第三章 大氣環(huán)流與大洋環(huán)流(二)

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1、引言：大洋環(huán)流與全球能量傳輸思考過程：1.凈輻射的緯向差異的存在——熱量從低緯向高緯輸送2.氣候模型模擬的結(jié)果只考慮大氣環(huán)流的經(jīng)向輸送，高緯度氣溫比實(shí)測偏低20℃，中緯度海溫偏低10℃。3.結(jié)論：應(yīng)有附加的經(jīng)向熱量輸送。北半球熱量的經(jīng)向輸送4.缺失項(xiàng)的估算在加入洋流熱量輸送的氣候模擬中，低緯溫度下降，高緯溫度上升，溫度接近實(shí)測結(jié)果。5.大洋環(huán)流的定義：海洋中具有相對穩(wěn)定流速和流向的大規(guī)模海水運(yùn)動現(xiàn)象。第3節(jié)表層大洋環(huán)流(surface-oceancurrent)一、表層洋流的運(yùn)動1.表層洋流運(yùn)動與大氣運(yùn)動成因的差異￠太

2、陽輻射對大氣和海洋加熱部位的不同；￠大氣和海洋垂向運(yùn)動趨勢的不同；￠大氣和海洋比熱的不同，由于海洋溫度的變化緩慢，而使得廣大海域內(nèi)的海水溫度和密度的差異很小。結(jié)論：大氣和海水運(yùn)動驅(qū)動力的不同，全球風(fēng)場是產(chǎn)生表層大洋環(huán)流的主要驅(qū)動力。2.風(fēng)海流和簡化表層洋流模式（1）風(fēng)海流的定義(wind-driftcurrents)風(fēng)應(yīng)力作用下形成的海水流動，厚度較薄。（2）觀測事實(shí)￠北半球的海水運(yùn)動向風(fēng)應(yīng)力的右方偏離，南半球則向風(fēng)應(yīng)力的左方偏離；￠大洋渦旋(Oceangyres)的存在：在北半球呈順時針方向旋轉(zhuǎn)，在南半球呈逆時針方向

3、旋轉(zhuǎn)。根據(jù)1978年9月14日衛(wèi)星雷達(dá)散射儀測量的太平洋表面風(fēng)海流運(yùn)動推測的風(fēng)的分布。全球冬季表層大洋環(huán)流的分布簡化的表層洋流模式3.實(shí)際表層洋流與簡化模式的異同相似之處￠北半球副熱帶地區(qū)有一個順時針方向的渦旋，￠南半球副熱帶地區(qū)有一個逆時針方向的渦旋。不同之處￠赤道逆流（補(bǔ)償流）；￠環(huán)繞南極大陸的西風(fēng)漂流（地形作用）；￠高緯氣旋型渦旋在北大西洋更為明顯；￠海水向渦旋的中部輻合，沒有發(fā)生堆積?？梢?，在風(fēng)應(yīng)力之外，還有其他的力作用于海水，形成表層洋流的運(yùn)動特征。二、洋流運(yùn)動的機(jī)理（一）?？寺斔?.實(shí)地觀測：南森的北冰洋

4、漂流2.理論推導(dǎo)：?？寺臄?shù)學(xué)解釋￠邊界條件：持續(xù)強(qiáng)風(fēng)，無限和均勻的海洋，無其他作用力?！榧僭O(shè)：水的運(yùn)動表現(xiàn)為許多相互獨(dú)立的薄水層的運(yùn)動?！槿N作用力：上覆水的應(yīng)力（在水面是風(fēng)應(yīng)力）、下伏水的應(yīng)力和地轉(zhuǎn)偏向力。埃克曼螺線的結(jié)構(gòu)3.結(jié)論￠表層洋流將沿風(fēng)向的20～45°角方向流動；￠流向?qū)⒃诒韺右韵?00～200m之間處倒轉(zhuǎn)；￠100～200m處的流速只有表層流速的約4%。4.推論當(dāng)螺線中所有單個水層的運(yùn)動疊加后，水的凈輸送方向與風(fēng)向呈直角，這種水的凈位移稱為?？寺斔?Ekmantransport)。在南、北半球副熱帶的

5、渦旋中，埃克曼輸送的結(jié)果是將水推向渦旋的中心。（二）地轉(zhuǎn)流的產(chǎn)生1.輻合和輻散（1）主要輻合區(qū)：渦旋的中心。（2）主要輻散區(qū)：赤道附近的海域，北美的西南海岸和北非的西海岸，南美和南非的西海岸。2.垂直運(yùn)動（1）輻合區(qū)域——下沉流；（2）輻散區(qū)域——上升流。3.地轉(zhuǎn)流(Geostrophiccurrents)（（11）地轉(zhuǎn)流的形成過程）地轉(zhuǎn)流的形成過程￠海平面坡度的形成海平面坡度的形成￠海水沿壓力梯度力方向流動海水沿壓力梯度力方向流動￠地轉(zhuǎn)偏向力與壓力梯度力平衡地轉(zhuǎn)偏向力與壓力梯度力平衡￠地轉(zhuǎn)流的產(chǎn)生地轉(zhuǎn)流的產(chǎn)生（（22

6、）定義：大致垂直于洋面坡度繞渦旋的海流。）定義：大致垂直于洋面坡度繞渦旋的海流。（（33）方向：與風(fēng)海流基本一致）方向：與風(fēng)海流基本一致￠北半球繞渦旋呈順時針流動；北半球繞渦旋呈順時針流動；￠南半球繞渦旋呈逆時針流動。南半球繞渦旋呈逆時針流動。（（44）結(jié)果：渦旋中水流的輻合與下沉。）結(jié)果：渦旋中水流的輻合與下沉。（三）邊界海流1.表現(xiàn)：渦旋西部的海流狹窄并且流速快；東部的海流寬闊并且流速慢。如北大西洋灣流和加那利海流。2.原理：絕對渦度的守恒￠渦度：描述流體繞軸旋轉(zhuǎn)趨勢的物理量。反時針方向旋轉(zhuǎn)的趨勢為正渦度，而順時針

7、方向旋轉(zhuǎn)的趨勢為負(fù)渦度?！樾行菧u度f：由于地球的自轉(zhuǎn)，地面上的流體（除赤道外）具有繞著垂直軸的渦度。在北半球?yàn)檎谀习肭驗(yàn)樨?fù)，緯度越高，渦度越大。f=2ωsin?￠相對渦度ξ：流體相對于地球運(yùn)動具有的渦度，北半球反時針旋轉(zhuǎn)的海流具有正渦度，順時針旋轉(zhuǎn)的海流具有負(fù)渦度（箭頭的長度代表相對流速）。￠絕對渦度：行星渦度(f)與相對渦度(ξ)之和，對于大尺度水平運(yùn)動而言，絕對渦度保持恒定。d(f+ξ)=0dt如果海流向極地移動，f增大，ξ就傾向于減小，因而海流將得到反氣旋式（順時針）渦度，使之轉(zhuǎn)向赤道方向移動；如果海流向赤道

8、移動，f減小，ξ就傾向于增大，因而海流將得到氣旋式（反時針）渦度，使之向極地方向返回。3.大洋渦旋不對稱性機(jī)理（北半球）￠渦旋周圍產(chǎn)生負(fù)的相對渦度（順時針）。￠東部邊界海流從北向南運(yùn)動，行星渦度減小，相對渦度增大（反時針傾向），岸線摩擦獲得正相對渦度，使渦旋減弱?！槲鞑窟吔绾Ａ鲝哪舷虮边\(yùn)動，行星渦度增大，相對渦度減小（順時針傾向）