第四讲大洋环流基础知识.ppt

海洋环流的基本特征 水平流动沿着等高线（等温线)，流速大小和等值线的密集程度有关。 垂直温度（密度）的变化影响着流动的方向（赤道潜流、北赤道流和黑潮延伸体）。 有时流动沿着等深线（东海黑潮、近海环流）或者纬线（南太平洋海流），遇地形流动会发生变化（黑潮延伸体）。 存在顺时针和逆时针的环流，很强的西边界流。 第三章 大洋环流基础知识 第一节 基本运动方程 运动方程： 牛顿第二运动定律 动量方程 连续方程： 质量守恒 1. 非旋转坐标系下的运动方程 2.旋转坐标系下的运动方程 在非惯性坐标系下，绝对速度等于相对速度加上牵连速度 绝对速度 相对速度 牵连速度 地球在自转，是旋转坐标系， 是地球自转角速度，大小是 ， 是地球球心到运动位置的矢径 坐标变换，引入惯性力 由于我们实际是在地球上观测海洋的运动，采用相对坐标系比采用绝对坐标系方便 旋转坐标系下的运动方程 旋转坐标系下的运动方程和非旋转坐标系下的方程相比，多了惯性力项，特别是科氏力的出现，使得旋转坐标系下的运动更具特点 第二节 基本概念 1. 科氏力和科氏参数 2. 大尺度运动和Rossby数 3. 正压海洋和斜压海洋 1. 科氏力和科氏参数 地球在自转，局地的旋转角速度和纬度有关，赤道上的局地旋转角速度为0，两极的局地旋转角速度最大，就是地球自转的角速度 1. 科氏力和科氏参数 在地球这个非惯性坐标系中，由于地球的自传引入了惯性力——科氏力： 科氏力的方向总是和运动的方向垂直，因而不做功，不会为运动提供额外的能量，但是会影响运动的轨迹。 科氏参数：2倍的局地旋转角速度 2. 大尺度运动和Rossby数 海洋环流大尺度运动特点 运动空间尺度特点： 运动的空间尺度很大，基本在100km以上。 运动时间尺度特点： 运动的时间尺度很长，一般在1个月以上，意味着要远远的大于地球自转的时间尺度。 物理意义：流体相对运动的时间尺度远大于地球自转周期，运动过程中地球自转的效应能够被感觉到，即科氏力的作用能被感觉到。 Rossby数 定义Rossby数： 其中U是水平流动的特征流速，L是水平流动的特征空间尺度。对于大尺度运动，U一般为0.01-0.1m/s，L一般为100-1000km。 对于大尺度运动 ： Rossby数远小于1 Rossby数物理意义 惯性项/科氏力： 旋转时间尺度/平流时间尺度 相对速度/牵连速度 相对涡度/牵连涡度 3. 正压海洋和斜压海洋 严格定义 正压海洋：等密度面和等压力面平行 斜压海洋：等密度面和等压力面不平行 一般情况下的定义 正压海洋：海水的密度（温度）看成是常数 斜压海洋：海水的密度（温度）不是常数 第三节 地转运动、流函数和势函数 基本运动方程 写成分量形势 实际的海洋中，大尺度的环流运动是定常的，海洋当中的摩擦力等其他外力很小，相对于科氏力和压力可以忽略，这样的运动称之为地转运动。 1. 地转运动 定常下忽略摩擦力 和其他外力的运动 地转运动方程 运动特点： 流动平行于等压线，在北半球，高压在右手方向。海面高度和海面压力是对应的，所以地转运动也是平行于等高线的流动，在北半球，海面高的海水在右手方向。 海面温度和 海面高度是 对应的，地 转运动沿着 等温线或者 等高线流动 大洋流动基本沿等温线，而且等温线越密集的地方压力梯度越大，流动越强 2. 流函数和势函数 如果流场可以表示为 就把 称之为流函数 如果流场可以表示为 就把 称之为势函数 地转运动中的压力或者高度可以看成是流函数 流函数和势函数运动特点 流函数决定的流场 流函数决定的流场是无辐散的 势函数决定的流场 势函数决定的流场是无旋度的 流函数和势函数运动特点 流函数是平行等压线的运动 势函数是垂直等压线的运动 任何运动都可以分解成两部分，一部分是流函数决定的，一部分是势函数决定的 信风和西风带反映流函数和势函数运动 信风带 科氏力较弱 势函数作用 比较明显 西风带 科氏力较强 流函数作用 比较明显 第四节 涡度和涡度方程 1. 涡度 涡度定义： 速度场的旋度定义为涡度，海洋运动中势函数运动没有涡度，流函数运动才有涡度。 海洋中最重要的涡度 分量是Z方向的涡度 逆时针运动的涡度为 正值，顺时针运动的 涡度为负值。 绝对涡度、相对涡度和牵连涡度 地球上的运动是在旋转坐标系下： 特别是 2. 涡度方程 对运动方程求旋度，得到涡度方程 涡度方程表明：涡度的变化由内因、斜压作用和外因共同决