Ветровое и геострофическое течение

Поверхностные ветры, действующие на вращающуюся Землю, приводят в движение крупные субтропические и субполярные круговороты океана, внутренние части которых находятся в почти геострофическом равновесии, а их западные границы усиливаются, образуя быстрые течения, такие как Гольфстрим и Куросио.

Definition

Ветровое течение — это крупномасштабный поток в верхнем слое океана, вызванный напряжением поверхностного ветра, организованный в круговороты, внутренние части которых подчиняются геострофическому балансу — равновесию между горизонтальной силой градиента давления и силой Кориолиса.

Scope

Эта тема охватывает экмановский транспорт и подъем/опускание воды, вызванные ветровым напряжением, баланс Свердрупа, который определяет транспорт во внутренних частях круговоротов, динамику западных пограничных течений и их интенсификацию, геострофическую связь между течениями и градиентами давления (или высоты поверхности моря), а также структуру основных поверхностных течений и круговоротов.

Core questions

• Как ветровое напряжение, опосредованное эффектом Кориолиса, формирует крупномасштабные круговороты в океанических бассейнах?
• Почему западные пограничные течения, такие как Гольфстрим, настолько узкие и быстрые по сравнению с широким внутренним течением?
• Как можно вывести геострофические течения из измерений плотности или высоты поверхности моря?
• Что определяет общий объемный транспорт ветрового круговорота?

Key theories

Баланс Свердрупа

Во внутренних частях океана меридиональный транспорт, интегрированный по всей толще воды, пропорционален ротору ветрового напряжения, что определяет объемный транспорт ветровых круговоротов.

Западная интенсификация

Изменение параметра Кориолиса с широтой вынуждает обратный поток круговорота концентрироваться в узкое, интенсивное западное пограничное течение, объясняя такие особенности, как Гольфстрим.

Геострофический метод

Поскольку внутренние течения почти геострофичны, горизонтальная скорость может быть рассчитана по наклону изобарических поверхностей, полученных из данных о плотности, относительно предполагаемого уровня нулевого движения.

Mechanisms

Ветровое напряжение приводит в движение слой Экмана, чистый транспорт которого перпендикулярен ветру; пространственные вариации этого транспорта вызывают подъем или опускание воды во внутреннюю геострофическую область, где растяжение вихря уравновешивается меридиональным движением (баланс Свердрупа). Сохранение потенциальной завихренности затем требует, чтобы замыкающий обратный поток концентрировался у западной границы, создавая интенсифицированные течения.

Clinical relevance

Циркуляция круговоротов и их пограничные течения переносят огромные объемы тепла к полюсам, формируя региональный климат, продуктивность рыболовства и морские пути; измерения высоты поверхности моря с помощью спутниковой альтиметрии теперь позволяют картировать геострофические течения по всему миру практически в реальном времени.

History

Теория ветрового течения была разработана в период с 1947 по 1950 год Свердрупом, который связал внутренний транспорт с ротором ветрового напряжения; Стоммелем, который объяснил западную интенсификацию через изменение параметра Кориолиса; и Мунком, который объединил эти концепции в полную модель круговорота.

Key figures

• Harald Sverdrup
• Henry Stommel
• Walter Munk

Seminal works

• stommel1948
• sverdrup1947

Frequently asked questions

Почему Гольфстрим находится на западной стороне Атлантики?

Изменение эффекта Кориолиса с широтой к полюсу вынуждает обратную ветвь ветрового круговорота концентрироваться в узкую, быструю струю вдоль западной границы, которой в Северной Атлантике является Гольфстрим.

Что такое геострофическое течение?

Это течение, в котором сила Кориолиса уравновешивает горизонтальную силу градиента давления, поэтому вода течет вдоль, а не поперек линий постоянного давления.