廈門大學海洋科學導論課件水文部分lect9-1031

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)動力計算,計算步驟 (1) 劃分計算的層

2、次 (2) 假設(shè)一個適當?shù)牧忝妫?求出hP-PN (3) 根據(jù)hP-PN 符號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、風海流,南森（F.Nansen）于1902年觀測到北冰洋中浮冰隨海水運動的方向與風吹方向不一致,后來由?？寺鼜睦碚撋线M行了論證，提出了漂流理論,(一) ?？寺鼰o限深海漂流理論 1. 基本假定 (1) 海區(qū)無限寬廣；(2) 水深無限大；(3) 海水密度均勻；(4)海水運動達到定常； (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、且恒定的風在整個海區(qū)作用了很長的時間，因此所產(chǎn)生的海流稱為深海漂流,定性解釋,o,x,y,v0,f,F,F1,F合,o,x,y,f,F,F1,v1,45,v,2. 運動方程及其解 (1)坐標系采用右旋直角坐標系，OXY面與平均海平面重疊，設(shè)風只沿Y軸方向吹,(2) 運動方程按照上述的假定，海水運動方程簡化為：,(3) 邊界條件 海面邊界條件： 無限深處：,;,(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)各層流矢量端點上的線，稱為?？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)驗關(guān)系式(?？寺?，適用于深海,其中W為風速，單位m/s,可見，風速越大，V0越大； 越低,V0越大；南半球以絕對值代入,(2) 摩擦深度 D,因此，有了某緯度處的風速W，便可計算出V0與的值，進而求得粘滯系數(shù)Kz的量值。,式中Kz未知，采用經(jīng)驗關(guān)系式:,可見，風速越大，海區(qū)所在的緯度越低，深海漂流的摩擦深度D越大；南半球以絕對值代入,(二) 淺海風海流,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：對于淺海的漂流而言，表面流的流向與風向的交角一般比無限深海小，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海流矢量在平面上的投影。,其中,V0

5、、D分別為風速與被研究淺海區(qū)風速相同情況下無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)，理論上可導出淺海漂流的流速為,結(jié)論：,對于北半球，淺海風海流的表層流向仍偏向于風向的右方(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,淺海風海流的流速隨深度的增加而減小 對于北半球，流向隨深度的增加而逐漸右偏（對于南半球則向左偏） h/D2時，海區(qū)視為無限深海,但由于D與W有關(guān)，因此即使h固定，海區(qū)隨風速的大小可當作淺海處理，也可作深海處理，計算時應(yīng)先判斷,例 緯度30 海區(qū)平均水深160m，則,a) 當風速W=7m/s,則h2D，可作深海風海流處理,b) 當

6、風速W=18m/s,則h2D，只能當作淺海風海流處理,(5) 計算風海流的一般步驟 1) 先判斷深、淺海風海流 2) 當h/D2，當作深海風海流計算， 3) 根據(jù)南、北半球判斷流向 4) 作圖,(三) 風海流的體積運輸,所謂沿某方向的海水體積運輸量是指：在單位時間內(nèi)，通過一個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，這個體積運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 深海風海流的體積運輸量,y,x,Mx,2 淺海風海流的體積運輸量,在x,y方向上都存在，其體積運輸量偏離風矢量的角度小于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向的右方，而且海區(qū)的相對深度(h/D)越小，偏角越小； Ekman螺線比較扁 海水體積運輸方向仍偏向于風向的右方，但小于90，因此沿風向也有水體運輸?shù)姆至?當所研究海區(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輸方向與風矢量垂直，且指向右方，在南半球則相反,(四) 風海流的副效應(yīng),1. 風海流的體積運輸必然導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)生上升或下沉運動，繼而改變了海洋的密度場和壓力場的結(jié)構(gòu)從而產(chǎn)生出其它的流動，上述現(xiàn)象稱為風海流的副效應(yīng)。,北半球,2 上升流 上升流與漁場的

8、關(guān)系 50%的漁場位于上升流區(qū) 上升流的特點 a. 流速很小，量級為10-5m/s(1m/天) b.低溫高鹽特征,表層海水的輻散與輻聚與風應(yīng)力的水平渦度的關(guān)系為：,散度（海水輻散）=,當散度為正值時，海水輻散，產(chǎn)生上升流 當散度為負值時，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 反時針 順時針 反氣旋式：中心為高氣壓 順時針 反時針,2 上升流 上升流與漁場的關(guān)系 50%的漁場位于上升流區(qū) 上升流的特點 a. 流速很小，量級為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.,南半球某支風生海流表層流向向東，問在該洋表面上理應(yīng)吹什么方向的風？并以羽狀箭號表示。,設(shè)北太平洋的西風