风驱动环流和地转环流

作用于旋转地球的表面风驱动着海洋巨大的副热带和副极地环流，其内部流动接近地转平衡，其西边界则增强为墨西哥湾流和黑潮等快速洋流。

Definition

风驱动环流是由表面风应力驱动的大尺度上层海洋流动，组织成环流，其内部服从地转平衡——即水平压力梯度力与科里奥利力之间的平衡。

Scope

本主题涵盖风应力引起的埃克曼输送和抽吸、决定内部环流输送的斯维尔德鲁普平衡、西边界流的动力学及其增强、洋流与压力（或海面高度）梯度之间的地转关系，以及主要表面洋流和环流的结构。

Core questions

• 风应力如何通过科里奥利效应建立盆地尺度环流？
• 为什么像墨西哥湾流这样的西边界流与宽阔的内部流动相比如此狭窄和快速？
• 如何根据密度或海面高度的测量值推断地转流？
• 什么决定了风驱动环流的总水量输送？

Key theories

斯维尔德鲁普平衡

在海洋内部，水柱积分的经向输送与风应力旋度成正比，从而确定了风驱动环流的体积输送量。

西向增强

科里奥利参数随纬度的变化迫使环流的回流集中在狭窄而强烈的西边界流中，解释了墨西哥湾流等特征。

地转方法

由于内部洋流接近地转，可以根据密度数据推导出的压力面坡度，相对于假定的无运动层，计算出水平速度。

Mechanisms

风应力驱动埃克曼层，其净输送垂直于风向；这种输送的空间变化将水向下或向上泵入地转内部，在那里涡旋拉伸与经向运动（斯维尔德鲁普平衡）相平衡。然后，位涡守恒要求闭合的回流集中在西边界，从而产生增强的洋流。

Clinical relevance

环流及其边界流向极地输送大量热量，影响区域气候、渔业生产力和航运路线；来自卫星测高仪的海面高度数据现在可以近乎实时地在全球范围内绘制地转流图。

History

风驱动环流理论由斯维尔德鲁普（Sverdrup）于1947年至1950年间建立，他将内部输送与风应力旋度联系起来；斯托梅尔（Stommel）通过科里奥利参数的变化解释了西向增强现象；蒙克（Munk）将这些理论结合起来，形成了完整的环流模型。

Key figures

• Harald Sverdrup
• Henry Stommel
• Walter Munk

Seminal works

• stommel1948
• sverdrup1947

Frequently asked questions

为什么墨西哥湾流位于大西洋的西侧？

科里奥利效应向极地的变化迫使风驱动环流的回流形成沿西边界的狭窄快速急流，在北大西洋中即为墨西哥湾流。

什么是地转流？

地转流是指科里奥利力与水平压力梯度力相平衡的洋流，因此水流沿等压线而非横穿等压线流动。