. (7.65)
Интегрируя это уравнение по , и используя, что
на поверхности океана при
, находим
(7.66)
Подставляя (7.64) и (7.66) в (7.55), получаем после несложных преобразований
(7.67)
Для того чтобы (7.64)
действительно было решением, все коэффициенты при различных функциях переменной
в (7.67) должны по отдельности обращаться
в нуль. Это означает, что каждый из коэффициентов перед функциями
должен обращаться в нуль. Рассмотрим
сначала коэффициент при
. Он равен нулю, когда
. (7.68)
Если , т.е.
бароклинное поле не равно тождественно нулю, то
не
зависит от долготы. Таким образом,
. Коэффициент при
также должен быть нулем, откуда с учетом (7.68)
следует
. (7.69)
Аналогично обращение в нуль коэффициентов
при дает соответственно
, (7.70)
(7.71)
Для выполнения условий (7.69)
и (7.70) необходимо, чтобы либо и
одновременно не зависели от
, либо
, (7.72)
где -
произвольная константа. В первом случае поле давления не зависит от долготы и
в точности равно нулю. Это в свою очередь
означает, что
для всех
.
Тогда у дна океана должен тогда образовываться экмановский пограничный слой,
компенсирующий эту вертикальную скорость. Чтобы такой экмановский слой
существовал, необходима большая (порядка
)
зональная скорость во внутренней области. Однако если
равно
, то это невозможно, и таким образом,
должно выполняться (7.72). Отсюда в свою очередь следует, что вертикальный
масштаб для термоклина дается формулой
,
согласно которой глубина термоклина
уменьшается при приближении к экватору, что качественно согласуется с
наблюдениями. Если не равно нулю, то
содержит слагаемое, линейно зависящее от
. В баротропном океане именно такое
слагаемое создает растяжение вихревых трубок, приводящее к возникновению
меридионального движения. В случае стратифицированного океана, когда ищется
решение для
, асимптотически стремящееся к
фиксированному значению при
, мы должны выбрать
не зависящее от
,
что приводит к чисто зональной баротропной скорости. Если на больших глубинах
зональная скорость обращается в нуль на меридиональной (скажем, на восточной)
границе, то
само должно равняться нулю для всех
и
. Мы ограничимся
поэтому чисто бароклинным решением, т.е. положим
. Из условия (7.62) при
получаем
, (7.73)
откуда находим функцию :
. (7.74)
Таким образом, решение уравнений теории термоклина имеет вид
(7.75)
при условии, что
,
где - произвольная положительная
константа в силу (7.71)
. (7.76)
Из последней формулы (7.75) следует, что
при скорость
стремится
к асимптотическому значению
, (7.77)
которое с учетом (7.76) можно записать как
. (7.78)
Поскольку
(7.79)
и полностью
определяется заданием
, построенное решение жестко связывает
и
.
Фактически (7.79) есть не что иное, как соотношение Свердрупа, так как интегрирование
по вертикали уравнения (7.52) дает
, (7.80)
откуда с учетом четвертого соотношения (7.75)
следует (7.77). Поскольку меридиональная скорость прямо пропорциональна , соотношение Свердрупа ограничивает
возможные распределения вертикальной скорости на нижней границе экмановского
слоя так, чтобы
было совместно с заданным
градиентом по
температуры на поверхности.
Произвольно может задаваться только одна из функций
и
, другая при этом находится по соотношению
Свердрупа. Искусственная связь между
и
возникает исключительно из-за
предположения об автомодельной формы решения.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.