Спайс (океанография)

Пряность , пряность или пряность , символ τ , — это термин в океанографии, обозначающий изменения температуры и солености морской воды в воды пространстве или времени, совокупное воздействие которых оставляет плотность неизменной. Для данной специи любое изменение температуры компенсируется изменением солености для поддержания неизменной плотности. Повышение температуры уменьшает плотность, но увеличение солености увеличивает плотность. Такая термохалинная изменчивость, компенсированная плотностью, повсеместно распространена в верхних слоях океана. Более теплая и соленая вода более острая, а более прохладная и менее соленая вода имеет более мятный оттенок. При соотношении плотностей, равном 1, вся термохалинная изменчивость является пряной, и флуктуации плотности отсутствуют.

Математическое описание

Плотность морской воды контролирует большую часть движения воды или термохалинного потока в океане. Плотность морской воды в первую очередь определяется температурой и соленостью этой воды. Изменения этих двух основных параметров, потенциальной температуры Θ и солености S, умножаются на их тепловое расширение. $\alpha$ или коэффициент халинного сжатия $\beta$ равны друг другу; $\alpha d\Theta$ и $\beta dS$ оба пропорциональны изменению плотности и оба являются членами линеаризованного уравнения состояния океана ( ТЭОС-10 ). Предполагается, что это сходство важно для понимания последствий смешивания морской воды.

$\alpha d\Theta =\beta dS$

Плотность $\rho$ не меняется в изопикнальном режиме . Однако при смешивании может произойти изменение температуры и солености. Поэтому острота $\tau$ вводится как переменная, пропорциональная тепловому расширению и халинному сжатию. Интегрирование этой переменной по изопикне приводит к следующему уравнению.

$\int _{\rho }d\tau =\int _{\rho }\alpha d\Theta =\int _{\rho }\beta dS$

Пряность можно описать как изотермический градиент плотности, равный изохалинному градиенту плотности.

$\tau =2\int {\frac {d\rho }{dS}}|_{\Theta }\quad dS=-2\int {\frac {d\rho }{d\Theta }}|_{S}\,d\Theta$

Изопикнальный градиент пряности должен равняться изопикнальному градиенту температуры и солености путем умножения на производную по другой переменной плотности.

$d\tau |_{\rho }=2\rho _{S}dS|_{\rho }=-2\rho _{\Theta }d\Theta |_{\rho }$

Другое математическое следствие существования влияния остроты проявляется в $S,\Theta$-диаграмма, где отрицательный наклон изоплет равен отношению производной пряности по температуре и солености.

${\frac {dS}{d\Theta }}|_{\tau }=-{\frac {\tau _{\Theta }}{\tau _{S}}}$

Приложения

Диаграмма плотности потенциала пряности с показанными стабильными и нестабильными областями.

На поверхности нанесены пряность и потенциальная плотность. Пряность (вариативность) особенно актуальна при взгляде на изопикны (например, на полярные регионы). Данные подтверждены

Целью введения остроты является уменьшение количества необходимых переменных состояния; плотность на постоянной глубине является функцией потенциальной температуры и солености, и при использовании обоих можно использовать пряность. Если цель состоит в том, чтобы количественно оценить только изменение водных участков вдоль изопикн, вместо этого можно использовать изменение абсолютной солености или температуры, поскольку оно дает ту же информацию с тем же количеством переменных.

Другая цель состоит в том, чтобы изучить, как коэффициент устойчивости $R_{\rho }$ изменяется по вертикали в толще воды. Коэффициент устойчивости представляет собой число, определяющее участие изменений температуры относительно участия изменений солености в вертикальном профиле, что дает соответствующую информацию об устойчивости водного столба:

$R_{\rho }=(-\rho _{\Theta }\Theta _{z})/(\rho _{S}S_{z})$

Вертикальное изменение этого числа часто показано на диаграмме и/или графике плотности потенциала пряности, где угол показывает стабильность.

Вычисление

Остроту можно рассчитать на нескольких языках программирования с помощью набора инструментов Gibbs SeaWater (GSW) . Он используется для определения термодинамических свойств морской воды и принят Межправительственной океанографической комиссией (МОК), Международной ассоциацией физических наук об океане (МАФСО) и Научным комитетом по океаническим исследованиям (СКОР). Они используют определение остроты (gsw_spiciness0(), gsw_spiciness1(), gsw_spiciness2() соответственно при 0, 1000 и 2000 дбар), предоставленное. Эти изобары выбраны потому, что они соответствуют обычно используемым поверхностям потенциальной плотности. Области с постоянной плотностью, но разной остротой имеют чистый поток воды тепла и солености за счет диффузии.

Разногласия

Точное определение пряности обсуждается. В частности, ортогональность плотности с пряностью и используемый масштабный коэффициент потенциальной температуры и солености. Макдугалл утверждает, что ортогональность не следует навязывать, потому что:

• Физической причины навязывать ортогональность нет.
• Установление ортогональности «обязательно будет зависеть от произвольного масштабного коэффициента осей солености и температуры». Другими словами, острота будет иметь разные значения для разных (выбранных) коэффициентов масштабирования.
• Значение пряности меняется в зависимости от плотности. В результате пряность может быть полезна только на небольших вертикальных участках поверхностного слоя.

Макдугалл принят Межправительственной океанографической комиссией (МОК), Международной ассоциацией физических наук об океане (IAPSO) и Научным комитетом по океаническим исследованиям (SCOR) в связи с внедрением ими остроты в TEOS-10.

Хуан утверждает, что ортогональная система превосходит неортогональную систему, поскольку координаты можно рассматривать как независимые, а расстояния между точками можно вычислять легче.

Макдугалл рекомендовал не использовать пряность. Вместо этого они рекомендуют использовать изменение солености для различения изопикнальных участков воды и коэффициента стабильности. $R_{\rho }$ на вертикальных столбах воды для устойчивости.