8-10A8-1

11、1A8-12A8-13A9-01A9-02A9-03A9-04A9-05A9-06A9-07A9-08A9-09A9-10A9-11A9-12A9-13B1-01B1-02B1-03B1-04B1-05B1-06B1-07B1-08B1-09B1-10B1-11B1-12B1-13B2-01B2-02B2-03B2-04B2-05B2-06B2-07B2-09B2-10B3-01B3-02B3-03B3-04B3-05B3-06B3-07B3-08B3-09B3-10FJ1-1FJ1-2FJ1-3FJ1-4FJ1-5FJ1-6FJ1-7FJ1-8FJ2-1FJ2-2FJ2-3FJ2-4FJ2-

12、5FJ2-6FJ2-7FJ2-8FJ3-1FJ3-2FJ3-3FJ3-4FJ3-5FJ3-6100cm/sddt( fH) 0第55页/共76页56ddt( fH) 0第56页/共76页57位涡守恒应用3流体遇地形的运动135E140E145E150E155E160E165E170E175E25N30N35N40NLongitudeLatitude0 m20 cm / s伊豆海脊ddt( fH) 0第57页/共76页58位涡守恒应用4赤道潜流的形成ffHHfHHvuuxyy 第58页/共76页590zwyvxuxFxhgfvzuwyuvxuutuyFyhgfuzvwyvvxvutv惯性项平流项

13、科氏力项压力项其他外力项第59页/共76页60 xFxhgfvyuvxuutuyFyhgfuyvvxvutv浅水近似下的动量方程主要忽略了垂直平流项的作用浅水近似下的动量方程主要忽略了垂直平流项的作用第60页/共76页61w() ddt (t u )BBtBBhuh)u(dtdh)h(w0v )hH(yu )hH(xtBB0hvyhuxt第61页/共76页62yfgyhfguxfgxhfgv大尺度的浅水运动就是地转运动，但是大尺度的浅水运动就是地转运动，但是三个方程实际等于两个方程，无法求解三个方程实际等于两个方程，无法求解0yvxu可由动量方程导出第62页/共76页630yhvxhuyvxu

14、hhvyhux0h ,Jxhyyhxyhvxhu定常下浅水运动基本沿着等深线，也就定常下浅水运动基本沿着等深线，也就是地形影响运动是地形影响运动位涡守恒位涡守恒第63页/共76页64上述这种运动被称之为准地转运动上述这种运动被称之为准地转运动第64页/共76页6510uuu10vvv地转部分（大量）非地转部分（小量）000yvxu0111zwyvxu地转部分运动水平无辐散非地转部分运动水平有辐散第65页/共76页66sinf 20fyff0y第66页/共76页67xFxgfvyuvxuutuyFygfuyvvxvutv-xy 对动量方程求旋度，可以得到位涡方程FcurlhHffgyfyvxuH

15、ffgtB0200020位涡第67页/共76页68BhHffgyfq0200Fcurlqyvxutq2000000002(1)()()1BBBBfyfyfyfyff RhhOhHhHHHHHHHHHH20fgyuxv相对涡度Fcurldtdq第68页/共76页69yuxv0fgFcurlHgfhHfyfxyyxHgftB20020202FcurlqJtq,如果外力忽略0dtdq 位涡守恒第69页/共76页70LUTU2fUf1ULUfLLUf第70页/共76页71yvxukzvjzuizwyvxukkwj vi uzuuaaaaaa流体柱的垂直流速剪切导致涡度变化流体柱的辐合辐散导致涡度变化第71页/共76页72第72页/共76页73118118.5119119.5120120.5121121.512237.53838.53939.54040.5lonlat20cm8月 5米 层 余 流 第73页/共76页7411