物理海洋學(xué) 期末復(fù)習(xí)資料完

千里之行，始于足下。第2頁/共2頁精品文檔推薦物理海洋學(xué)期末復(fù)習(xí)資料完1.inertialperiod(慣性周期P135)：

ItisonehalfthetimerequiredfortherotationofalocalplaneonEarth’ssurface

2.geostrophicbalance(地轉(zhuǎn)平衡P151):

Withintheocean’sinteriorawayfromthetopandbottomEkmanlayers,forhorizontaldistancesexceedingafewtensofkilometers,andfortimesexceedingafewdays,horizontalpressuregradientsintheoceanalmostexactlybalancetheCoriolisforceresultingfromhorizontalcurrents.Thisbalanceisknownasthegeostrophicbalance.

3.pressuregradient(壓力梯度):

Inatmosphericsciences(meteorology,climatologyandrelatedfields),thepressuregradient(typicallyofair,moregenerallyofanyfluid)isaphysicalquantitythatdescribeswhichdirectionandatwhatratethepressurechangesthemostrapidlyaroundaparticularlocation.Thepressuregradientisadimensionalquantityexpressedinunitsofpressureperunitlength.TheSIunitispascalpermetre(Pa/m).

4.mixedlayer(混合層P81):

Windblowingontheoceanstirstheupperlayersleadingtoathinmixedlayerattheseasurfacehavingconstanttemperatureandsalinityfromthesurfacedowntoadepthwherethevaluesdifferfromthoseatthesurface.Themagnitudeofthedifferenceisarbitrary,buttypicallythetemperatureatthebottomofthelayermustbenomorethan0.02–0.1?colderthanatthesurface./Theoceanicorlimnologicalmixedlayerisalayerinwhichactiveturbulencehashomogenizedsomerangeofdepth

5.PhysicalOceanography(物理海洋學(xué)P8):

PhysicalOceanographyisthestudyofphysicalpropertiesanddynamicsoftheocean.Theprimaryinterestsaretheinteractionoftheoceanwiththeatmosphere,theoceanicheatbudget,watermassformation,currents,andcoastaldynamics.PhysicalOceanographyisconsideredbymanytobeasubdisciplineofgeophysics.

6.TheEkmannumber(?？寺鼣?shù)P139)isadimensionlessnumberusedindescribinggeophysicalphenomenaintheoceansandatmosphere.Itcharacterisestheratioofviscousforcesinafluidtothefictitiousforcesarisingfromplanetaryrotation.ItisnamedaftertheSwedishoceanographerVagnWalfridEkman.

7.thermocline(溫躍層P82)：

Belowthemixedlayer,watertemperaturedecreasesrapidlywithdepthexceptathighlatitudes.Therangeofdepthswheretherateofchange,thegradientoftemperature,islargeiscalledthe

8.doublediffusion(雙擴(kuò)散P130-131)：

Here'swhathappens.Heatdiffusesacrosstheinterfacefasterthansalt,leadingtoathin,cold,saltylayerbetweenthetwoinitiallayers.Thecoldsaltylayerismoredensethanthecold,less-saltylayerbelow,andthewaterinthelayersinks.Becausethelayeristhin,thefluidsinksinfingers1-5cmindiameterand10sofcentimeterslong,notmuchdifferentinsizeandshapefromourfingers.Thisissaltfingering.Becausetwoconstituentsdiffuseacrosstheinterface,theprocessiscalleddoublediffusion.p131

9.salinity(鹽度):(P73-75)

Atthesimplestlevel,salinityisthetotalamountofdissolvedmaterialingramsinonekilogramofseawater.Thussalinityisadimensionlessquantity.Ithasnounits.

10.Reynoldsnumber(雷諾數(shù)P116):

Influidmechanics,theReynoldsnumber(Re)isadimensionlessnumberthatgivesameasureoftheratioofinertialforcestoviscousforcesandconsequentlyquantifiestherelativeimportanceofthesetwotypesofforcesforgivenflowconditions.

11.CoriolisForce(科氏力P133-134)

Isthedominantpseudo-forceinfluencingmotioninacoor-dinatesystemfixedtotheearth.

12.PotentialTemperature(位溫P85)

PotentialtemperatureΘisdefinedasthetemperatureofaparcelofwaterattheseasurfaceafterithasbeenraisedadiabaticallyfromsomedepthintheocean.

13.青藏高原對氣候的意義及附近海洋的妨礙(P42-43)

Mapsofsurfacewindschangesomewhatwiththeseasons.ThelargestchangesareintheIndianOceanandthewesternPacificOcean.BothregionsarestronglyinfluencedbytheAsianmonsoon.Inwinter,thecoldairmassoverSiberiacreatesaregionofhighpressureatthesurface,andcoldairblowssoutheastwardacrossJapanandonacrossthehotKuroshio,extractingheatfromtheocean.Insummer,thethermallowoverTibetdrawswarm,moistairfromtheIndianOceanleadingtotherainyseasonoverIndia.

14.科氏力推導(dǎo)

15.壓強(qiáng)梯度力推導(dǎo)：壓強(qiáng)梯度力并別是真正意義上的力，它實(shí)際是由于氣壓別同而產(chǎn)生的空氣加速度（即單位質(zhì)量所受的力）。它是產(chǎn)生從高氣壓向低氣壓的空氣加速度的緣故，產(chǎn)生風(fēng)。常指空氣的水平運(yùn)動(dòng)。

16.地轉(zhuǎn)流

水平壓強(qiáng)梯度力和科氏力達(dá)到平衡時(shí)的穩(wěn)定海流，叫做地轉(zhuǎn)流。一、地轉(zhuǎn)流的成因

歪壓場→水平壓強(qiáng)梯度力→海水在受力方向上運(yùn)動(dòng)→科氏力→水平壓強(qiáng)梯度力．．．．．．．=．科氏力．．．→地轉(zhuǎn)流

二、地轉(zhuǎn)流方程及其解

xFwvxp

zuwyuvxuutu+-+-=+++)cossin(21??ω??ρ????????yFuy

p

zvwyvvxvutv+--=+++?ω??ρ????????sin21zwwwwp

1uvw2ucosgFtxyzz

?????+++=-+ω?-+????ρ?

設(shè)等壓面只沿x方向傾歪，夾角為β,則有

-+?=120ρ??ω?px

vsin（6-22）01=--

gz

p

??ρ（6-23）

由（6-22）得x

pfxpv?ρ???ρω?==1sin21

（6-24）

依照等壓面方程dp0=，有0pp

dpdxdzxz

????=

+=

dx

dz

zpxp????-

=（6-25）利用式（6—23）可得

??ρp

z

g=-由圖可知dz

tandx

=β（6-27）因此ββρρρρtan)tan(1)(11f

g

gfdxdzzpfxpfv=?=??-=??=

（6-28）

βtanf

g

v=

∴由（6—28）式知：

內(nèi)壓場引起的地轉(zhuǎn)流流速v：與等壓面傾角的正切成正比；與科氏參量f成反比；隨深度增大而減??；

等壓面與等勢面平行時(shí)，流速為零在赤道處：

??==00,sin，f=0,式(6—28)別適用。

外壓場引起的地轉(zhuǎn)流（傾歪流）：自表至底(別思考底摩擦)流速相同地轉(zhuǎn)流流向：在等壓面與等勢面的交線上流淌；

在北半球垂直指向壓強(qiáng)梯度力的右方；觀測者順流而立時(shí)，右側(cè)等壓面高，左側(cè)低。在南半球正好相反。

17.風(fēng)海流

一.無限深海風(fēng)海流

1.基本假定：

北半球；穩(wěn)定風(fēng)場；無限廣大；海面水平；

∞→t、∞→h、ρ、f、Az為常量。

2.運(yùn)動(dòng)方程、邊界條件及解的形式動(dòng)量方程：

xFwvxp

zuwyuvxuutu+-+-=+++)cossin(21??ω??ρ????????(1)yFuy

p

zvwyvvxvutv+--=+++?ω??ρ????????sin21(2)

分析：流速為常量；方程左邊均為0;只思考切應(yīng)力(摩擦力)與科氏力.

0=??x

p（3）；221zu

AzuAzFzzx??=????=

ρρ（5）

0=??yp（4）；221z

v

AzvAzFzzy??=????=ρρ（6）（1）、（2）式簡化為：

???

?

?

??=+?-=+?0sin20sin22

222zdv

dAuzdu

dAvzzρ?ωρ?ω（7）以

?ωsin2=f代上式得022=+vAf

dz

udZρ（8）

02

2=-uAfdzvdZρ（9）引入復(fù)平面令viuV

+=，z

Af

a22

ρ=

復(fù)平面

（9）×I+(8)得

0)(2)(2

2

2=+-+viuiadzviud0)1(2

22

2=+-VaidzVd02

2

2=-Vjdz

Vd（10）解方程得

aij)1(+=

V=AjzjzBee-+（11）

在海底:-∞=z；V=0；B=0

在海面:設(shè)風(fēng)只沿y軸方向吹，則海面的邊界條件為

dzdvAZ

y=τ;0==dzduAz

xτ;0=dzdu（11）式對z求導(dǎo)jzjAedz

dV

=（12）由上式得z=0時(shí)11()yz

dVduividviAjdzjdzjdzjAτ+====

jz

AeV=∴

jz

z

yejAiVτ=

∴

vi

u

=+=+=+=++=+=aiaiiaiiaiiiaiiji2)1(22212)1()1()1()1(2a

eaii224sin4cos4π

π

π=+az

iz

y

i

e

Aae

V)1(4

2+=

τπ

==

++Z

z

aziazyAAf

e

22

)

4

(ρτπ

?

ωρτρτππ

sin2)()

4

(4

Zaziaz

yz

aziazyAe

efAe

+++=

=

iv

uaziazeVaz+=+++=)]45sin()45[cos(000

uVeazaz=+00

45cos()式中:aAz

2

=

ρω?

sin(z

Af

a22

ρ=

)

vVeazaz=+0045sin()

?

ωρτρτsin22

20zy

z

yAfAvuV=

=

+=∴

3.對解的討論

(1)流速的量值Ve

az

0，隨深度呈指數(shù)減小

(2)流矢量與x軸的夾角：(450

+az)(3)z＝0時(shí)：流速為V0，與yτ成正比，在風(fēng)矢量右方450

(在南半球則左偏)

(4)za

=-

π

時(shí)：

流速為00043.0Ve

V-=-π

；a

π

為摩擦深度，用D表示

流向?yàn)?50

—π=-1350

，恰與表面流向相反。4.求0V的經(jīng)驗(yàn)公式fvV?

sin0127.00=

求zA的經(jīng)驗(yàn)公式Az＝4.32

fv

二、淺海風(fēng)海流

h/D↓→流矢量與風(fēng)矢量的方向趨于一致；h/D＞0.5與無限深海相似；h/D＞2可作為無限深海處理。

三.風(fēng)海流的體積運(yùn)輸

在x與y方向上經(jīng)過單位寬度自表面到流淌消逝處的體積運(yùn)輸分不為

??

∞

-∞

-

+

=

=

00

)

4

cos(dz

az

e

V

udz

Maz

x

π

利用分步積分公式:∫udv=uv-∫vdu有:

?

?+

-

+

=

+dz

az

ae

a

az

e

a

dz

az

eaz

az

az)

4

sin(

1

)

4

sin(

1

)

4

cos(

π

π

π

?+

+

+

-

-

+

=]

)

4

cos(

1

)

cos(

[

)

4

sin(

1

4

1dz

az

ae

a

az

e

az

e

a

az

az

a

az

π

π

π

)]

4

cos(

)

4

[sin(

2

1

)

4

cos(az

az

e

a

dz

az

eaz

az+

+

+

=

+

?π

π

π

a

V

a

V

az

az

e

a

V

Maz

x2

2

2

)

4

cos(

)

4

[sin(

2

0=

=

∞

-

+

+

+

=

π

π

??

∞

-∞

-

=

+

=

=

00

)

4

sin(dz

az

e

V

vdz

Maz

y

π

結(jié)論（北半球）：

深海風(fēng)海流：體積運(yùn)輸方向與風(fēng)矢量垂直，指向右方。在南半球相反。

淺海風(fēng)海流：體積運(yùn)輸在x方向與y方向上都存在；

其合成方向偏離風(fēng)矢量的角度小于900；

水深愈小，偏角愈小。

12

1218.慣性流

惟獨(dú)科氏力作用的海流稱為慣性流一、運(yùn)動(dòng)方程vjui+=

?????-=

=fu

dtdvfvdt

du（1）由（1）式得：dv

fu

dtdufvdt11-==（2）即：vdv

ududv

fudufv

-=-=11（3）積分得：2

022

Vvu

=+

又由（1）式得：2

12

2

)

(vuV+=（4）

dt

dvfudtdxdt

dufvdtdy11-====（5）

對（5）式積分有

f

v

xxf

u

yy-

=-=

-00（6）

利用（4）式則（6）式變?yōu)椋?2

2022

2XXX)()(rfVfvuyyxx==+=-+-該圓為慣性圓，對應(yīng)的流稱為慣性流

水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的半徑為：?

ωsin20

0VfVr==

速度為：rV?ωsin20=

周期為：

02r2r12

T()2V2sinrsinsinsin24

ππππ=

====πω?ω???小時(shí)

二、慣性流實(shí)例

圖為1961年在31.50N，1430

E，

于1000～2000m深處觀測的慣性流實(shí)例。vf

Fx=uf

Fy-=

§6—4世界大洋上層要緊環(huán)流

一、要緊環(huán)流

1.北太平洋

a.反氣旋式環(huán)流：：由加利福尼亞海流，北赤道流，黑潮，黑潮連續(xù)組成

b.氣旋式環(huán)流：由黑潮分支，阿拉斯加海流，阿留申海流，親潮組成。

2.南太平洋環(huán)流：由秘魯海流，北赤道流，東澳大利亞海流，南極繞極環(huán)流組成。

3.印度洋環(huán)流：由西澳大利亞海流，南赤道流，莫桑比克海流，南極繞極環(huán)流組成。

4.北大西洋

a.反氣旋式環(huán)流：由加那利海流，北赤道流，灣流，北大西洋流組成