Насыщение вихря и компенсация вихря
Насыщение вихрей и компенсация вихрей — явления, наблюдаемые в Южном океане . Оба являются ограничивающими процессами, когда вихревая активность увеличивается из-за импульса сильных западных ветров и, следовательно, не увеличивает их соответствующие средние течения. Там, где насыщение вихрей влияет на Антарктическое циркумполярное течение (ACC), компенсация вихрей влияет на соответствующую меридиональную опрокидывающую циркуляцию (MOC).
В последние десятилетия ветровая нагрузка в Южном океане увеличилась отчасти из-за парниковых газов и истощения озонового слоя в стратосфере . [1] Поскольку АКК и МОС играют важную роль в глобальном климате; влияя на стратификацию океана, поглощение тепла, углекислого газа и других пассивных индикаторов. [2] Изучение того, как эти усиленные зональные ветры влияют на MOC и ACC, поможет понять, изменятся ли поглощения в будущем, что может оказать серьезное влияние на углеродный цикл. Это остается важной и важной темой исследования.
В динамике Южного океана преобладают две ячейки с противоположным вращением, каждая из которых вызывается поверхностными потоками плавучести. Через изопикны трассеры переносятся из глубины на поверхность. Изопикнические склоны являются ключевыми для определения глубины глобального пикноклина и мест выхода водных масс на поверхность. Поэтому изопикны играют важную роль во взаимодействии с атмосферой. Считается, что в Южном океане изопикны круче под воздействием ветра, а бароклинные вихри уплощают изопикны. [3]
Западные ветры ( ), которые заставляют ACC течь на восток, вызывают вращающуюся по часовой стрелке эйлерову меридиональную циркуляцию ( ) через динамику Экмана, которая также известна как ячейка Дикона. Эта циркуляция опрокидывает изопикны, усиливает силу плавучести и, следовательно, увеличивает средний поток. [4]
Хотя АЦК очень близка к геострофическому равновесию , когда фронтальные струи достигают достаточно высокой скорости, возникает геострофическая турбулентность (т.е. хаотическое движение флюидов, близких к состоянию гидростатического равновесия [5] и геострофического равновесия). Из-за этой геострофической турбулентности потенциальная энергия, запасенная во фронтах струйных течений, преобразуется в кинетическую энергию вихрей (ЭКЕ), что в конечном итоге приводит к образованию мезомасштабных вихрей . Поверхностный EKE увеличился в последние десятилетия, что подтверждается спутниковой альтиметрией. Предполагается, что связь между повышенным ветровым напряжением и EKE близка к линейной, что объясняет ограниченную чувствительность переноса АЦТ. [6]
В районах, где стратификация очень слаба, образование вихрей часто связано с баротропными неустойчивостями. Там, где стратификация более существенна, средней причиной образования вихрей являются бароклинные неустойчивости (несовпадение изобар и изопикн). Вихри имеют тенденцию сглаживать изопикны (поверхности с одинаковой плавучестью ), которые замедляют средний поток. [7] [8] Из-за этих неустойчивостей формируется вращающаяся против часовой стрелки вихревая циркуляция ( ), которая частично противодействует эйлеровой меридиональной циркуляции. [4]
