考点整理

海洋运动的基本特征是什么?简述每个基本特征的特点。
海洋的湍流特性: 湍流是一种混乱无章的涡旋运动,湍流的发生也是突然而且没有任何先兆的。Reynolds数Re是度量流动状态的一个重要参数,一旦达到某个临界值,流体的运动就会从层流变换到湍流。
海洋的薄层特性: 海洋的深度与广度的比值相当小,比一张扑克牌的比例还要小,是地道的薄层流体。薄层流体与比值趋近于1的流体有相当大的不同。海洋的运动特征与薄层特性关系很大,海洋环流的垂直运动速度只有水平运动的千分之一。海洋的能量分布也有很强的薄层特性。
海洋的旋转特性: 海洋处于旋转的地球上,不仅仅是受到地球旋转的影响,而且根本就是一种具有旋转特性的流体,称为旋转流体。海洋的旋转特性体现在地球旋转对海洋大尺度运动都有显著影响。
海洋的层化特性: 海洋的层化是指海洋的密度具有明显的分层特性,即在密度在垂直方向上有明显的变化,而在水平方向上却保持很大尺度上的一致性。层化既包括海洋跃层所体现的分层效应,也包括密度在垂直方向上连续的变化,称为连续层化。
2  Rossby 变形半径描述了海洋运动的哪个特征?简述它的物理意义。
Rossby 变形半径描述了海洋运动的旋转特性。其物理意义如下:
(1)当海盆的尺度大于罗斯贝变形半径时,海洋环流将主要是地转平衡。
(2)罗斯贝变形半径是在旋转特征周期这一时间尺度上重力波传播的特征距离;在这个距离上,科氏力使自由面变形的趋势与重力使自由面恢复原状的趋势相平衡。
(3)罗斯贝变形半径是一个长度尺度,在这个尺度上,重力消除水平扰动的趋势和地球旋转把流体沿旋转轴凝聚在一起的趋势相当。(4)从大洋环流的角度看,罗斯贝变形半径定义了一个长度尺度,尺度大于罗斯贝变形半径的运动以内部的涡旋拉伸为主要变化形式,而尺度小于罗斯贝变形半径的运动以相对涡度的变化为主要变化形式。
(5)在大气地转适应过程中,尺度大于罗斯贝变形半径的大气运动,风场向气压场适应;而尺度小于罗斯贝变形半径的大气运动,气压场向风场适应。
(6)斜压罗斯贝变形半径有时体现为一些狭长现象的横向尺度,例如:海洋锋的横向尺度、海洋环流的宽度等。
3  海洋中的扰动主要由哪些过程产生?扰动有什么方法论价值?
扰动是对现有状态和过程的破坏性因素,这些因素对既有的现象施加了干扰作用,导致现象本身发生相应的变化。海洋中的扰动将破坏海洋的状态和相关的过程,引发海洋发生相应的变化。
改性环氧树脂海洋中的扰动主要有以下几种:大气扰动、地形扰动、地势扰动、温盐扰动。
有助于对海洋变化机制的认识,使从综合的现象中提取出机制方面的信息,契合人们采用抽象的方法进行科学研究。
4  大洋中脊对海洋学的主要影响
大洋中脊,存在于大尺度海盆中间(顶部在水深 2000-3000 米,约占世界大洋面积的 1/3),作为隆升的海底地形影响海洋垂直水体结构和海洋的运动,主要包括:
(1)直接在地形上决定了深层水、中层水等大洋水团的分布,间隔了深层水的水平扩展;
(2)海水运动的地形屏障,深层、中层水体流动在中脊边缘发生抬升,有可能形成射流、引起涡旋等;
(3)对涡旋而言,正压情况遵循位涡守恒原则,遇到中脊,水深浅,则涡形态和绕旋角速度亦发生变化;
(4)洋中脊是板块挤压抬升的结果。
5  简要说明海洋湍流的主要特征。为什么说海洋湍流既是海洋学的问题,又是力学的问题。
海洋湍流的主要特征
(1)湍流是耗散的,一旦没有能量供给,湍流就要衰亡。
(2)湍流是扩散的,只要有能量供给,湍流就进一步发展。湍流的扩展范围与能量的供给率有关。当有持续的能量供给时,湍流会向其下游迅速扩展。如果能量供给量固定,则会发生一定规模的湍流。例如:大气中的烟雾。
(3)一般的层流在遇到不稳定的结构时,可以不转化为湍流;但是在边界层的层流一旦发生不稳定则一定会转化为湍流。
(4)湍流与其他随机现象在能量转移机制上是不同的。波浪是动能和势能之间的转化,而湍流是不同尺度涡之间的传递。
(5)湍流对于水团的形成是非常重要的,在水团内部,湍流的作用使水团变的均匀,形成水团特有的物理性质。有时,大型的水团具有半球尺度的规模,其在这样大范围内性质相当均匀,是海洋湍流累积的贡献。另一方面,湍流混合在水团之间分界面上起到相反的作用,使界面的梯度减小,水团之间的过渡范围增大。
阿塞拜疆总统海洋学关心的是平均运动,主要包括:
(1)湍流对动量、热量和物质扩散的加强(2)湍流的作用如何在方程中参数化
力学主要关心湍流的脉动运动,主要包括:
(1)湍流的结构(2)湍流的主要参数(3)海洋的层化如何影响湍流
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海洋学和力学共同关心的内容有:
(1)湍流是如何产生的?(2)湍流的能量是如何传递的?
6  密度层化对湍流与什么影响?
所谓层化,就是密度在垂直方向的不均匀,在静力稳定的条件下,海水上部的密度小于下面的密度。
没有层化时,作用在海面上的作用是可以一直向下传递的,使湍流运动扩展到整个海域,而且整个海域都是处于耗散状态。
存在层化时,湍流在搅动过程中,不论是将较重的水体微团移动到较轻的水体、还是把较轻的水体微团移动到较重的水体,都要抵抗重力/浮力作功,因而一方面削弱湍流具有的动能,另一方面改变海洋的浮力状况。
7  简述有效位能的概念。它有什么特点?它在海洋上升流中有怎样的角呢?
系统的全位能(内能与位能之和)。在闭合系统中,经过干绝热过程,从初始状态调整到水平稳定层结状态时,系统所能释放的最大全位能,称为有效位能。大气处于某一状态时,可用于转换为动能的能量只是全位能的一小部分,这部分能量称为有效位能,余下的称为非有效位能。
有效位能的特点
(1)等密度面呈水平分布且稳定层化时,有效位能等于零;
(2)斜压海洋中,有效位能总是正值;
(3)有效位能完全决定于初始状态的质量分布;
(4)地转平衡时有效位能不能释放。
8  考虑非贯通型半封闭海环流,比较浓缩型海盆环流和稀释型海盆环流,并说明它们差异存在的主要因素。
浓缩半封闭海
在浓缩海盆,海水蒸发超过降雨,称为干旱半封闭海。地中海、红海和波斯湾就是例子。
深圳市水务局在浓缩型半封闭海,蒸发增加了海水的盐度和密度,导致垂向对流。深层水被持续地更新,海盆在所有深度的水体是充分通风的(高含氧量)。
稀释半封闭海
当降雨和径流超过蒸发称为稀释海盆,称为湿润地中海,例如:黑海、波罗的海和印度尼西亚岛中的澳大拉西亚海。
在稀释型海盆,表层水体由于降水和径流而密度下降,使淡化的水体无法达到海盆深层,导致一个淡的上层和强的盐度跃层。盐跃层之下的水体只能通过与盐跃层的混合或者通过海峡入流缓慢地更新。通过稳定盐跃层的氧非常低。如果海盆很大而且与大洋的水交换很差,深层的氧含量可能降到零,妨害了高级海洋生物的存在。
9  说明浮力环流、浮力通量的概念、产生;上层海洋密度低,浮力是增大了,还是减小了?上层海洋密度低,海面是增高了,还是降低了?说明江河冲淡水在引起浮力环流中的作用。
浮力环流
有些海洋的运动是因浮力的不同引起的;不同的浮力是由温度差和盐度差造成的,而温度差和盐度差则是由海洋表面的热量通量和淡水通量造成的。在重力作用下,海面热通量和淡水通量两者对浮力的联合贡献称为浮力通量。浮力的水平差异会产生水平方向的流动;浮力的垂直差异会驱动密度流。
浮力环流强调的是密度差,也就是水平方向的重量差。浮力环流主要是上层环流,是有热通量和盐通量时产生的环流。
浮力环流分为两种:热通量浮力环流和盐通量浮力环流
热盐环流强调的是温度或盐度的作用,广义地说是浮力环流的一种。
河口淡水引起的浮力差异:
河口入海水体在初入海洋的阶段,河流的水头仍然在起作用,河水与海水发生混合,混合后的水体称为冲淡水。一旦冲淡水进入海洋,河流的水头消失,冲淡水的作用相当于输入了浮力通量,诱发了局地的浮力环流。
江河冲淡水的浮力环流:
在长江口,冲淡水进入东海后,诱生了浮力环流,在冲淡水舌的北缘形成向东的流动,南缘向西流动。
(其他地区冲淡水如何呢?)因而,冲淡水舌的北缘更有利于河流水向外扩展,冲淡水形成的锋面在北部也更加清晰。而在南缘的浮力环流不利于冲淡水扩展。
在大尺度运动中,浮力梯度会诱发浮力环流,成为海洋环流的驱动因素之一
10  简述绕岛环流理论中的三种类型特征。小型绕岛环流、中型绕岛环流和大型绕岛环流。
小型绕岛环流:将在岛的迎流面产生辐散,形成上升流,在背流面产生波动(背风波),以消耗岛屿产生的涡度。同时,在岛屿的迎风面形成上升流。上升的水体扩展到周边的海域,形成巨大的渔场。
中型绕岛环流:受到科氏力变化的影响,产生非对称绕流,呈现北强南弱的绕流(北半球)
大型绕岛环流:成为经向边界,改变了大洋环流的循环。大的海岛成为经向边界,破坏了 Sverdrup 平衡
小型绕岛环流:由于绕岛环流形成新的相对涡度,产生背风波。背风波随距离增大而耗散。
中型绕岛环流:主要强调海岛法则,由上升流和下降流引起的生物学效应。
大型绕岛环流:主要强调大型岛屿对大洋环流的分割作用,引起两侧相反的环流,近似环绕的流系。
11  世界海洋环流的成因。
海洋环流就成因来说有三种:风生流、密度流、补偿流。
风生流:大洋风生流、陆架风生流
密度流:热盐环流、河口浮力环流
补偿流:西边界流、赤道逆流、赤道潜流全球海洋环流就是在这三种流动机制上发展起来的。
12  边缘海有几种类型?其环流有什么差异?干燥型地中海的环流是如何流动的。沿岸流的产生机制有哪些?强烈分层型河口环流的盐度垂直剖面结构是怎样的?浮力环流如何产生。比较绕岛环流和泰勒柱绕流的特征异
边缘海的类型
半封闭海—贯通海:南海、格陵兰海、加勒比海、日本海、白令海、苏禄海
半封闭海—非贯通海:地中海、黑海、红海、波罗的海、渤海、厄霍次克海
陆架海:东海、东西伯利亚海、东白令海
开放海:阿拉伯海、孟加拉湾
环流差异
上下进出型:浓缩型、稀释型
水平进出型:北进南出流型
流量与入口和出口的断面面积有关,如果入口或出口的面积过小,除了发生贯通流之外,还会发生环流。
13  简述海洋对流的产生原因/机制。说一下潜沉、它的特点和对水团形成的贡献。
水团是运动的结果,海洋中的一切运动都将影响水团。
水团生成性因素:环流——形成水平水团;对流——形成垂向水团。
水团破坏性因素:混合——导致水团均匀;扩散——导致水团均匀。
o 结冰析盐对流:冰间湖结冰析盐产生的对流、冰间湖对深层水形成的作用、南极的结冰对流与南极底层水、北极的结冰对流主要产生北极中层水
o 冷却增密对流:特殊的冷却对流——南极冰架水(ISW)
o 蒸发增密对流:地中海的蒸发对流、地中海水对北大西洋水团的贡献
o 混合增密对流:
(1)混合增密:任何水团混合都会发生混合增密现象;
(2)混合增密对流:主要发生在侧向混合,即两个并列水团界面上的混合;
(3)前提:流动有很强的剪切;
(4)混合增密对流普遍发生。
但是,能够形成水团的并不多见。混合增密是深对流的主要原因之一:南极底层水位于 3000~4000 米以下的南极海盆底部,由流过狭窄陆架的南极陆架水与绕极深层水约以 1:1 的比例混合,下沉到海底形成的;格陵兰海和拉布拉多海的深对流主要是冷却下沉水与北极流出的冷水混合的结果,形成
高密度的海盆下层水潜沉——温跃层通风产生的水团 o 通风 Ventilation 指等密度面抬升,与上混合层相交,形成混合层水进入主温跃层。
14  世界大洋水团相关。有哪几大水团,它们的形成原因(热力、动力等)是什么,如何理解水团的变异?
在垂直方向上,世界大洋自上而下存在5类水团:
表层水团:受到动力学和热力学作用的水体,相对高温低盐,是海水循环造成的。
次表层水团:发生在南北极锋之间,位于主温跃层之上,具有高盐和相对高温特征,是由副热辐聚区表层海水下沉而形成的。
中层水团:具有低盐特征,是西风漂流中的辐聚区表层海水潜沉而形成,深度在1000~2000m的范围内。
深层水团:中层水之下深度范围的广大水体,其深度约在2000~4000m的范围内。是世界大洋中贫氧水体。
底层水团:位于深层水之下的最大密度水体。
水团变性是指水团受到其他水团、地理或气象因子的影响,其高水平特征因子不断向低水平过渡,并逐渐丧失其原有特征的过程。
在外部因素诱导下而发生的变性过程,称之为第一类变性过程;
由海水内部混合作用引起的水团变化,称之为第二类变性过程
15  研究海洋锋有什么意义?
(1)锋是流的分界面,有时也是水团的分界面,在物理海洋中占据重要地位。
(2)锋面是不同流系的交汇处,也是高生产力海域,在渔业生产中特别重要,是重要渔场的位置。
(3)水下界面往往是密度跃层,对海洋中声的传播有显著影响,是重要的军事参数。
(4)锋面能有效地聚集浮游生物碎屑及其它颗粒物质,有特定的环境效应。
(5)海洋锋区容易产生海雾,对航海有害。
16  河口锋系的组成是什么?切变锋、近口锋、羽状锋和冲淡水锋的驱动机制是怎样的?
河口锋系包括:切变锋、近口锋(悬沙锋)、羽状锋(盐度锋)、冲淡水锋(温度锋)。
(1)河口锋的驱动机制是:较轻的江河水在海面堆积成倾斜的界面(向外下倾)产生压强梯度,其下方的海水及其周围的水体在反方向发生界面倾斜(向内下倾)产生水平压强梯度,导致两种水体产生辐聚,产生河口羽状锋。
(2)由于在河水倾注的过程中,与河口外的海洋本来就是辐聚特性,称为浮力辐聚。因此,河口的羽状锋可以长时间存在。
(3)羽状锋实际上是河水与冲淡水的界面。
(4)有时,由于河口水量大并受潮汐混合的影响,羽状锋有时可以不止一层,这时需要判定真实的羽状锋。
17  陆架坡折锋是什么?它有什么特点?西边界流锋是什么?它有什么特点?比较大陆坡折锋与西边界流锋的异同。
陆架坡折锋:位于大陆架沿岸水和高密度的陆坡水之间的过渡带,这种锋的延伸方向与陆架边缘平行。
陆架坡折锋的特点
陆架坡折锋的辐聚特点是:夏季陆架的向外输送。
陆架坡折锋的存在有时不要求向外输送,而只是陆架水体与深海高盐水体的交界处。
有时,在陆架较窄的海域,陆架坡折锋与浅海锋没有办法区分。
西边界流锋:西边界流在南北流动的过程中与周边的海水形成很强的温度差,形成一个斜压性很强的锋面。西边界流锋应该是双侧锋,而实际上,西边界流锋主要是其靠陆地侧的暖锋,其靠海侧锋不明显。随着流轴的弯曲及其季节变化,经常导致锋面层次的变化和位置的南北摆动。
团队杀手大陆坡折锋与西边界流锋的异同:
(1)大陆坡折锋不管有没有西边界流都存在。
(2)西边界流锋强调温度差异,而大陆坡折锋强调盐度差异。
(3)西边界流锋在冬季明显,因为温差大;而大陆坡折锋在夏季明显,因为夏季近岸水盐度低。
18  行星尺度锋有哪几种?简述极锋、亚极锋和亚热带锋的区别。它们相互作用形成的水团是怎样的?
行星尺度锋包括三种锋:亚热带锋、亚极锋和极锋。
极锋是极地水的赤道向边界,是极地水向赤道输送引起的水体辐聚。
亚热带锋是亚热带水的极向边界。
亚极锋是与极区下沉运动相联系的水团分界面。
亚热带锋(Subtropical Front, STF)产生亚南极水
亚南极锋(Subantarctic Front, SAF)产生南极模态水
极锋(Polar Front, PF)产生南极中层水
19  什么是海洋跃层?什么是海洋障碍层?海洋跃层和海洋锋有什么联系和区别?
海洋跃层:海洋跃层是最早观测到的海洋现象之一,而海洋锋的发现要晚得多。传统上人们习惯将海洋锋与跃层作为不同的现象来研究。事实上,海洋锋与跃层有非常大的相似性,都存在温度、盐度和密度的跃变区,只是海洋锋以水平分界面为主,而跃层以垂直分界面为主。越来越多的观测表明,很多出现在海洋表层的锋面与出现在海洋中部的跃层是同一个分界面。因此,海洋跃层可以认为是以水平分布为主、不一定抬升到海面的特殊锋面。
海洋障碍层:在海洋上层,通常会形成温度、盐度和密度均匀的水层,其下是温跃层、盐跃层或密跃层。在有些时候,温度跃层和盐度跃层的深度并不一致,体现为温度均匀层与密度均匀层的深度不重合。观测发现了温度均匀层深度 HT(温跃层顶界深度)明显大于密度均匀层深度 HD(密度跃层顶界深度)的现象。这时存在一个水层,温度基本均匀,但密度随深度急剧增大,这一水层被称为障碍层(barrier layer)。
20  简述海洋流丝的物理特征。海洋流丝与海洋锋有什么区别和联系?
海洋流丝的物理特征:海洋流丝是狭窄的急流,通常起源于陆架,近岸水体有时被输运到几百公里之外。上升流产生的流丝在温度上有很大的差别,可以通过卫星红外图像观测到。如果流丝是东西走向,可以用卫星高度计数据测量流丝的流速。流丝是狭窄的流带,流丝内是相同的水体,因而,流丝不是海洋锋。但海洋锋有时出现在流丝的边缘,因为海洋锋将流丝内外的水体区分开来。上升流流丝携带了来自下层的大量营养物质,向外海输送,形成大片高营养水域,形成强大的渔场。
流丝普遍存在的特性:流丝在海表面普遍存在,已经报导的发现流丝的海域有美国东岸、西北非洲、南欧等。由于云的影响,对流丝的遥感观测很困难,现场观测更为稀少。由于流丝是动力学不稳定的结果,一些没有温度和颜的流丝也是应该存在的,观测起来更加困难。对流丝的动力学及其全球和区域的空间尺度研究甚少,需要有更多的观测和研究。
21  什么是中尺度涡旋?它有什么特征?(运动形态,尺度,寿命,对海洋水文物理性质的影响)引起涡旋的因素有哪些(海洋中尺度涡旋的形成机制主要有哪些)?(流剪切引起、流与地形相互作用引起、流反向引起、重力流的搅动和卷挟引起)具体的例子呢?
中尺度涡旋是指海洋中直径有 100-300 千米。寿命为 2-10 个月的涡旋。相比于常见的用肉眼可见的涡旋,中尺度涡旋直径更大、寿命更长;但相比一年四季都存在的海洋流涡又小很多,故称其为中尺度涡旋。
闭合的水平环流,接近于圆形的椭圆或不规则形状。绕着垂直轴旋转,速度远大于周围的海流速度。位于近表层,也可能延伸到数千米深。(如 ACC 附近的中尺度涡旋,可达 2000-3000 米的中层、深层水附近)。
中尺度的海洋涡旋能够持续几年,但是比较典型的只能持续几个星期或者几个月。
中尺度涡旋在世界各大洋中都存在,大部分集中在北大西洋,尤以百慕大三角区为多。在太平洋的西北部从 1957 年至今,已经发现了近 200个反气旋式涡旋。中尺度涡旋的运动可分为自转、平移和垂直 3 种。中尺度涡旋会改变流经海区原有的海水运动,使得海流的方向变化多端,流速增大数倍至数十倍,并伴随有强烈的水体垂直运动。旋涡中心势能最大,越远离中心,势能越小。涡旋动能的最大值不在中心,而是在水体旋转线速度最大的区域。涡旋的能量因与周围水体的摩擦耗散和内部密度场
的混合而消耗。中尺度涡旋对海洋的水文物理性质有巨大的影响。
22  海洋涡旋的动力学结构是怎样的?表层涡旋、深层涡旋有什么差异?涡旋对海洋的运动有什么物理意义?(自由涡旋与强迫涡旋的特点是怎样的?涡旋对海洋的运动有什么物理意义?涡旋还有什么其他的意义?)
流剪切引起的涡旋,流与地形相互作用引起的涡旋,流反向引起的涡旋重力流产生的涡旋。
表层涡旋的形态:冷涡和暖涡
深层涡旋的形态:密度平衡
深层涡旋不要求海面升高,而是要求密度平衡,因为通常是发生在相同密度的水层。
涡旋的物理意义:
(1)中尺度涡有巨大的动能,约占整个海洋流动能的80%以上。这个数字实在大得惊人。台风带来的气候变化和灾难,尽人皆知,那么,大洋中尺度涡的出现,将给海洋带来哪些变化呢?
(2)中尺度涡的发现,使传统的大洋海流理论受到挑战。由于海洋中尺度涡的出现,大洋环流的动
力结构完全改变了。假如中尺度涡也像大气中的气旋或反气旋那样,是由气压不稳定的因素所引起的,那么,大洋环流的动力有可能是由中尺度涡来维持的。这就从根本上修正了风生环流的观点。
涡旋运动在物理海洋学中的地位:
海洋涡旋是局部过激变化生成的苦果,是能量平衡的需要,要靠时间来消耗这些能量。流动、波动、涡旋、湍流是能量不同的运动形式。由于涡旋观测困难,对于涡旋的研究还远不能满足需要。
涡旋的其他意义:
在大涡流海域,有较强的上升流,下层的营养物质被带到海面,形成渔场;涡旋有助于海洋热量对气候的调节作用。因为仅海洋表层 3 米内的海水所含的热量,就相当于整个大气层的总和;涡旋将海流连接起来,形成海洋系统之间联系的纽带;涡旋在把温度高的海面表层水不断卷入海底的同时,也就把富含在表层水中的空气尤其是氧气输送到海底,增加了底层海水中的氧气。
23  湾流不稳定时两侧涡旋的特点是怎样的?北赤道流与赤道逆流之间发生涡旋的特点是怎样的?极地涡旋与中纬度涡旋的尺度差异?
极地涡旋不同于中低纬度涡旋,特点是:(1)尺度小(2)旋转速度快(3)寿命长(4)输送距离远
24  什么是波动的弥散关系?它对波动的研究有什么作用?
波动的弥散关系
汪文勤弥散关系体现了频率与波数之间的理论关系,获得波动理论解之后同时确定了波动的弥散关系。
弥散关系是由波动方程确定的,代表了波动各个参数之间的动力学联系,体现了不同种类波动之间的根本差异。当建立一个新的波动理论之后,首要的事是确定新波动的弥散关系,以全面了解这种波动的物理性质。
弥散关系表达了不同频率的波以不同的相速传播。对于复杂的波浪,多种波动混在在一起,弥散关系难以确定。而且,有些非线性波动无法理论求解,也无法确定其弥散关系。
25  海洋中的基本平衡和适应过程有哪些?阐述不同平衡状态被破坏下由于适应过程所产生的结果。(静力平衡:重力波;地转平衡:惯性重力波;位涡守恒:Rossby 波。)
与海洋波动有关的主要有静力平衡、地转平衡、位涡度守恒、质量守恒等。
平衡指力的关系,守恒指性质或物质的不变性
静力平衡:指垂向压强梯度力和重力之间的平衡,其特征是垂直加速度可以忽略不计。
地转平衡:指水平压强梯度力与科氏力之间的平衡,其特征是水平加速度可以忽略不计
位涡守恒:指位涡不变的前提下相对涡度、行星涡度和涡旋高度之间的平衡。
26  惯性重力波的产生是什么导致的?阐述地转平衡和地转适应过程。重力波的两种理论(动力理论,统计理论。主要针对研究的问题。)
惯性重力波是能量频散的载体,将能量向四面八方传播,释放了能量的海洋迅速恢复到地转平衡状态。地转适应过程非常短暂,迅速接近地转平衡。在基本达到地转平衡之后,还需要一段较长时间调整恢复到完全意义的地转平衡,称为演化过程。
地转平衡
地转平衡是海洋在水平方向的基本平衡,是科氏力f与压强梯度力之间平衡较强的风作用于海面,不仅破坏了静力平衡,还破坏了地转平衡。破坏地转平衡的原因涉及到大气与海面相互作用的微观机理,包括海面的卷挟、对波脊的推送、波峰两侧的压力差等,有些机理尚在研究之中。只要地转平衡被破坏,就会形成地转偏差,即科氏力与水平压强梯度力之间的偏差。一旦地转平衡被破坏,海洋有恢复到地转平衡的趋势。
地转适应过程
地转偏差产生后,海水静压作用形成恢复力产生了回复到地转平衡的趋势。由于风场的扰动将大量机
械能输入海洋,破坏了海洋的平衡,适应过程的恢复机制是重新将这些能量释放掉,使海洋回到未扰动的状态。这个过程称为能量的弥散(Dispersion),也称频散。能量的弥散指能量在空间中传播,逐渐分散弱化。地转偏差可由两个原因产生,一是由流场产生,一是由压强场产生。
27  阐述一下海湾静振。说明海湾静振的动力学过程。
在海湾中,通常发生静振,即扰动能量在海湾中产生的固有频率振荡;静振的周期通常超过波浪
静振与重力波的条件完全一样,只是由于有边界阻挡,形成驻波的形态。静振的传播距离与海湾的尺度有关,周期可以很长。静振在海湾中占居重要地位,也是有时潮流模拟不准确的主要原因。
28  海洋内波是怎样产生的(内波的生成机制)。内波波速(相速度)、速有怎样的对应关系。内波对海洋的作用?(内波的运动特征,内波的破碎,内波的能量,内波提供一种特殊的能量传递机制,海洋内波的“营养泵”作用,内波引起的等密度面起伏直接影响水下声传播,影响被动的和主动的声学探测和通信。)
在有些海域,冬季没有跃层,夏季产生季节性温度跃层,跃层是由于季节性太阳辐射加热形成的。内波也成为季节性现象。因此,海水密度层化是发生内波的必要条件,在同样的动力条件下,不同的层化状况可以产生不同的内波。
产生内波的主要因素:风扰动;潮汐+地形扰动;其他扰动。
28  简述你对惯性重力波的认识。
(1)惯性重力波是频率低,波长长的重力波,受地转偏向力的影响,振幅向传播方向的右方上倾。
(2)波的弥散非常重要。由于惯性重力波是弥散的,很快会消散,因而很难观测到。
(3)开尔文波是特殊的惯性重力波,不弥散,可以长时间存在和长距离传播。
(4)只有受地形或动力约束的惯性重力波才能长距离传播。
(5)波的弥散意味着能量的消散,是地球上能量传播的重要方式,海洋通过惯性重力波将不平衡的能量传送出去,使被破坏的平衡恢复起来。
29  Rossby 波是怎样产生的?海洋中的 Rossby 驻波是怎样形成的? Rossby 传播特征(相速度,速度)是怎样的? Rossby 波发生传播的具体过程是怎样的?
由于地球的转动和地球曲率而使位涡在深度和纬度上产生改变,这一改变导致一种非常慢的大尺度振荡,即罗斯贝波。
如果有东向流,会形成罗斯贝驻波。
相速度表明:罗斯贝波波形只能向西传播。
速度表明:罗斯贝波的能量可以向各个方向。
传播极慢,跨越大洋要2-3年
罗斯贝波是弥散波,但由于只能向西传播,能量只在一个方向弥散,随处可以发生。
设在参考纬圈上海水的相对涡度ζ为零,经过扰动,向北运动的海水,由于f值增大,则ζ为负值,故产生顺时针的环流。同理,向南运动的海水,将产生逆时针方向的环流。且离开参考纬圈越远的海水涡度越大。可以设想,在实线上与D点相距无穷小的两点,所产生的环流将在D点相切,而偏北那点环流的南向分量要比偏南那点的向北分量大。因此在D点产生了一个净向南的分量。同理,在A点也产生一净向南的分量,在C, B两点产生净向北的分量。因此,下一时刻各点新位置的连线将如图中虚线所示,它表明罗斯贝波向西传播了。
30  赤道波系(开尔文波:一种能以重力波形式传播的大尺度波;罗斯贝波:在位涡守恒框架下西向传播的波)的传播特性是怎样的?(1)在赤道只有两类自由波动可以存在:赤道开尔文波和赤道罗斯贝波
(2)赤道罗斯贝波只能向西传播

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