风生环流的Sverdrup理论课件.ppt

1、风生环流的Sverdrup理论13579111315171915793.008916123.074074.188615.336077.500000.663923.811385.925926.991084 500 680 900 25 7512518025536011601455177521152475285032353625401544054800Sea IceSunLASG全球海洋-大气-陆面（GOALS）耦合模式热量水分动量00HHdzuUydzvVxBarotropic Stream-function(x,y)Thermohaline forcing onlyWind and therm

2、ohalineforcingBarotropic streamfunction(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GFDL OGCM(Geophysical Fluid Dynamics Lab.)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-Driven Circulation is the circulation in the upp

3、er kilometer of the ocean forced by the wind.The circulation can be caused by local winds or by winds in other regions.”（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 Ekman transport/pumping Sverdrup balance/transport 风生洋流的东西向分量 风应力旋度激发的Rossby波2121ZZYYxdzdyuM Ma

4、ss/Volume transport2121,ZZZZdzvVdzuU2121ZZYYxdzdyuVUnit:Sverdrup1 Sv=106 m3s-1定常风生环流的机理uoFzuzxpvfzuwyuvxuutu1动量方程(x方向)yp1ufzvzxp1vfzuzooyo0zxo0z1zv,1zufvg-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=-D0Ekman layer风生环流层压力梯度不可忽略!Ekman transportandEkman pum

5、ping00gguufzvzvvfzuz Ekman 层方程和边界条件AtmosphereOceangzzvv0v00vvzzz001(vg=0)WWW002210zzfiz 海洋Ekman 层的解海洋Ekman层的解21/ziziif,BeAeWyxiv iuTW Ekman layer currents(N.H.)DExoDEyoDEfdzvVfdzuUEE1100Ekman volume transportfVE北半球的 Ekman transportVEFrom Stewart(2004)小结：Ekman layer Ekman layer 是风应力直接影响的海表边界层，其中垂直粘性力

6、和科氏力起主要作用.Ekman layer的输送和风向垂直，在北半球指向风的右侧.Ekman layer 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.Illustration of Ekman transport and Ekman pumping,based on the eastern Pacific Ocean.(From Tomczak&Godfrey,2001)xVE0zwyvxudzyvxuwEEDDz0yVxUEEEDzwEkman层的垂直运动fCurlwozGEkman pumpingfyfxwoxoyDzEwG 是 Ekman pum

7、ping产生的垂直速度，反映了Ekman layer 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=-D0Ekman layer风生环流层这里的运动是如何产生的?Z=0Z=-DEZ=-D0Curl 0？Sverdrup balance and Sverdrup transport zwffyvxutyfzwfv,位涡守恒 Sverdrup balancefCurlfwfdzvVzGDDGE00Ekman层以下的地转经向输送fCurlxz001EVEGDyVVdzvM0000Sverdrup balance/transportzyCurlMfC

8、urlfVzG0Sverdrup balance有多种表示zyCurlMZ=0Z=-DEZ=-D0Curl 0VG小结:Sverdrup balance/transport Ekman层以下的水体通过南北向移动改变它的行星涡度，以平衡Ekman pumping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0yMxMyxyCurlMxzy1122tan1yyayMxxy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。22tan1y

9、yaxMxxxXxxxdxyyaM022tan1xx=0 x=XNECC022yx风应力旋度激发的非频散 Rossby 波0 xHfHgtH2fCurlfxHfHgtH0z2自由波和强迫波(Meyers,1979)Zonal wind stress正涡度源(D14,from Meyers,1979)Month观测事实小 结风强迫的非局地作用课程材料网址：http:/ 维持机理的讨论NECC解释:图中的风应力廓线有利于NECC维持.X02x2xxdxyyatan1MyCurlMxzyx0Ef1VEkman输送，Sverdrup输送，纬向输送连续方程0y2x20yxNECCX02x2xxdxyyatan1MEkman经向输送辐散有利于Ekman层逆风流.y1Mxy0yx0yxNECCSverdrup输送辐散有利于风生环流层的逆风流.小 结在纬向风应力处于支配地位、且东边界洋流很弱的前提下，1.赤道无风带的存在有利于深厚NECC的维持；2.赤道无风带北侧有利于NECC的Ekman层分量的维持.