黑潮延伸区域海底分支流的证明外文翻译资料

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黑潮延伸区域海底分支流的证明

摘要

作为黑潮延伸系统研究的一部分,从五个锚泊的海流计中发现深海海底洋流在底部有弱的增强。依据线性准地转流的理论框架, 在海底缺乏陡峭地形的环境中, 最合适的垂直下沉深度范围为8到15 km, 但是其中一个靠近孤立海底山脉的锚泊观测设备展现出有一个更显著更活跃的垂直下沉流,其垂直下沉深度大约5公里。流速和地转压力流函数的比例在海表面相对于底部流大约为88%，缺乏陡峭地形, 靠近孤立的海底山附近则有63%, 总体平均在深度5300米环境下为83%。由此推断，依赖涡旋深度的弱下沉流与海底地形相遇， 引起的流动水平尺度与地形尺度相当，而更小水平尺度的流动会形成底部增强。

引言

一阶海洋深度测量法起着至关重要的作用在大规模的海洋环流的低频流遵循f / h规则,f是科里奥利参数和h是液体深度。在局地变化中与地形相互作用时惯性流被观察到承担复杂的运动,包括海底山附近的海流。

在分层流体的线性准地转流中、底部海流的增强有两种变化模式:地形罗斯贝波和垂直衰减在波浪底波平均流量解决方案(吉尔1982)。水平流的波动解波解用垂直结的双弦曲线(z / b)利用刚盖假设法确定上边界条件,z是垂直的坐标在笛卡儿坐标系统，原点是海平面。垂直的梯度范围是b=（f/N）K^-1,有时被称为罗斯贝,其中N是浮力频率和K是水平波数。

旋转和分层在一般的地球物理流体动力学问题非常重要,在Bu=Nb / fL里博格数(Bu)是O(1, b是一个特征流的水平长度尺度，l是深度尺度。当深度尺度是海洋的深度(b = h)水平长度流的规模内部变形半径()。有其他情况下可能出现的水平流的长度范围的设置普遍的涡旋尺度(，是涡流波数)或通过地形特征(,是水平距离上流体深度的该变量和是地形斜率)。可以用b=(f / N)L来估计垂直比例。

自从罗斯贝波将出现在地形山坡的斜率的观测上,许多观测研究集中他们的努力在这些区域。一系列观测比较地形罗斯贝波理论目前在墨西哥湾流地区用测流计测试底部梯度。约翰和瓦茨(1986)估计在适度的区域地形斜率。在陡峭的环境里,霍格(2000)发现底部梯度相关的证据是通过地形罗斯贝博布置在西侧大浅谈测面的海流计发现。也有证据表明底部梯度有机器人在墨西哥湾获得(1990年汉密尔顿,1990)。汉密尔顿观察到在十天里地形罗斯贝波沿着锡格斯比海沟悬崖。这些波有强烈的海底梯度。汤普森和Luyten(1976)和豪格(2000),汉密尔顿(2007)估计垂直梯度规模(683 - 1588m)相应的波长(65 - 151公里)多个海流在一个测流计系统里。

黑潮延伸系统是一个多机构研究领域研究来定量定性分析交互黑潮延伸和再循环环流(Donohue 2008年)。黑潮延伸系统由一个约600公里600公里阵列46个海流和压力倒回声设备和从2004年到2006年两年间部署的的7个地下观测设备。黑潮延伸系统转移观测站点为了避免海底山和陡峭的地形。大规模地形一般向山坡东南偏南alpha;~0.01,和局部的斜坡alpha;~0.1。格林(2010)发现从深海流和压力测量著名的深海可变性从30 天到60天的波段。这些涡流是来自于黑潮延伸系统以外的地方;格林建议原点上升。虽然非线性,其运动与地形罗斯贝波相似,应用大规模的深度测量法发现，涡流传播从东北到西南。

几项研究已经观察到大规模的深黑潮延伸地区的流通,但这些没有解决底部梯度。在线性准地砖的框架上,大规模的深海流和漩涡底部梯度在深处黑潮延伸地区将在这篇给大家介绍，地形回声探测和卫星测高的比较,一个额外的黑潮延伸的区域实验(凯雷)(图1)。

二.方法

1.海流计

七个海流计设备被部署在日本东部两年在第一个似稳曲流黑潮延伸的波峰和波谷中间(图1)。设备按照对角线从西南西和东北偏北的位置布置并且坐落在jason - 1号高度计线。他们配备了一个声学多普勒流速剖面仪、凯伦停泊分析器和几个在深水平面的测流计(杰恩. 2009年)。本研究将集中在底部三个海流计(2000、3500和5000m)的五个停泊处所提供的超过500天的记录。

有10%点误差值是因为有侧流的原因。此外,海流使用四阶巴特沃斯72小时低通滤波过滤去除昼夜和半日潮的影响。
海流需要调整来消除剪切应力在黑潮上层斜压海流扩展区域,扩展下斜温层深度。上斜压场每天两次映射在回声测波仪上。相关的剪切上层领域在1500米以下减弱,但是贡献从时间序列中移除。海流误差调整1.68plusmn;0.31,0.20plusmn;0.03,0.013 plusmn;0.002 分别在2000、3500和5000,平均5个站点。

b。比方法

底部梯度的程度是由部分速度的减少量计算决定的(）在5000m的深度。这是完成了由散点图的拟合直线速度2000，3500米与5000米。II型最小二乘回归,最小化了正常的偏离,适合主轴找到一条线斜率(,i=1和2,m1和m2是斜率)。当前垂直结构的流速可以通过非线性最小二乘法V(x,y,z,t)=V₀(x,y,t)cosh(z / b)来确定最佳垂直梯度规模(b)的数据从以下方程(1)

,m_i是观察到的比率(斜率的线性)R_i是拟合率。

(2)

z_i =-2000和-3500 m,z₃ =-5000是最深的测流计,Є_i是实际比率和理论比率的差值。m_i估计误差通过平均数标准误差m_i计算从三个6个月时间序列的子分段。误差在b然后用eq计算。(1)是m_i的范围。

图1所示。黑潮延伸系统的研究海流计停泊位置(红圈)在史密斯和叠加桑德维尔地形(史密斯和桑德维尔1997)[等高线间距(CI)=1000m]
2004年6月- 2006年7月。黑色的轮廓是2.1米的轮廓,这是代表黑潮延伸轴。蓝色的圆圈代表回声测压仪坐落的位置，红十字标志的位置在第二年部署。红色圆圈表示其他的黑潮延伸系统的研究,海流计的记录的短于500天的,没有在这项研究中使用。红色的钻石
表示黑潮延伸区域试验。

c. EOFs

另一种方法来确定的海底的剧烈变化是通过使用经验正交的函数(eof)。一阶EOF特征向量与比值法相比,lambda;(z_i)在5000m更准确，lambda;_n(z_i)=lambda;(z_i)/lambda;(z₃)。与比值法类似,非线性适合被用来确定b通过最小化方程如Eq(1)但m(z_i)被lambda;_n(z_i)取代。计算lambda;_n(z_i)和b的误差用三个同样的6个月子分段。

图2所示。(a)- (e)72h低通滤波流速时间序列在2000、3500和5000的系泊K2-K6。采样频率Fs= 2周期,段长度为128天,谐波分析50%重叠。(g)功率谱;(f)系泊K5附近的海底山。

1. 结果

时间序列的V占主导地位(图2 a-e)和动能谱(图2 f-e)表明,能量在很大程度上局限于30-60-day波段。流速在5000的划分在图3 d用EOF方法阶振型EOF占据的地方超过80%的方差(表1)。海流部分降低符合线性动力学的框架内,曲线cosh(z / b)/ cosh(z₃ / b)与观察到的海流相似。一个最适合的状态下EOF和比方法给出几乎相同的结果(图3 e),r² =0.997 ,斜率有95%的吻合度。

估计垂直梯度深度和关联长度尺度范围从5公里到37公里在K5,有海底山坐落;以东35公里的设备在3500m(在2300年达到峰值)在8 - 15空和60 - 110公里,分别在没有陡峭的地形(表1)。

平均upsih;为测流计停泊最适合b 是0.83plusmn;0.05(图3)。在陡峭的地形在K5upsih; 是0.63,平均平滑地形和K5该变量是0.88plusmn;0.02(图3)。整体upsih;平均流速计停泊结果是一致的,比较了25CPIES jason - 1号高度计沿线的配置最小化rms(h9alt)和之间的区别(h9cpies)(0.84 g 5 0.84 6)。

　图3所示。(a)——(c)散点图的V₂₀₀₀型vs V₅₀₀₀(蓝色)和V₃₅₀₀ vs V₅₀₀₀(红色)与相应的线适合放在K3-K5。黑色的线是一对一的。(d)状态下EOF振幅归一化的EOF在5000米。虚线表示cosh(z / b)/ cosh(z3 / b)为每个系泊位置最适合的b。(e)对比比例法和EOF方法,显示出最适合的倒数为b。误差计算求解方程组为Eq。(1)从界限EOF和斜率。(f)总体平均分数下降速度引用5000 m最适合(灰色),陡峭的地形(绿色;K5),最适合

1. 讨论和结论

除了系泊速率的观察和黑潮延伸系统的梯度与2000到5000m相似(图3 d)。K5表现出更多的能量和梯度,证据显而易见(图2 g)。平均频谱系泊K2-K4(图2),位于平滑地形,更准确,梯度间明显长于20天。

即使距离海底山35公里,地形坡度直接在K5(alpha;asymp;0.01)只能支持罗斯贝波时间大于=12天,理论截止(约翰和1986瓦),然而在那里加强能源和梯度时间小于12天(图2 g)。平均浮力频率该地区从2000到5000米在这计算。波浪围绕海底山附近传播的解决方案可能存在衰减远离海底山然K5保留大量的振幅。

至少有三种长度尺度的流动问题,可以设置垂直梯度规模;从地形上的长度规模控制涡流(LE),内部变形半径(LD)和长度尺度的地形坡度陡峭的附近(LT)地形。假设小尺度(O(LT)]在K5流通过情景平流从附近的海底山的水包裹着漩涡撞击海底山。格林(2009)发现,强流在静止的时间间隔可以用平流输送水至孤立的山,导致气旋生成。但考虑海底山在K5以东。他们正压模式显示在气旋生成的过程莱茵河的地形规模是规模特征底部水流和涡流。由于地形的影响这些交互系统的本质,这些特性将在底部梯度反应。b和L值在表1中K5支持这个推测

图4所示。upsih;值计算出CPIES vs SSH从测高法最大相关性(左)和(右)
一个单独的海流计与黑潮延伸实验(和爱尔兰人1996)也在1990年代支持这个解释。系列情景(图5)和增强的能量周期不到10天(图5 d)和梯度具有可比性的一个alpha;lt;0.01系泊的位置。黑潮延伸实验的实验设计(间距和避免陡峭地形),超出了这个范围测试工作。

底部加强水流从当前被观察到海流计跨越黑潮延伸的一部分。除了海流的系泊试验展出底部加强。这些测量表明海流弱困在整个底部地区垂直梯度规模 b= 8.33公里(不确定性范围7.1 -10.3公里)。海流放大和底部梯度更加剧了附近孤立的海底山。当梯度函数cosh(z / b)从表面到下相应的速度和地转压力异常表面平均减少83plusmn;5%它们的值在海底。

图5

致谢。作者感谢小组成功地部署和恢复和人员汤普森雷维尔,梅尔维尔。我们希望承认卡伦特蕾西,凯萨琳bull;多诺休安迪·格林的建议和小心处理CPIES数据。本研究支持下国家科学基金会授予OCE0851246。Jae -匈奴人公园收到KORDI额外的支持赠款PE98561 PE98563。

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