海气相互作用 - 全球水循环过程及其量级

全球水循环过程及其量级

• 单位：Sv=106m3/s，大气/陆地/海洋(103 km3)
• 径流1.3 Sv≈台湾暖流1.1 Sv≈白令海峡0.9-1.1 Sv
  

从涡度平衡的角度说明为什么大洋强化发生在西边界而非东边界

• 有且只有在大洋西边界强化，才可以使得摩擦力产生一个正的涡度来抵消整个海盆尺度负涡度的埃克曼泵压。而东边界强化反而加强了埃克曼泵压产生的负涡度，无法满足全球大洋的涡度平衡。

各种数

①雷诺数：惯性力/粘性力

V：流体运动的速度量级
L：流体运动的尺度量级
υ：黏性
Re<2000为层流，Re>2000为湍流。Re很小时摩擦力很重要，Re很大时惯性力很重要。

②罗斯贝数：惯性力/科氏力

U：流体运动的速度量级
L：流体运动的水平尺度量级
Ω：地球旋转角速度(Ω = 7.292×10-5)

③埃克曼数：摩擦力/科氏力

υ：黏性
L：流体运动的水平尺度量级
Ω：地球旋转角速度(Ω = 7.292×10-5)
Ek体现边界层内的量级

④弗劳德数：对流速度/表面重力波速

U：流速尺度
g：重力加速度
h：水深
如果Fr=1，则对流速度等于重力波的相位速度，为临界流动，若Fr>1，则扰动信号不能向上游传播，为超临界流动。

⑤理查德森数：流体层化/流速剪切

ρ：密度
\vec{u}：速度向量
g：重力加速度
z：垂向坐标
如果层化加强，则会抑制混合过程，如果层化弱，而流速剪切强，则更容易发生不稳定对流。Ri = 0.25 是稳定度的一个关键阈值。

⑥朗缪尔数

vT：耗散系数
a：海面波动的振幅
k：波数
σ：频率
u*：海面摩擦速度
表示朗缪尔环流中的涡汇和涡源过程

上层Ekman输运和底层Ekman输运

• 上层Ekman输运：埃克曼螺旋是风应力作用于流体层之上，埃克曼输运垂直于风应力方向。
• 底层Ekman输运：埃克曼螺旋是摩擦力作用于流体层之上，埃克曼输运垂直于摩擦力方向。

大洋环流

• 大洋环流主要分为西边界流区和大洋内区，西边界流区存在西向强化，大洋内区用通风温跃层理论解释。

厄尔尼诺正反馈、负反馈

正反馈：

• 厄尔尼诺开始→东太海温升高→东西太平洋的温度梯度减小→沃克环流减弱→海面信风减弱→海水向西太堆积减慢→暖水抑留东太→东太海温升高→厄尔尼诺加强

负反馈：

• 厄尔尼诺发展→东太西风异常→激发东传暖Kelvin波、西传冷Russby波→暖Kelvin波达到东边界、Russby波达到西边界分别向南北扩散→形成向东的冷Kelvin波→加强海面抬升→东太海温降低→厄尔尼诺减弱

负反馈有延迟振子和充放电理论

混合层加深的过程

• 风应力增强、
• 表面冷却、
• 季节变化导致风应力增强以及表面冷却

大洋环流的动力来源

根本动力：太阳辐射的纬度差异
主要动力：风应力