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对大洋波动的理解

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新浪微博达人勋

发表于 2015-7-3 18:24:56 | 显示全部楼层 |阅读模式

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一开始对波动的认识是基于对最简单的浅水模式,小振幅线性化后的平面波讨论的。
一、重力为恢复力的波动
重力为恢复力的大洋中的波动包括:浅水重力波,Poincare波,Kelvin波等。它们的恢复力都是重力,是一种高频的波动(Kelvin波也可以是低频)。

试想重力为恢复力的几种可能情况:
1. f=0,水平无界 —— 浅水重力波
2. f平面,水平无界 —— Poincare波
3. f平面,水平有界 —— 离散Poinare波,Kelvin波

1. 浅水重力波
没什么好说的,就是跟向池塘里扔个石子的情况一样。重力波波速与水深有关。

2. Poincare波
考虑旋转效应后,就是重力波加旋转的情况。水平有界时,由于波动有边界条件的约束,必然只有离散的模态,即在边界方向满足半波长的整数倍。

3. Kelvin波
水平有界时不仅能产生离散Poincare波,还能在边界上形成Kelvin波。这是由于科氏力的作用使水体向边界堆积,沿边界满足地转平衡,在北半球必然沿传播方向的右手是边界。Kelvin波的传播特点可以用辐合辐散来解释。Kelvin波的特点是传播速度等于浅水重力波波速。
由于赤道为特殊边界(f=0),这种水体的堆积造成赤道上水位变化,根据辐合辐散的特点,Kelvin波向东传播。

二、位涡梯度为恢复力的波动——Rossby波
Rossby波的频散关系可以从准地转位涡方程导出,当没有外力项时,位涡守恒,就是Rossby波。所以位涡守恒是Rossby的传播机制,而位涡梯度的存在是Rossby波产生的必要条件。

当我们考虑地形和海面起伏的影响时(这些都影响位涡),位涡梯度不仅仅是f随纬度的变化(行星涡度梯度),还可以是地形梯度和海面起伏造成的环境涡度梯度。我们都可以把它们叫做beta项。如果流体住有一个沿位涡梯度方向的扰动,由于要位涡守恒,必然会产生相对波度变化,进而引起位相传播。Rossby波的传播方向都是右手位涡增加的方向(包括地形Rossby)。

Rossby波是大洋信息的携带者。通过风场导致Rossby波的产生,Rossby波在传播的过程中携带局地信息传播,而且在传播过程中不断调整大洋的压力场,稳定后,产生大洋环流的基本形态。

在大洋中的东西方向有边界的约束,就会产生Rossby波的Normal Mode。这跟离散Poincare波的产生是一样的情况,都是由于边界的约束,对于自由Rossby波,只能是离散的解。只有风的频率与Normal Mode相同时,会与Rossby波产生共振,从而信号增强,Rossby波传播过程中调整大洋流场。因为,Normal Mode决定海盆调整的时间尺度。

评分

参与人数 1金钱 +5 收起 理由
林明宇 + 5

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新浪微博达人勋

发表于 2015-7-4 10:57:35 | 显示全部楼层
不错,~~~~~~~~~~~~~~~~~~~学习
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新浪微博达人勋

发表于 2015-10-25 11:23:20 | 显示全部楼层
之前看ENSO时一直不懂Kelvin波,现在学习了,多谢
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新浪微博达人勋

发表于 2016-10-20 19:17:34 | 显示全部楼层
学习了,为小A学长点赞
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新浪微博达人勋

发表于 2016-10-20 19:46:34 | 显示全部楼层
楼主最近是不也在看地流,哈哈哈
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新浪微博达人勋

发表于 2017-2-17 10:41:41 | 显示全部楼层
哈哈,非常感谢海大师兄。又可以理解波动了。。。
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新浪微博达人勋

 楼主| 发表于 2017-2-17 11:46:47 | 显示全部楼层
常山赵子龙 发表于 2017-2-17 10:41
哈哈,非常感谢海大师兄。又可以理解波动了。。。

我年级不一定比你高。。。
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新浪微博达人勋

发表于 2017-7-28 22:15:31 来自手机 | 显示全部楼层
学习学习。楼主辛苦
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新浪微博达人勋

发表于 2022-5-22 07:38:27 | 显示全部楼层
楼主大名啊,很厉害
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