The Oceanic Thermohaline Circulation: An Introduction

گردش ترموهالین اقیانوسی: مقدمه

هندریک ام. ون آکن

موسسه رویال هلند برای تحقیقات دریا، گروه اقیانوس شناسی فیزیکی، تکسل، هلند

P>

در این کتاب جنبه های مختلف گردش گرماهای اقیانوسی، حالت غالب واژگونی نصف النهار گردش جهانی اقیانوس، ارائه شده است. به طور کلی فرض می شود که بخشی از گردش اقیانوس توسط شیب های چگالی نصف النهاری در اقیانوس، مربوط به تفاوت در دما و شوری هدایت می شود. این گردش اغلب به عنوان یک فرآیند کلیدی برای حمل و نقل گرمای نصف النهار جهانی و یک عامل غالب در تغییرات سریع آب و هوا در نظر گرفته می شود. موضوعات ارائه شده در این کتاب، جنبه‌های ترمودینامیک آب دریا و دینامیک سیالات ژئوفیزیکی است که برای درک این سیستم کنونی مهم است، روش‌های پایه هیدروگرافی مشاهده‌ای برای مطالعه گردش ترموهالین و شرح گردش ترموهالین بر اساس شواهد مشاهده ای این شامل گردش عمیق در حوضه های پرتگاه، بالا آمدن عمیق جهانی، جریان بازگشت کم عمق به عرض های جغرافیایی بالا، و تشکیل و فرود توده های آب عمیق با چگالی بالا در این مناطق سرد است. مدل‌های نظری برای ساختار جانبی گردش آب، بالا آمدن عمیق، اختلاط آشفته و انرژی مورد نیاز گردش ترموهالین مورد بحث قرار می‌گیرد. در صورت امکان، شواهد مشاهده ای برای چنین مدل هایی نیز ارائه می شود. با استفاده از مدل های بسیار ساده یک بعدی و جعبه ای ایده هایی با توجه به رابطه بین شرایط مرزی در فصل مشترک اقیانوس-اتمسفر و استحکام و پایداری سرعت واژگونی گردش ترموهالین و همچنین اصول اولیه برای فرمولاسیون مدل های پیچیده تر از گردش ترموهالین در دو و سه بعدی. رابطه بین تنوع آب و هوا و گردش ترموهالین با نتایج شبیه‌سازی‌های کامپیوتری و همچنین با شواهد دیرین اقیانوس‌شناسی نشان داده شده است.

برای دسترسی به این کتاب برای دانش‌آموزان با سوابق مختلف، ریاضیات استفاده شده در این کتاب کاملاً ساده است. فقط مقداری دانش اولیه از محاسبه دیفرانسیل و انتگرال مورد نیاز است. داده‌های مشاهده‌ای در مورد گردش ترموهالین، که در این کتاب ارائه شده‌اند، عمدتاً از آزمایش‌های اقیانوس‌شناسی اخیر، به‌ویژه مشاهدات جمع‌آوری‌شده در طول آزمایش‌های گردش جهانی اقیانوس از دهه 1990 مشتق شده‌اند. آدرس‌های وب جهانی، جایی که این داده‌ها را می‌توان یافت، نیز برای تشویق خوانندگان به دانلود داده‌ها برای تمرین و تجزیه و تحلیل بیشتر آورده شده است.

این کتاب برای استفاده دانشجویان پیشرفته در مقطع کارشناسی و کارشناسی ارشد در نظر گرفته شده است. در اقیانوس شناسی فیزیکی، اقلیم شناسی، جغرافیا و علوم محیطی، دیرین اقیانوس شناسی، زیست شناسی دریا و شیمی دریا. باید شکاف بین اکثر کتاب های درسی اقیانوس شناسی عمومی و مقالات تخصصی در مجلات علمی را پر کند.

The Oceanic Thermohaline Circulation: An Introduction

Hendrik M. van Aken

Royal Netherlands Institute for Sea Research, Department of Physical Oceanography, Texel, The Netherlands

In this book different aspects of the oceanic thermohaline circulation, the dominant meridionally overturning mode of the global ocean circulation, are presented. That part of the ocean circulation is generally assumed to be driven by the meridional density gradients in the ocean, related to differences in temperature and salinity. This circulation is often considered to be a key process for the global meridional heat transport and a dominant factor in rapid climate change. The topics, presented in this book, are the aspects of thermodynamics of seawater and geophysical fluid dynamics that are important for the understanding of this current system, basic observational hydrographic methods to study the thermohaline circulation, and a description of the thermohaline circulation, based on observational evidence. This includes the deep circulation in the abyssal basins, global deep upwelling, the shallow return flow to high latitudes, and the formation and descent of high-density deep water masses in these cold regions. Theoretical models for the lateral structure of the abyssal circulation, the deep upwelling, turbulent mixing and energy requirements of the thermohaline circulation are discussed. Wherever possible, observational evidence for such models is also presented. With the use of very simple one-dimensional and box models ideas with regard to relation between the boundary conditions at the ocean-atmosphere interface and the strength and stability of the overturning rate of the thermohaline circulation are presented, as well as the basics for the formulation of more complex models of the thermohaline circulation in two and three dimensions. The relation between climate variability and the thermohaline circulation is illustrated with the results of computer simulations as well as with paleoceanographic evidence.

To make this book accessible for students with a variety of backgrounds, the mathematics used in this book is kept quite simple. Only some basic knowledge of differential and integral reckoning is required. The observational data on the thermohaline circulation, presented in this book, are mainly derived from recent oceanographic experiments, in particular observations collected during the World Ocean Circulation Experiments from the 1990s. The World Wide Web addresses, where these data can be found, are also given, to encourage the readers to download data for practice and further analysis.

This book is intended to be used by advanced undergraduates and graduate students in physical oceanography, climatology, geography and environmental sciences, paleoceanography, marine biology and marine chemistry. It should fill the gap between most textbooks on general oceanography and the specialized papers in scientific journals.