Граничный ток

Пограничные течения — это океанские течения , динамика которых определяется наличием береговой линии , и делятся на две отдельные категории: западные пограничные течения и восточные пограничные течения .

Восточные пограничные течения

Восточные пограничные течения относительно мелкие, широкие и медленнотекущие. Встречаются на восточной стороне океанических котловин (примыкающих к западным побережьям континентов). Субтропические восточные пограничные течения текут к экватору, перенося холодную воду из более высоких широт в более низкие; примеры включают Бенгельское течение , Канарское течение , течение Гумбольдта (Перу) и Калифорнийское течение . Прибрежный апвеллинг часто приносит богатые питательными веществами воды в регионы восточных границ течений, делая их продуктивными районами океана.

Западные пограничные течения

Западные пограничные течения сами по себе можно разделить на субтропические или низкоширотные западные пограничные течения . Субтропические западные пограничные течения — теплые, глубокие, узкие и быстрые течения, образующиеся на западной стороне океанических котловин в результате западной интенсификации . Они несут теплую воду из тропиков к полюсу. Примеры включают Гольфстрим , течение Агульяс и течение Куросио . Низкоширотные западные пограничные течения похожи на субтропические западные пограничные течения, но несут холодную воду из субтропиков к экватору. Примеры включают течение Минданао и Северо-Бразильское течение .

Западная интенсификация

Западная интенсификация относится к западному рукаву океанического течения , особенно к большому круговороту в таком бассейне . запад . В тропиках пассаты дуют на Западные ветры дуют на восток в средних широтах. Это создает нагрузку на поверхность океана с закручиванием в северном и южном полушариях, вызывая перенос Свердрупа к экватору (к тропикам). Из-за сохранения массы и потенциальной завихренности этот перенос уравновешивается узким и интенсивным потоком, направленным к полюсу, который течет вдоль западного побережья, позволяя завихренности, вызванной трением о берег, уравновешивать завихренность ветра. К полярным круговоротам применяется обратный эффект – знак завитка напряжения ветра и направление результирующих течений меняются местами. Основные западные течения (например, Гольфстрим в северной части Атлантического океана ) сильнее, чем противоположные (например, Калифорнийское течение в северной части Тихого океана ). Механику разъяснил американский океанограф Генри Стоммел. .

В 1948 году Стоммел опубликовал свою ключевую статью в журнале Transactions Американского геофизического союза : «Интенсификация ветровых океанских течений на запад». ^{[ 1 ]} в котором он использовал простую однородную прямоугольную модель океана для изучения линий тока и контуров высоты поверхности океана в невращающейся системе отсчета, океана, характеризующегося постоянным параметром Кориолиса, и, наконец, реального океанского бассейна с широтной широтой. - варьирующийся параметр Кориолиса. В этом простом моделировании основными факторами, влияющими на циркуляцию океана, были учтены:

напряжение приземного ветра
донное трение
переменная высота поверхности, приводящая к горизонтальным градиентам давления
эффект Кориолиса .

При этом Стоммел предположил, что океан имеет постоянную плотность и глубину. $D+h$ видеть океанские течения; он также ввел линеаризованный термин трения для объяснения диссипативных эффектов, которые не позволяют реальному океану ускоряться. Таким образом, он исходит из уравнений установившегося импульса и неразрывности:

$f(D+h)v-F\cos \left({\frac {\pi y}{b}}\right)-Ru-g(D+h){\frac {\partial h}{\partial x}}=0\qquad (1)$

$\quad -f(D+h)u-Rv-g(D+h){\frac {\partial h}{\partial y}}=0\qquad \qquad (2)$

$\qquad \qquad {\frac {\partial [(D+h)u]}{\partial x}}+{\frac {\partial [(D+h)v]}{\partial y}}=0\qquad \qquad \qquad (3)$

Здесь $f$ это сила силы Кориолиса, $R$ - коэффициент донного трения, $g\,\,$ это гравитация, и $-F\cos \left({\frac {\pi y}{b}}\right)$ ветер заставляет. Ветер дует на запад в $y=0$ и на восток в $y=b$ .

Действуя по (1) с ${\frac {\partial }{\partial y}}$ и на (2) с ${\frac {\partial }{\partial x}}$ , вычитая и затем используя (3), дает

v(D+h)\left({\frac {\partial f}{\partial y}}\right)+{\frac {\pi F}{b}}\sin \left({\frac {\pi y}{b}}\right)+R\left({\frac {\partial v}{\partial x}}-{\frac {\partial u}{\partial y}}\right)=0\quad (4)

Если мы введем функцию Stream $\psi$ и линеаризуем, полагая, что $D>>h$ , уравнение (4) сводится к

$\nabla ^{2}\psi +\alpha \left({\frac {\partial \psi }{\partial x}}\right)=\gamma \sin \left({\frac {\pi y}{b}}\right)\qquad (5)$

Здесь

$\alpha =\left({\frac {D}{R}}\right)\left({\frac {\partial f}{\partial y}}\right)$

и

$\gamma ={\frac {\pi F}{Rb}}$

Решения уравнения (5) с граничным условием $\psi$ быть постоянным на береговых линиях и при различных значениях $\alpha$ , подчеркнем роль изменения параметра Кориолиса с широтой в усилении западных пограничных течений. Наблюдается, что такие течения намного быстрее, глубже, уже и теплее, чем их восточные аналоги.

В невращающемся состоянии (нулевой параметр Кориолиса) и там, где он является постоянным, циркуляция океана не имеет предпочтения в сторону интенсификации/ускорения вблизи западной границы. Линии тока демонстрируют симметричное поведение во всех направлениях, при этом контуры высот демонстрируют почти параллельное отношение к линиям тока в однородно вращающемся океане. Наконец, на вращающейся сфере - в случае, когда сила Кориолиса варьируется по широте, отчетливая тенденция к асимметричным обнаруживается линиям тока с интенсивным скоплением вдоль западных берегов. В статье можно найти математически изящные фигуры в рамках моделей распределения линий тока и изолиний высот в таком океане при равномерном вращении течений.

Баланс Свердрупа и физика западной интенсификации.

Физику западной интенсификации можно понять через механизм, который помогает поддерживать баланс вихрей вдоль океанского круговорота. Харальд Свердруп был первым, предшествовавшим Генри Стоммелю, кто попытался объяснить баланс завихренности в середине океана, рассматривая взаимосвязь между силами поверхностного ветра и переносом массы в верхнем слое океана. Он предположил геострофическое внутреннее течение, пренебрегая при этом эффектами трения или вязкости и предполагая, что циркуляция исчезает на некоторой глубине океана. Это запретило применение его теории к западным пограничным течениям, поскольку позже было показано, что некоторая форма диссипативного эффекта (нижний слой Экмана) необходима для прогнозирования замкнутой циркуляции для всего океанского бассейна и противодействия ветровому потоку.

Свердруп представил аргумент потенциальной завихренности, чтобы связать общий внутренний поток океанов с напряжением приземного ветра и вызванными планетарными возмущениями завихренности. Например, предполагалось, что конвергенция Экмана в субтропиках (связанная с существованием пассатов в тропиках и западных ветров в средних широтах) приводит к снижению вертикальной скорости и, следовательно, к сдавливанию столбов воды. что впоследствии заставляет океанский круговорот вращаться медленнее (за счет сохранения углового момента). Это достигается за счет уменьшения планетарной завихренности (поскольку относительные изменения завихренности не являются значительными в крупных океанских циркуляциях), явления, достижимого за счет экваториально направленного внутреннего потока, который характеризует субтропический круговорот. ^{[ 2 ]} Противоположное применимо, когда вызывается экмановская дивергенция, приводящая к экмановскому поглощению (всасыванию) и последующему растяжению водной толщи и возвратному потоку в сторону полюса, что характерно для субполярных круговоротов.

Этот обратный поток, как показал Стоммел, ^{[ 1 ]} происходит в меридиональном течении, сосредоточенном вблизи западной границы океанского бассейна. Чтобы сбалансировать источник завихренности, вызванный воздействием ветрового напряжения, Стоммел ввел в уравнение Свердрупа член линейного трения, действующий как сток завихренности. Это сопротивление трения горизонтального потока у дна океана позволило Стоммелу теоретически предсказать замкнутую циркуляцию по всему бассейну, одновременно продемонстрировав усиление ветровых круговоротов в западном направлении и его связь с изменением Кориолиса в зависимости от широты (бета-эффект). Уолтер Мунк (1950) далее реализовал теорию западной интенсификации Стоммела, используя более реалистичный термин трения, подчеркивая при этом «латеральную диссипацию вихревой энергии». ^{[ 3 ]} Таким образом, он не только воспроизвел результаты Стоммеля, воссоздав тем самым циркуляцию западного пограничного течения океанского круговорота, напоминающего Гольфстрим, но и показал, что субполярные круговороты должны развиваться к северу от субтропических, вращаясь в противоположное направление.

Изменение климата

Наблюдения показывают, что потепление океана над субтропическими западными пограничными течениями в два-три раза сильнее, чем среднее глобальное потепление поверхности океана. ^{[ 4 ]} Исследование ^{[ 5 ]} считает, что усиленное потепление может быть связано с усилением и смещением к полюсам западных пограничных течений как побочного эффекта расширения циркуляции Хэдли в условиях глобального потепления. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Эти горячие точки потепления вызывают серьезные экологические и экономические проблемы, такие как быстрое повышение уровня моря вдоль восточного побережья Соединенных Штатов, ^{[ 9 ]} крах промысла в заливе Мэн ^{[ 10 ]} и Уругвай. ^{[ 11 ]}

См. также

Транспорт Экмана - чистый перенос поверхностных вод перпендикулярно направлению ветра.
Океанский круговорот - любая крупная система циркулирующих поверхностных течений океана.
Баланс Свердрупа - Теоретические взаимосвязи в океанографии

Ссылки

Глоссарий АМС ^{[ постоянная мертвая ссылка ]}
Профессор Рафаэль Кудела, UCSC, читает лекции OCEA1, осень 2007 г.
Мунк, В.Х. О ветровой циркуляции океана , J. Meteorol., Vol. 7, 1950 г.
Стюарт, Р. «11». Циркуляция океана, вызванная ветром . Архивировано из оригинала 21 ноября 2011 г. Проверено 8 декабря 2011 г. {{cite book}}: |website= игнорируется ( помогите )
Стил, Джон Х.; и др. (22 октября 2010 г.). Океанские течения: производное от Энциклопедии наук об океане . Академическая пресса. ISBN 9780080964867 .
Стоммел, Х., «Усиление ветровых океанских течений на запад», Труды Американского геофизического союза , том. 29, 1948 г.
Свердруп, Харальд (1947). Ветровые течения в бароклинном океане; с применением к экваториальным течениям восточной части Тихого океана. Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки (Отчет). Том. 33. JSTOR 87657 . ПМК 1079064 .
Турман, Гарольд В., Трухильо, Алан П., Вводная океанография , десятое издание. ISBN 0-13-143888-3

Сноски

^ Jump up to: ^а ^б Стоммел, Генри (апрель 1948 г.). «Усиление ветровых океанских течений на запад» (PDF) . Сделки, Американский геофизический союз . 29 (2): 202–206. Бибкод : 1948ТрАГУ..29..202С . дои : 10.1029/tr029i002p00202 . Проверено 27 августа 2012 г.
^ Тэлли, Линн Д.; и др. (11 апреля 2011 г.). Описательная физическая океанография . Академическая пресса. ISBN 9780080939117 .
^ Бергер, Вольфганг Х.; Благородный Шор, Элизабет (6 мая 2009 г.). Океан: размышления о столетии исследований . Издательство Калифорнийского университета. ISBN 9780520942547 .
^ Ву, Л. и др. (2012), «Усиление потепления над глобальными субтропическими западными пограничными течениями», Nature Climate Change , 2 (3), 161–166.
^ Ян Х., Ломанн Г., Вэй В., Дима М., Ионита М. и Лю Дж. (2016), «Интенсификация и смещение к полюсам субтропических западных пограничных течений в потеплении климата» , Журнал геофизических исследований: Океаны , 121, 4928–4945, doi:10.1002/2015JC011513.
^ Сигер, Р., и Симпсон, ИК (2016). «Западные пограничные течения и изменение климата», Журнал геофизических исследований: Океаны , 121, 7212–7214. https://doi.org/10.1002/2016JC012156
^ Зайдель, DJ, Фу, К., Рэндел, В.Дж., и Райхлер, Т.Дж. (2008), «Расширение тропического пояса в условиях меняющегося климата», Nature Geoscience , 1 (1), 21–24.
^ Ян, Х., Ломанн, Г., Лу, Дж., Гован, Э.Дж., Ши, X., Лю, Дж., Ван, К. (2020), «Тропическое расширение, вызванное продвижением к полюсу меридиональной температуры в средних широтах». градиенты», Журнал геофизических исследований: Атмосфера , 125, e2020JD033158.
^ Инь, Дж., и Годдард, П.Б. (2013). «Океанический контроль над характером повышения уровня моря вдоль восточного побережья Соединенных Штатов», Geophysical Research Letters , 40, 5514–5520.
^ Першинг, AJ и др. (2015), «Медленная адаптация перед лицом быстрого потепления приводит к коллапсу промысла трески в заливе Мэн», Science , 350(6262), 809–812, doi:10.1126/science.aac9819.
^ "Новые опасные горячие зоны распространяются по всему миру - Washington Post" . Вашингтон Пост .

Внешние ссылки

биофизика.sbg.ac.at (JPG)
Learner.org. Архивировано 4 сентября 2011 г. в Wayback Machine.
aos.princeton.edu (PDF)

[Stommel_1948-1] Jump up to: ^а ^б Стоммел, Генри (апрель 1948 г.). «Усиление ветровых океанских течений на запад» (PDF) . Сделки, Американский геофизический союз . 29 (2): 202–206. Бибкод : 1948ТрАГУ..29..202С . дои : 10.1029/tr029i002p00202 . Проверено 27 августа 2012 г.

[2] Тэлли, Линн Д.; и др. (11 апреля 2011 г.). Описательная физическая океанография . Академическая пресса. ISBN 9780080939117 .

[3] Бергер, Вольфганг Х.; Благородный Шор, Элизабет (6 мая 2009 г.). Океан: размышления о столетии исследований . Издательство Калифорнийского университета. ISBN 9780520942547 .

[4] Ву, Л. и др. (2012), «Усиление потепления над глобальными субтропическими западными пограничными течениями», Nature Climate Change , 2 (3), 161–166.

[5] Ян Х., Ломанн Г., Вэй В., Дима М., Ионита М. и Лю Дж. (2016), «Интенсификация и смещение к полюсам субтропических западных пограничных течений в потеплении климата» , Журнал геофизических исследований: Океаны , 121, 4928–4945, doi:10.1002/2015JC011513.

[6] Сигер, Р., и Симпсон, ИК (2016). «Западные пограничные течения и изменение климата», Журнал геофизических исследований: Океаны , 121, 7212–7214. https://doi.org/10.1002/2016JC012156

[7] Зайдель, DJ, Фу, К., Рэндел, В.Дж., и Райхлер, Т.Дж. (2008), «Расширение тропического пояса в условиях меняющегося климата», Nature Geoscience , 1 (1), 21–24.

[8] Ян, Х., Ломанн, Г., Лу, Дж., Гован, Э.Дж., Ши, X., Лю, Дж., Ван, К. (2020), «Тропическое расширение, вызванное продвижением к полюсу меридиональной температуры в средних широтах». градиенты», Журнал геофизических исследований: Атмосфера , 125, e2020JD033158.

[9] Инь, Дж., и Годдард, П.Б. (2013). «Океанический контроль над характером повышения уровня моря вдоль восточного побережья Соединенных Штатов», Geophysical Research Letters , 40, 5514–5520.

[10] Першинг, AJ и др. (2015), «Медленная адаптация перед лицом быстрого потепления приводит к коллапсу промысла трески в заливе Мэн», Science , 350(6262), 809–812, doi:10.1126/science.aac9819.

[11] "Новые опасные горячие зоны распространяются по всему миру - Washington Post" . Вашингтон Пост .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

v т и Физическая океанография
Волны	Теория волн Эйри Баллантайнская шкала Нестабильность Бенджамина – Фейра Приближение Буссинеска Разрывная волна Притирка Кноидальная волна Пересечь море Дисперсия Краевая волна Экваториальные волны Принести Гравитационная волна Закон Грина Инфрагравитационная волна Внутренняя волна Номер Ирибара волна Кельвина Кинематическая волна Береговой дрейф Вариационный принцип Люка Уравнение с мягким наклоном Радиационный стресс Волна-убийца Волна Россби Россби-гравитационные волны Состояние моря Каракатица Значительная высота волны Солитон Пограничный слой Стокса Стокса дрейф Волна Стокса Зыбь Трохоидальная волна Цунами мегацунами Отлив Номер Урселла Волновое действие Волновая база Высота волны Волновая нелинейность Волновая мощность Волновой радар Настройка волны Обмеление волн Волновая турбулентность Взаимодействие волны и тока Волны и мелководье одномерные уравнения Сен-Венана уравнения мелкой воды Настройка ветра Ветровая волна модель
Тираж	Атмосферная циркуляция бароклинность Граничный ток сила Кориолиса Сила Кориолиса – Стокса Вихревая сила Крейка – Лейбовича Даунвеллинг Эдди Слой Экмана Ekman spiral Ekman transport El Niño–Southern Oscillation General circulation model Geochemical Ocean Sections Study Geostrophic current Global Ocean Data Analysis Project Gulf Stream Halothermal circulation Humboldt Current Hydrothermal circulation Langmuir circulation Longshore drift Loop Current Modular Ocean Model Ocean current Ocean dynamics Ocean dynamical thermostat Ocean gyre Overflow Princeton ocean model Rip current Subsurface currents Sverdrup balance Thermohaline circulation shutdown Upwelling Wind generated current Whirlpool World Ocean Circulation Experiment
Tides	Amphidromic point Earth tide Head of tide Internal tide Lunitidal interval Perigean spring tide Rip tide Rule of twelfths Slack tide Tidal bore Tidal force Tidal power Tidal race Tidal range Tidal resonance Tide gauge Tideline Theory of tides
Landforms	Abyssal fan Abyssal plain Atoll Bathymetric chart Coastal geography Cold seep Continental margin Continental rise Continental shelf Contourite Guyot Hydrography Knoll Oceanic basin Oceanic plateau Oceanic trench Passive margin Seabed Seamount Submarine canyon Submarine volcano
Plate tectonics	Convergent boundary Divergent boundary Fracture zone Hydrothermal vent Marine geology Mid-ocean ridge Mohorovičić discontinuity Vine–Matthews–Morley hypothesis Oceanic crust Outer trench swell Ridge push Seafloor spreading Slab pull Slab suction Slab window Subduction Transform fault Volcanic arc
Ocean zones	Benthic Deep ocean water Deep sea Littoral Mesopelagic Oceanic Pelagic Photic Surf Swash
Sea level	Deep-ocean Assessment and Reporting of Tsunamis Future sea level Global Sea Level Observing System North West Shelf Operational Oceanographic System Sea-level curve Sea level rise Sea level drop World Geodetic System
Acoustics	Deep scattering layer Hydroacoustics Ocean acoustic tomography Sofar bomb SOFAR channel Underwater acoustics
Satellites	Jason-1 Jason-2 (Ocean Surface Topography Mission) Jason-3
Related	Acidification Argo Benthic lander Color of water DSV Alvin Marginal sea Marine energy Marine pollution Mooring National Oceanographic Data Center Ocean Explorations Observations Reanalysis Ocean surface topography Ocean temperature Ocean thermal energy conversion Oceanography Outline of oceanography Pelagic sediment Sea surface microlayer Sea surface temperature Seawater Science On a Sphere Stratification Thermocline Underwater glider Water column World Ocean Atlas
Oceans portal Category Commons