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文檔簡(jiǎn)介

1、Review,地轉(zhuǎn)流:密度不均勻,設(shè)零面以上任一水平面上站A、站B,且A B,P為零面上方某一等壓面,hA*、hB*分別表示A、B兩站處等壓面P與零面的垂直距離,PN,海面,x,-z,P,A,B,hA*,hB*,F,E,P,等壓面從密度較小的站點(diǎn)向密度較大的站下傾,梅蘭-漢森公式,流速與tgp成正比,p越大,流速越大。 北半球,vp流向指向等壓面下傾方向右方90,南半球則指向等壓面下傾方向左方90 由于密度不均勻,海面及其下各等壓面的傾角一般也不同,因此地轉(zhuǎn)流的流速及流向自海面到海底也不相等,即地轉(zhuǎn)流與深度有關(guān),地轉(zhuǎn)流(geostrophic flow)動(dòng)力計(jì)算,計(jì)算步驟 (1) 劃分計(jì)算的層

2、次 (2) 假設(shè)一個(gè)適當(dāng)?shù)牧忝妫?求出hP-PN (3) 根據(jù)hP-PN 符號(hào)判斷等壓面下傾方向,再據(jù)南北半球判斷流向 (4) 求Vp (5) 作圖,六、風(fēng)海流,南森(F.Nansen)于1902年觀測(cè)到北冰洋中浮冰隨海水運(yùn)動(dòng)的方向與風(fēng)吹方向不一致,后來(lái)由??寺鼜睦碚撋线M(jìn)行了論證,提出了漂流理論,(一) ??寺鼰o(wú)限深海漂流理論 1. 基本假定 (1) 海區(qū)無(wú)限寬廣;(2) 水深無(wú)限大;(3) 海水密度均勻;(4)海水運(yùn)動(dòng)達(dá)到定常; (5)海面(等壓面)是水平的;(6) 不考慮科氏力隨緯度的變化;(7) 只考慮由鉛直湍流導(dǎo)致的水平湍切應(yīng)力,且假定鉛直湍流粘滯系數(shù)Kz為常量。在上述假定條件下,均勻

3、且恒定的風(fēng)在整個(gè)海區(qū)作用了很長(zhǎng)的時(shí)間,因此所產(chǎn)生的海流稱(chēng)為深海漂流,定性解釋,o,x,y,v0,f,F,F1,F合,o,x,y,f,F,F1,v1,45,v,2. 運(yùn)動(dòng)方程及其解 (1)坐標(biāo)系采用右旋直角坐標(biāo)系,OXY面與平均海平面重疊,設(shè)風(fēng)只沿Y軸方向吹,(2) 運(yùn)動(dòng)方程按照上述的假定,海水運(yùn)動(dòng)方程簡(jiǎn)化為:,(3) 邊界條件 海面邊界條件: 無(wú)限深處:,;,(4)求解,令,求解,可得出深海漂流流速隨深度的變化,V0 為海面的流速,其值為,為地理緯度,3. 結(jié)論,流速與流向隨深度變化如下圖所示。聯(lián)結(jié)各層流矢量端點(diǎn)上的線,稱(chēng)為??寺菪€。,4. 討論,(1) 表層流速V0,式中Kz和y很難確定

4、,采用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式(??寺?,適用于深海,其中W為風(fēng)速,單位m/s,可見(jiàn),風(fēng)速越大,V0越大; 越低,V0越大;南半球以絕對(duì)值代入,(2) 摩擦深度 D,因此,有了某緯度處的風(fēng)速W,便可計(jì)算出V0與的值,進(jìn)而求得粘滯系數(shù)Kz的量值。,式中Kz未知,采用經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式:,可見(jiàn),風(fēng)速越大,海區(qū)所在的緯度越低,深海漂流的摩擦深度D越大;南半球以絕對(duì)值代入,(二) 淺海風(fēng)海流,如果水深比較小,大致與D相等或小于D,海底的摩擦將起很大的作用。Ekman指出:對(duì)于淺海的漂流而言,表面流的流向與風(fēng)向的交角一般比無(wú)限深海小,流向隨深度的變化也比較緩慢。右下圖給出了不同水深情況下風(fēng)海流矢量在平面上的投影。,其中,V0

5、、D分別為風(fēng)速與被研究淺海區(qū)風(fēng)速相同情況下無(wú)限深海漂流的流速和摩擦深度,假設(shè)海區(qū)的水深h為常數(shù),理論上可導(dǎo)出淺海漂流的流速為,結(jié)論:,對(duì)于北半球,淺海風(fēng)海流的表層流向仍偏向于風(fēng)向的右方(南半球偏向于左方),海區(qū)的水深越小,右偏的角度一般就越小,表 偏向角與h/D的關(guān)系,淺海風(fēng)海流的流速隨深度的增加而減小 對(duì)于北半球,流向隨深度的增加而逐漸右偏(對(duì)于南半球則向左偏) h/D2時(shí),海區(qū)視為無(wú)限深海,但由于D與W有關(guān),因此即使h固定,海區(qū)隨風(fēng)速的大小可當(dāng)作淺海處理,也可作深海處理,計(jì)算時(shí)應(yīng)先判斷,例 緯度30 海區(qū)平均水深160m,則,a) 當(dāng)風(fēng)速W=7m/s,則h2D,可作深海風(fēng)海流處理,b) 當(dāng)

6、風(fēng)速W=18m/s,則h2D,只能當(dāng)作淺海風(fēng)海流處理,(5) 計(jì)算風(fēng)海流的一般步驟 1) 先判斷深、淺海風(fēng)海流 2) 當(dāng)h/D2,當(dāng)作深海風(fēng)海流計(jì)算, 3) 根據(jù)南、北半球判斷流向 4) 作圖,(三) 風(fēng)海流的體積運(yùn)輸,所謂沿某方向的海水體積運(yùn)輸量是指:在單位時(shí)間內(nèi),通過(guò)一個(gè)垂直于海面且垂直于該方向的單位寬、從海面到海底截面的海水體積,這個(gè)體積運(yùn)輸量也成為海水沿這方向的全流。,x,o,y,-z,A,B,C,D,A,B,C,1 深海風(fēng)海流的體積運(yùn)輸量,y,x,Mx,2 淺海風(fēng)海流的體積運(yùn)輸量,在x,y方向上都存在,其體積運(yùn)輸量偏離風(fēng)矢量的角度小于90,且水深越小,偏角越小,淺海漂流與深海漂流的差

7、別: 北半球表面流向仍然偏向于風(fēng)向的右方,而且海區(qū)的相對(duì)深度(h/D)越小,偏角越?。?Ekman螺線比較扁 海水體積運(yùn)輸方向仍偏向于風(fēng)向的右方,但小于90,因此沿風(fēng)向也有水體運(yùn)輸?shù)姆至?當(dāng)所研究海區(qū)h2D,淺海漂流與深海漂流很相近,因此水深h2D的海區(qū)可視作深海,北半球海水的體積運(yùn)輸方向與風(fēng)矢量垂直,且指向右方,在南半球則相反,(四) 風(fēng)海流的副效應(yīng),1. 風(fēng)海流的體積運(yùn)輸必然導(dǎo)致海水在某些海域或岸邊發(fā)生輻散和輻聚。由于連續(xù)性,又必然引起海水在這些區(qū)域產(chǎn)生上升或下沉運(yùn)動(dòng),繼而改變了海洋的密度場(chǎng)和壓力場(chǎng)的結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生出其它的流動(dòng),上述現(xiàn)象稱(chēng)為風(fēng)海流的副效應(yīng)。,北半球,2 上升流 上升流與漁場(chǎng)的

8、關(guān)系 50%的漁場(chǎng)位于上升流區(qū) 上升流的特點(diǎn) a. 流速很小,量級(jí)為10-5m/s(1m/天) b.低溫高鹽特征,表層海水的輻散與輻聚與風(fēng)應(yīng)力的水平渦度的關(guān)系為:,散度(海水輻散)=,當(dāng)散度為正值時(shí),海水輻散,產(chǎn)生上升流 當(dāng)散度為負(fù)值時(shí),海水輻聚,產(chǎn)生下降流,北半球 南半球 氣旋式:中心為低氣壓 反時(shí)針 順時(shí)針 反氣旋式:中心為高氣壓 順時(shí)針 反時(shí)針,2 上升流 上升流與漁場(chǎng)的關(guān)系 50%的漁場(chǎng)位于上升流區(qū) 上升流的特點(diǎn) a. 流速很小,量級(jí)為10-5m/s(1m/天) b.低溫高鹽特征,Upwelling is especially intense in the eastern bounda

9、ry current. A rather anomalous example is the Somali current in the western Indian Ocean.,sea surface temperatures are relatively low in regions of upwelling,Fig. Sea surface temperature of the Benguela Upwelling off the coast of South Africa in March 2000. (Red color indicates high temperature, pur

10、ple indicates low. The coldest water is found where the upwelling is strongest),30N,40N,130W,110W,90W,The climate of the east coast differs considerably from that on the west coast. Why?,San Diego,Charleston,125-150cm of rain a year Hot Summer,25-50cm of rain a year Cool Summer,Upwelling,Cool San Di

11、ego Hot Charleston,Provided by NASAs SeaWiFS Project and ORBIMAGE,The equator is marked by a line of increased chlorophyll concentrations, which is wider and stronger in the eastern Atlantic. The nutrient rich water from the Congo river plume flows north-westward and merges into the equatorial upwel

12、ling.,Equatorial upwelling,As the surface water moves away from the equator on both sides, it is replaced by colder, nutrient rich water from deeper layers.,Equatorial Upwelling,Upper: Large area of warm temperature and low chlorophyll Bottom: cold temperature and elevated chlorophyll concentration,3) July 1998: La Nia conditions, enhance upwelling, Pacific Equatorial Upwelling reappeared.,2) January 1998: strong El Nio warm event, warmer water suppresses upwelling, and phytoplankton growth is severely diminished.,南半球某支風(fēng)生海流表層流向向東,問(wèn)在該洋表面上理應(yīng)吹什么方向的風(fēng)?并以羽狀箭號(hào)表示。,設(shè)北太平洋的西風(fēng)

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