WOCE浮动计划
WOCE初,伟大的乐观,逆分析基于节约运输示踪剂的水属性以WOCE水文计划可以准确估计大气环流的绝对平均速度。但有两个原因是觉得绝对的直接观察地下流应该被包括在测量项目。首先,精度可以通过反分析程序是不确定的,但很明显,其准确性将速度提高了包括直接观察。第二,这些逆方法,像他们更传统的前辈一样,使用示踪剂的分布来推断绝对流动,因此取决于知道沿着流线追踪是守恒的。因为绝对速度和混合都是与示踪剂分布(cf。Toole和麦克杜格尔,5.2章),如果绝对平均速度测量,那么逆分析可以用来推断tracer-mixing率。
这种推理导致WOCE直接速度观测计划。停泊数组是用来衡量选择的运输,通常集中,表面电流,速度项目(见4.1章Niiler)使用current-following流浪者直接测量全球流在15米深度。松散协调WOCE浮动与大胆的目标计划进行,由新技术上面所讨论的,建立在全球海洋的有效度量绝对平均速度的参考地转剪切从WOCE水文测量采样和历史数据。额外的目标是描述艾迪可变性和提供可视化的运输过程如intergyre或跨流域运输。除了采样分辨率相对较低的全球计划,从一开始就知道,会有特殊需要区域焦点,高分辨率区域部署。深盆实验(见4.5章霍格)特别强大的使用拉格朗日方法测量深流在巴西盆地和推断的混合过程至关重要深循环。
全球阵列的设计是基于一个评估WOCE有可能年底全球地图地转500公里附近剪切和横向分辨率,这决定的目标分辨率float-based引用字段。测量可以在任何深度,但因为错误的引用字段添加到深处速度,速度测量必须是准确的。准确测定平均速度的主要限制(比如WOCE十年)被确认为颞可变性,这被认为结果主要来自中尺度漩涡。所需的速度精度提供重要帮助合成hydro-graphic和浮动数据集被认为从O (3 mms_1)在大多数海洋内部O (1 cms_1)在强大的西边界流和南极绕极流。
从基本抽样理论,平均误差U速度计算N个独立测量和连续时间序列
欧盟=反恐组(色彩/ T) U2 = (2 k / T)
苏= (ju / n
紫外线是u变化的标准差,T是记录的长度,平均计算,色彩的积分时间尺度变量u的一部分,和K是渐近侧泰勒粒子扩散系数。积分时间尺度与速度时滞covari-ance, < u (s) (s + t) >,和速度频谱,美元(w),由以下关系(简化为一维流)
色=反恐组~ 2 | < u (s) (s + t) > dt
= aU-22K = aU-22 ^ $ (w = 0) (3.2.3)
显示抽样误差的来源是最低的频率变化。尽管(3.2.2)严格适用于单个时间序列,戴维斯(1991)认为它也适用于一组时间序列的总长度T只要他们是统计独立的,长而色彩。
WOCE抽样为已知的运动水平的集中附近1000米深度。这反映了声波传播的考虑范围内,能源自主浮动完成一个周期和渴望减少接触深度测量法。这也反映了需求减少抽样误差的测量速度场。根据方程(3.2.1)和(3.2.2),这个建议深度速度变化最小,因为涡流能量随深度的证据是上1或2公里,上层海洋是可以避免的。因为这是一个大胆的决定,而不是集中在水平的内在兴趣,这使全球数组的成功依赖于它能够协助解释post-WOCE水文学。
在北太平洋中间深度施密茨(1988)发现,涡流速度下降从大约10 cms-1黑潮附近3 cms-1东约2000公里,他们减少深度超过1500米。罗斯比et al。(1983)从迄今为止,浮动轨迹的分析发现,积分时间尺度是一个相对稳定10天,而去骨(1988)分析了较大的浮动数据发现色彩成反比紫外线和紫外线是10 cms-1时约为8天。这些估计基本上同意西方边界电流,导致四年记录被要求减少抽样误差1厘米的s - 1在强10厘米s - 1的变化。内部两个实证法律发散和预测范围在2.5和7.5之间多年的记录达到3 mms-1准确性。因此全球数组的抽样要求确定已知的运动水平在500公里规模可以归结为获得5年记录每500公里500公里的地区,这意味着1000年浮动与5年分布在无冰的海洋生活。
WOCE浮项目的设计的一个方面值得评论是统一部署漂浮的目标,而不是集中在特殊区域如西方边界电流。这部分设计反映了这样一个事实:集中部署在强电流不是非常有效,因为浮正迅速席卷该地区的利益。当长期平均水平寻求以合理的成本必须依靠新的浮动被招募进别人感兴趣的地区尽快退出,这要求部署到源水漂浮的当前以及当前本身。另一个更微妙的原因寻求统一的采样数组偏差的平均速度测量非均匀拉格朗日阵列涡流场。正如示踪剂扩散浓度梯度,有平均运输漂浮的地区,平均而言,有高浓度的花车平均浓度较低的地区。如果C是浮动浓度平均值用于查找的时间平均速度U,那么意味着漂浮速度将是错误的
(戴维斯,1991)。想象漂浮部署优先进入强电流,这样漂浮的平均浓度超过200公里大约翻了一番。一个典型的边界的K O (4 x 103 m2s-1)将导致重大2 cms-1 cross-stream float-measured均值误差流。
扩散的偏见是一个quasi-Lagrangian浮动抽样的特点:因为被测速度决定了样品的位置,观察到的速度可能不是典型的字段作为一个整体。经典的斯托克斯漂移的粒子在材料表面表面波场是这种现象的一个例子。因为时间或area-averaged速度测量表面不同于表面的平均深度的平均速度,因为浮倾向于延长向前流动比下回流下波峰波谷,漂浮的平均速度可以不同于欧拉平均速度。事实上最近理论讨论(例如绅士和威廉姆斯,1990)表明,被动的示踪剂的适当的平流速度一层厚度h
UADV = U + < U是什么' > / < h > (3.2.5)
其中U是欧拉平均速度和质数代表波动的意思。漂浮,垂直流体(然后non-diffusive示踪剂)在UADV等压浮动时,应对斯托克斯漂移过程的一部分,但不是全部,将遵循既不是你也不是UADV没错。在大多数今天的浮动阵列采样噪声可能掩盖了这些影响相对较小,但比较拉格朗日和欧拉意味着速度最终可能是最直接的方式来测试理论参数化UADV - U。
除了抽样偏差,pseudo-Lagrangian观测可以更难以解释比同等数量的定位时间序列。因为时间和空间改变单一的浮动沿轨迹是不可分割的,成功的分析从浮动数据变化的关键取决于拥有足够高的采样密度来确定空间和时间结构。中颞可变性几大的区域,欧拉测量(如系泊)更有效地确定颞可变性比几个花车。另一方面,浮动的流浪的性质轨迹消除了地形偏见可以混淆停泊观察和浮动非常有效的映射空间结构如果时间变化很小。
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