动量平衡

海洋的详细回顾冰动力学和运动学由Thorndike(1986)和Hibler(1986)给出。海冰的运动可以用动量平衡来描述:

左边的项是动量的时间变化量(即加速度),其中m是单位面积的冰质量,U是冰速度。右边的第一项是科里奥利力引起的应力,其中f是科里奥利参数,k是法向曲面的单位向量。Ta和Tw是空气和水应力,F是内部冰应力,它描述了浮冰(冰)之间的相互作用。最后一个术语mgVH描述了海洋倾斜,其中H是海面的动态高度,g是重力加速度(由于海洋中区域密度的变化,海洋表面不是平坦的,这必须在动量平衡中被考虑在内)。

动量平衡项的相对大小在季节和空间上都是不同的。然而,主要的术语是空气和水应力、科里奥利力和冰的相互作用(Hibler, 1986)。虽然在冬季和靠近海岸的地方,冰的相互作用可能很大,但在夏季和远离海岸的地方,冰的相互作用通常很小。在这些情况下,可以认为浮冰处于“自由漂移”状态(McPhee, 1980)。

Nansen(1902)第一个观察到,在每天的基础上,浮冰通常以地面风速的2%左右和风速矢量右30°的速度移动。Zubov(1945)也有类似的观察。Thorndike和Colony(1982)利用北极冰动力学联合实验和IABP的数据,开发了一个线性回归模型,表明在远离海岸的地方,通常每天到每月时间尺度上70%的冰运动变化是由当地地表地转风解释的。平均而言,冰向地转风向右侧移动8°,速度为地转风向的0.008。但平均漂移角具有较强的季节性,冬季为5°,夏季为18°。反过来,冬季的比例因子约为0.007,夏季增加到约0.011。Serreze等人(1989)使用了更长的数据记录,得到了类似的结果。

季节变化冰的特征如Serreze等人(1989)所观察到的漂移,部分可归因于内部冰应力项大小的变化。虽然内应力的包含一般不会破坏冰速度(U)与地转风(G)之间的线性关系,但它表现为| U | /1G |比值和转弯角度的变化(Moritz, 1988)。通常,两者都被还原。大气的稳定性也有影响(Thorndike和Colony, 1982)。在同样的地转风条件下,冬季低层稳定性的增加会降低地面风应力,并增加地转风和风应力矢量之间的转角(Albright, 1980)。

在每年和更长的时间尺度上,冰运动的变化大约是由50%的风驱动和50%的电流驱动。由于风是高度可变的,它们的强迫倾向于在较长的时间尺度上抵消,因此相对稳定的电流效应发挥了更强的作用。

继续阅读:大尺度运动场的变异性

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