物理学 > 大气与海洋物理
[提交于 2024年12月29日
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标题: 风对海洋中尺度和次中尺度作用的理论
标题: A Theory for Wind Work on Oceanic Mesoscales and Submesoscales
摘要: 以往的研究主要集中在风应力与相对于海洋速度的风速成正比,这会在风应力中诱导出一个极性与海洋中尺度涡度相反的旋度,从而导致净负的风功。 然而,在理解风对海洋做功如何与海洋的涡动和应变运动相关联方面,仍存在根本性的空白。 虽然可以推导出海洋涡度和应变的收支平衡,但这些并不能提供由风应力输送到涡动和应变运动中的能量。 一种偶尔出现的误解是,亥姆霍兹分解可以将涡度从应变中分离出来,而后者被错误地认为完全是由潜在流(负责发散运动)引起的。 事实上,应变也是无散(或无源)流的重要组成部分,包括在地转平衡中的海洋中尺度涡旋,其中以应变为主的区域占总动能(KE)的大约一半。 目前尚不存在一个流体力学框架能够将力注入动能与这种能量如何沉积到涡动和应变运动中联系起来。 在这里,我们展示了风平均来说在抑制应变运动方面的效果与抑制涡动运动的效果一样显著。 这是因为海洋应变会诱导出一种应变风应力梯度(WSG),这类似于海洋涡度在风应力中诱导出旋度。 仅由海洋诱导的WSG,无论是应变还是涡动,总是会减弱海洋洋流。 然而,我们的理论还揭示了风功的一个重要贡献来自固有的风梯度,其中主要成分是由于大气环流的盛行风。 我们发现,固有的WSG根据涡动和应变海洋流动的极性,会导致海洋天气不对称的能量化。
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