重力流激发地形罗斯贝波是自然界中广泛存在的现象,但观测和模拟能力的不足限制了我们对该过程动力机制的理解。Swaters (1991) 假设上层水柱受到底层重力流的挤压作用(图1),在位涡守恒下产生旋转运动,并通过解析模式证明重力流与上层水柱的相互作用形成耦合的地形罗斯贝波。该研究通过计算斜压波最大成长速率得到相应的波长和频率,但计算过程复杂且不直观,特别是无法定量地解释重水跨陆坡下沉速率。
近日,我实验室前沿研究中心极地海洋组在Swaters (1991) 的研究基础上,以新的物理视角进一步揭示了陆坡重力流的动力特征。创新点主要包括两方面:
(1)基于重力流挤压上层水柱的假设,进一步推断重力流地转流速与地形罗斯贝波相速度相等(图1),由此可以简单直观地通过重水地转流速预测地形罗斯贝波波长和频率;
(2)根据位涡守恒和上下两层流体的相对厚度,估算地形罗斯贝波环流速度,并粗略地视其为重水跨陆坡流速。根据上层波环流与下层重力流相位锁定关系,重水实际的流向是沿等深线地转流与跨等深线波环流的矢量和,由此可以定量地估算重水相对等深线的下沉速率。
该研究成果发表于国际物理海洋学著名期刊 Journal of Physical Oceanography, 题目为‘Controls of topographic Rossby wave properties and downslope transport in dense overflows’。我实验室博士后韩显显为文章第一作者,陈大可院士为通讯作者。合作作者包括加州大学洛杉矶分校Andrew Stewart副教授,海洋二所连涛研究员、刘晓辉副研究员。该研究得到了国家自然科学基金项目的资助。
原文链接:https://journals.ametsoc.org/view/journals/phoc/aop/JPO-D-22-0237.1/JPO-D-22-0237.1.xml