海洋中的罗斯比波是如何形成的?

Question

所以在陆地上，我认为它们形成的一个因素是由于陆地和海洋之间表面加热的不均匀性(以及由于落基山脉等地形影响而导致的表面加热的不均匀性)。

但是在海洋中，我们看不到这种不均匀性呢?罗斯比波在海洋中的形成和运动与在陆地上的有什么不同?

Answer 1

首先，海洋中的不均匀性实际上是相当普遍的。在水平和垂直方向上都存在密度梯度，这些梯度导致了海洋斜压环流。海洋中的密度梯度是由盐度和温度差异引起的。

罗斯比波在海洋中很常见。它们沿着纬度线传播，沿赤道传播的波是最明显的例子，也是研究得最彻底的。就像大气中的罗斯比波一样，它们的形成和传播与(潜在)涡度(旋转运动，角动量)的守恒有关。一团水有两个涡度来源:它自身的自旋和行星的自旋。当一团水穿过一条纬度线时，它的行星旋转(行星涡度)会发生变化(因为科里奥利效应与纬度有关)，为了保持涡度，它会改变自己的旋转(相对涡度)。水团倾向于绕原纬度来回摆动，形成波浪状运动。罗斯比波的特点是向西相速度(波峰的相速度)。

Answer 2

再加上aretxabaleta的出色回答:

这就是向东流动在深度阶跃变化时发生的情况。请注意，波浪模式是从上面看到的，由于台阶和潜在涡度的守恒(以及它在北半球的事实)，它转向了右边。类似于一个粒子在浮力场中从它的平衡状态中移开，这个粒子向它的新平衡点的纬度方向转向。然而，由于它的动量，它超过了平衡纬度。当它返回时，同样的事情会发生，以此类推，直到永远(以线性形式)，这样就产生了波的起源。

(从茶室)

Answer 3

首先，罗斯比波不仅在海洋中形成，而且在大气中(甚至在岩浆中)也会形成。这是旋转行星上流体的一个特征。

也许你可以通过欣赏(内部)重力波和罗斯比波之间的类比来理解罗斯比波。

地流体的两个明显特征是分层和(微分)旋转。分层，或密度的垂直变化，产生内部重力波。类似地，微分旋转(或旋转的变化)产生(正压)罗斯比波。在不知道坐标的情况下，通过观察下图中的示踪剂(温度、密度等)场很难识别它们的差异。

当流体包向上/向下驱替时，密度随高度的垂直降低会产生恢复力;同样，当一个包裹向北/向南移动时，经向增加的旋转也会产生恢复力。因此，由于这些恢复力，流体包不能在垂直和子午线方向上自由移动(您可能已经注意到旋转行星上许多物体的轮廓是水平线或地带线)。这种恢复力实际上分别产生了内部重力波和罗斯比波。势温梯度(质量密度)和势涡梯度(旋转密度)是对恢复力的测量。