风生环流的Sverdrup理论课件

风生环流的Sverdrup理论风生环流的Sverdrup理论13579111315171915793A AtmospheretmosphereOOceancean.008916123L Landand.074074.188615.336077.500000.663923.811385.925926.991084500680900257512518025536011601455177521152475285032353625401544054800SeaIceSunLASG全球海洋-大气-陆面（GOALS）耦合模式热量水分动量13579111315171915793Atmosphere风生环流的Sverdrup理论课件BarotropicStream-function(x,y)Barotropic Stream-function(x,ThermohalineforcingonlyWindandthermohalineforcingBarotropicstreamfunction(England,1993)ACCKuroshioThermohaline forcing onlyWind 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GFDLOGCM(GeophysicalFluidDynamicsLab.)Bryan(1969)海洋模式设计Cox(1984)向量化版本Pacanowski(1991)MOMGFDL OGCM风生环流的Sverdrup理论课件问题：风能够在何种程度上决定海洋环流？问题：风能够在何种程度上决定海洋环流？“Wind-DrivenCirculationisthecirculationintheupperkilometeroftheoceanforced by the wind.Thecirculationcanbecausedbylocal winds or by winds inother regions.”（Stewart,2004）“Wind-Driven Circulation is th1.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？1.风的强迫作用是如何传递到较深层海洋的？Sverdrup模型和Ekman模型Ekmantransport/pumpingSverdrupbalance/transport风生洋流的东西向分量风应力旋度激发的Rossby波 Sverdrup模型和Ekman模型风生环流的Sverdrup理论课件风生环流的Sverdrup理论课件Mass/VolumetransportUnit:Sverdrup1Sv=106m3s-1 Mass/Volume transportUnit:定常风生环流的机理定常风生环流的机理动量方程(x方向)动量方程(x方向)fvg-fugfvg-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 远离西边界水平粘性项可以忽略；Sverdrup 模型Ekman模型适用范围:海表边界层Z=0Z=-DEZ=-D0Ekmanlayer风生环流层压力梯度不可忽略!Ekman 模型Z=0Z=-DEZ=-D0Ekman laEkmantransportandEkmanpumpingEkman transportEkman层方程和边界条件AtmosphereOcean(vg=0)Ekman 层方程和边界条件AtmosphereOcean海洋Ekman层的解海洋Ekman层的解 海洋Ekman 层的解海洋Ekman层的解Ekmanlayercurrents(N.H.)DE Ekman layer currents(N.H.)DEEkmanvolumetransportEkman volume transport北半球的Ekmantransport VE北半球的 Ekman transportVEFromStewart(2004)From Stewart(2004)小结：EkmanlayerEkmanlayer是风应力直接影响的海表边界层，其中垂直粘性力和科氏力起主要作用.Ekmanlayer的输送和风向垂直，在北半球指向风的右侧.Ekmanlayer中洋流的速度随深度呈指数衰减.小结：Ekman layerEkman layer 是风应力风生环流的Sverdrup理论课件问题：风应力的非均匀分布会产生什么影响？问题：风应力的非均匀分布会产生什么影响？Fig.4.1.IllustrationofEkmantransportandEkmanpumping,basedontheeasternPacificOcean.(FromTomczak&Godfrey,2001)xVEFig.4.1.Illustration of EkmaEkman层的垂直运动Ekman层的垂直运动EkmanpumpingEkman pumping风生环流的Sverdrup理论课件wG是Ekmanpumping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。wG 是 Ekman pumping产生的垂直速度，反映了ESverdrup模型适用范围:海表无运动层Z=0Z=-DEZ=-D0Ekmanlayer风生环流层这里的运动是如何产生的?Sverdrup 模型Z=0Z=-DEZ=-D0EkmanZ=0Z=-DEZ=-D0Curl0？Z=0Z=-DEZ=-D0Curl 0？SverdrupbalanceandSverdruptransportSverdrup balance 位涡守恒Sverdrupbalance位涡守恒 Sverdrup balanceEkman层以下的地转经向输送Ekman层以下的地转经向输送Sverdrupbalance/transportSverdrup balance/transportSverdrupbalance有多种表示Sverdrup balance有多种表示Z=0Z=-DEZ=-D0Curl0VGZ=0Z=-DEZ=-D0Curl 0VG小结:Sverdrupbalance/transportEkman层以下的水体通过南北向移动改变它的行星涡度，以平衡Ekmanpumping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).小结:Sverdrup balance/transpo风生环流的Sverdrup理论课件怎样解释逆风而动的北赤道逆流？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可归结为：已知南北向分量求解东西向分量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。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。xx=0 x=Xxx=0 x=XNECCNECC风生环流的Sverdrup理论课件风生环流的Sverdrup理论课件风应力旋度激发的非频散Rossby波风应力旋度激发的非频散 Rossby 波自由波和强迫波(Meyers,1979)自由波和强迫波(Meyers,1979)ZonalwindstressZonal wind stress正涡度源正涡度源(D14,fromMeyers,1979)Month观测事实(D14,from Meyers,1979)Month观小结风强迫的非局地作用小 结风生环流的Sverdrup理论课件课程材料网址：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.NECC解释:图中的风应力廓线有利于NECC维持.Ekman输送，Sverdrup输送，纬向输送连续方程Ekman输送，Sverdrup输送，纬向输送连续方程NECCEkman经向输送辐散有利于Ekman层逆风流.NECCEkman经向输送辐散有利于Ekman层逆风流.NECCSverdrup输送辐散有利于风生环流层的逆风流.NECCSverdrup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.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，风生环流的Sverdrup理论课件