| 词条 | 海洋中的罗斯比波 |
| 释义 | haiyang zhong de Luosibibo 海洋中的罗斯比波(卷名：大气科学 海洋科学 水文科学) Rossby waves in the ocean 一种低频长波。又称行星波。地球自转角速度的铅直分量（行星涡度铅直分量之半）随纬度的改变或海底的倾斜，都是形成罗斯比波的条件。大洋平均深度一般只有 4公里，而罗斯比波的水平尺度，至少具有百公里的量级，故属长波。由海底坡度形成的罗斯比波，又称底形罗斯比波，其波长的量级约为百公里。这种波往往出现在陆架或大陆斜坡附近的海区。若不考虑海水的粘性和层结效应，则罗斯比波的水平流速和深度无关，这时任一铅直水柱在运动过程中都恒保持铅直，且其位势涡度守恒。为了说明罗斯比波的成因，可在北半球大洋中同一纬度上任意选择3个相邻的铅直水柱A、B和C。设大洋为平底的，且忽略洋面水质点的铅直运动。若 B柱在某瞬间受到某种扰动而北移，则它在新的位置上将获得一个行星涡度的增量，且必然出现一个负的相对涡度，以满足位势涡度守恒，故围绕着B将产生一个顺时针的环流。此环流将导致水柱A和C分别向北和向南移动。类似地围绕着A和C将分别产生顺时针环流和逆时针环流；并且这两者的环流都有使水柱 B向南移回原始位置的趋势。但由于海水的惯性，B将超过原始位置而南移，如此周而复始地振荡，就形成了罗斯比波。由此可见，它的形成取决于行星涡度梯度，而重力并非它的恢复力。罗斯比波的圆频率小于惯性频率（科氏参量），其水平流速场和压强场满足准地转关系。由行星涡度梯度形成的罗斯比波的传播速度，只有偏西的分量。忽略水面质点铅直运动的罗斯比波，称为“无辐散罗斯比波”，而计及洋面水质点振动的罗斯比波和无辐散罗斯比波相比，由于引入了重力效应的修正，在同样的波数下，其频率略为降低，可称为“辐散罗斯比波”。就相位而言，虽然罗斯比波是向西传播的，但其能量的传播速度（群速）却可能有向东的分量；特别是当波数向量在南北方向的分量为零时，其群速恒与相速相反；前者向东，后者向西。一般来说，对于较短的罗斯比波，群速有向东的分量，而对于较长的罗斯比波，群速有向西的分量。由于群速和相速不等，故罗斯比波属弥散波。有岸界存在时，会引起这种波和波群的反射，其特点和岸界的走向有关。以西边界的反射为例，其主要特征是：反射波和入射波的频率相等，波数向量的南北分量相等，反射波和入射波的流速的东西分量相等，反射波和入射波的平均能流量相等。 上述结果，可以直接推广到底形罗斯比波，只要假定海底坡度颇小，并注意到在北半球海洋中浅水位于底形罗斯比波传播方向的右侧、而在南半球则相反即可。 实际大洋中海水密度的层结效应，使罗斯比波失去了二维性，即在铅直方向上表现为不同的结构；而后者主要取决于布伦特－韦伊塞莱频率的铅直分布和波型的“阶”。事实上，在层结大洋中传播的罗斯比波包含各阶波型，其零阶波型即密度为恒量的无辐散罗斯比波，称为无辐散的“正压罗斯比波”，其他高阶波型统称为“斜压罗斯比波”。若以一个相应于该阶的斜压波型的“当量深度”代替大洋的深度，则上面给出的正压罗斯比波的结果，也适应于层结大洋中的各阶斜压罗斯比波。当量深度并非大洋的真实深度，它仅为和布伦特-韦伊塞莱频率的平方成正比且具有长度因次的当量而已。应当指出，层结大洋和密度均匀的大洋不同，上述由行星涡度梯度形成的斜压罗斯比波的结果，不能推广到与之相应的斜压底形罗斯比波的情形。在实际海洋中，行星涡度和海底地形都是变化的，所以这两种成因应同时加以考虑。 海洋中的罗斯比波理论，应用于大洋环流动力学的研究，特别是对于海洋的中尺度涡、大尺度湍流(地转湍流)和各种大尺度和中尺度运动的相互作用的研究，其中有关罗斯比波和大洋环流的关系、罗斯比波和陆架拦获波的相互作用，非线性罗斯比波的理论和数值模拟的研究，已成为海洋动力学和地球流体动力学研究中非常活跃的课题。 参考书目 P.H.LeBlond.L.A.Mysak，Waves in the Ocean，ESPC，Amsterdam，1978. J.Pedlosky， GeophysicalFluid Dynamics， Sprin-gerVerlag，New York，1979. |
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