考虑有一个足够大的水槽,中间有一个挡板,挡板两侧水面有高度差,如图一所示。 如果把挡板抽走会发生什么? 当没有地转效应的时候,水面最终会和y=0的平均液面高度重合。 当有地转效应的时候,挡板右侧的高水位的水向左侧流动的同时,会受科氏力的影响而转向。随着水的流动,两侧液面的梯度力会减小,而科氏力会增加(因为速度变快),最终达到如图2所示的平衡状态。此时,只有中间区域的水面高度和抽走挡板前的初始状态相比发生改变,而远处的水面高度没有变化,换句话说,只有在一定范围内才有水面的“变形”,这种变形发生的范围,被称作罗斯贝变形半径。 所以罗斯贝变形半径是用来描述地转效应影响范围的一个物理量,其公式为: , where,即约化重力,D是水深,f是科氏力参数。. x5 t8 B5 `/ \
可见,地转效应越弱,罗斯贝半径越大,所以第一种情况中当没有地转效应的时候就相当于f=0,所以罗斯贝半径无限大,整个水槽的水都会“变形”。这也可以解释为什么赤道地区的海洋涡流尺度要大于高纬度地区。 ps:绘制图2的R语言代码: t=seq(-20,20,0.1)
4 q: _2 j% `" { y=atan(.5*t)7 C4 z( d$ j% k. w' u5 [
jpeg("rplot2.jpg", width = 950, height = 950)$ ?; c2 B) h9 Q: |& I2 O
plot(t,y,type="l", xlab="",ylab="", xlim=c(-10,10), ylim=c(-3,3))
/ s9 o7 }$ E7 U7 _& o" a abline(v=0, col="black", lty=2, lwd=1)4 o- z. b+ O8 q' h
abline(h=0, col="black", lty=2, lwd=1)* y0 k$ X4 {$ B) }. d6 A3 d/ l
dev.off() 9 L8 k) l3 ~/ w5 ?
|