GAMBAR 100  the slopes in (b) are e

GAMBAR 100

 
the slopes in (b) are exaggerated! From the first thermal wind equation (8.14)
and with dv/dz = 0 we have/i? (dp/dz) = — g (dp/êx); horizontal gradients of
density and corresponding isopycnal slopes arise from vertical variations of
density associated with compression effects. In the Boussinesq approximation
we neglect density variations on the left-hand side and would get dp/dx
= dp/dy = 0 in the barotropic case; as we shall see these gradients and
corresponding isopycnal slopes are very small compared with those that occur
in baroclinic cases, so the approximation is reasonable. Alternatively, we could
use potential density, or at when it is a suitable approximation, which would be
constant in the barotropic case.
In the baroclinic case, there is no simple relation between the isobars and
isopycnals. From the geostrophic equation (8.6) the slopes of isobars are
proportional to the velocity. From the thermal wind equation (8.14) the
horizontal density gradients and corresponding isopycnal slopes are proportional
to d V/dz, the variation of velocity with depth change or the vertical
shear. Note that if density decreases to the right then the isopycnals will slope
down to the right.
Consider first the simplest idealization of baroclinic flow—a two-layer
system with the upper layer moving and the lower layer stationary. The upper
layer has constant potential density px and the lower layer has constant
potential density p2. In Section 9.14.2 we show that the slope of the interface
between the two layers (the isopycnal) = — pi/(p2 — Pi) times the slope of the
surface (an isobar). Thus in this simple case, the isopycnal slope is opposite in
sign to the isobaric slope. The magnitude of the isopycnal slope is about 1000
times that of the isobaric slope since (p2 — Pi) — 1 kgm"3 and pl
~ 1000 kgm"3 for a model of the ocean. This situation is illustrated in Fig.
8.9(c). Note again that the slopes are much exaggerated, with the isobaric slopes
and isopycnal slopes in the upper layer being much more exaggerated than the
interface slope. One can also consider case (c) to be a combination of cases (b)
for the upper layer and (a) for the lower layer. While this model is simplistic and
a bit unphysical, since both p and V have discontinuities at the interface, it does
illustrate that in baroclinic cases isopycnal slopes will be much larger than
isobaric slopes and of opposite sign, at least in part of the flow.
As a more realistic case consider the example of Section 8.43. By linear
interpolation the depth of the at = 27.0 surface is 130 m at station A and 280 m
at station B. Thus it descends 150 m from A to B while the isobars ascend about
0.13 m from A to B. The slopes of at surfaces will differ from the slopes of
isopycnals (density in situ) by the slopes of isobars which are negligible within
the observation errors, so we can use at slopes to represent isopycnal slopes.
The value at — 27.7 is found at 570 m at station A and at 750 m at station B for
a drop of about 180 m. In both cases the isopycnal slopes are opposite in sign
and about 1000 times the size of the isobaric slopes. However, at 100 m the
isopycnal is level within observation error and above 100 m the isopycnals
90 INTRODUCTORY DYNAMICAL OCEANOGRAPHY
slope the same way as the isobars because u decreases with height above 100 m.
For example, ot = 26.8 is at a depth of about 50 m at station A and must reach
the surface before station B, so the slope is greater than 50 m in 50 km. Overall,
the isopycnal slopes are opposite in sign and much larger in size than the
isobaric slopes.
We see from this example that the horizontal density gradients and
corresponding isopycnal slopes are large enough to be observed whereas the
pressure gradients and isobar slopes are too small to observe, except perhaps by
satellite altimetry for strong currents (since the expected accuracy of ± 0.1 m is
comparable to the true height variations over much of the ocean). Density
differences in the ocean are small and so isopycnal slopes are magnified from
isobaric slopes by the factor p/Ap. If we could measure density only to the same
accuracy as pressure and depth (about 1 in 103) we would not be able to detect
the isopycnal slopes either. Fortunately we can measure density changes,
through salinity and temperature, to higher accuracy (about ± 5 in 106) or
0.005 in óí If we could measure depth and pressure differences to 1 in 105 we
could use the pressure field to get the relative velocity field directly. Finally, if
we could establish the sea surface level to ± 1 cm in 100 km we could get the
absolute velocity field to ± 1 cm s"1 at mid-latitudes but this ability seems
unlikely in the foreseeable future.
Figure 8.10(d) shows a somewhat more realistic example similar to that of
Subsection 8.43 but without the decrease of V above 100 m. Note that unlike
the previous figures the exaggerations of the p and p slopes are different, i.e. p
by ^ 105 and p by 103, to illustrate that p slopes are greater although we cannot
show the 1000:1 ratio of the ocean. In this case, p slopes due to pressure effects
are too small to show compared with the slopes associated with the velocity
shear in the vertical. In the upper part of the flow, Vis large and independent of
z. The pressure surfaces are parallel and slope up to the right (slope in figure
~ 10" true slope ^ 10"6). The p surfaces are level (actual slopes with this
exaggeration would be 10" 3 and true slopes 10" 6). When the velocity begins to
decrease with depth, the isobar slopes gradually decrease to the level of no
motion. The isopycnal slopes are large at first and down to the right where
the shear is large; they gradually decrease to the level of no motion where
d V/dz = 0 as well as V = 0, and there is no discontinuity in either.
If one has a plot of the isopycnal surfaces only (dynamic heights not yet
having been computed) then one must integrate mentally starting from a level
where the motion is expected to be zero or at least small. In Fig. 8.10 (d), starting
at the level of no motion the isopycnal surfaces slope down to the right (light
water on the right) so Vrel must be increasing upward until the isopycnals level
out and V becomes uniform. Since V increases and is into the paper, the isobars
must slope up to the right (opposite to the isopycnals in the region where they
slope down).
Figure 8.11 shows a reasonably realistic and more complicated case. Again








GAMBAR 103

Hasil (Bahasa Indonesia) 1:

GAMBAR 100  lereng di (b) yang berlebihan! Dari persamaan termal angin pertama (8.14)dan dengan dv dz = 0 kami memiliki / saya? (dp/dz) =-g (dp/êx); horisontal gradien darikepadatan dan sesuai isopycnal lereng timbul dari variasi vertikalkepadatan yang terkait dengan efek kompresi. Dalam pendekatan Boussinesqkita mengabaikan kepadatan variasi di sebelah kiri dan akan mendapatkan dp dx= dp dy = 0 dalam kasus barotropic; seperti yang kita akan lihat gradien ini dansesuai isopycnal lereng sangat kecil dibandingkan dengan mereka yang terjadidalam kasus baroclinic, jadi perkiraan wajar. Selain itu, kita bisamenggunakan potensi kepadatan, atau ketika itu adalah pendekatan yang cocok, yang akankonstan dalam kasus barotropic.Dalam kasus baroclinic, ada tidak ada hubungan sederhana antara isobar danisopycnals. Dari persamaan geostrophic (8.6) dapat lereng isobarsebanding dengan kecepatan. Dari persamaan termal angin (8.14)horisontal kepadatan gradien dan sesuai isopycnal lereng yang proporsionald V/dz, variasi kecepatan dengan kedalaman perubahan atau vertikalgeser. Perhatikan bahwa jika kepadatan menurun ke kanan kemudian isopycnals akan lerengke kanan.Mempertimbangkan dulu idealization sederhana aliran baroclinic — dua lapisan-lapisansistem dengan lapisan atas bergerak dan lapisan bawah stasioner. Ataslapisan memiliki kepadatan potensi konstan px dan lapisan bawah memiliki konstanpotensi kepadatan p2. Di bagian 9.14.2 kita menunjukkan bahwa lereng antarmukaantara dua lapisan (isopycnal) =-pi /(p2 — Pi) kali lerengpermukaan (isobar). Jadi dalam hal ini sederhana, lereng isopycnal berlawanan dalammasuk ke lereng isobaric. Besarnya lereng isopycnal adalah sekitar 1000kali lereng isobaric sejak (p2 — Pi) — 1 kgm "3 dan pl~ 1000 kgm "3 untuk model laut. Situasi ini diilustrasikan pada gambar.8.9(c). Sekali lagi bahwa lereng yang jauh berlebihan, dengan lereng isobaricdan isopycnal lereng pada lapisan atas menjadi jauh lebih berlebihan darilereng antarmuka. Satu juga dapat mempertimbangkan kasus (c) menjadi kombinasi kasus (b)untuk lapisan atas dan () untuk lapisan bawah. Sementara model ini sederhana danagak unphysical, karena p dan V memiliki diskontinuitas di antarmuka, memangmenggambarkan bahwa dalam baroclinic kasus isopycnal lereng akan jauh lebih besar daripadaisobaric lereng dan tanda berlawanan, setidaknya sebagian dari aliran.Sebagai kasus lebih realistis pertimbangkan contoh bagian 8. 43. Oleh linierinterpolasi kedalaman dari di = 27,0 permukaan yang 130 m di Stasiun A dan 280 mdi Stasiun B. Dengan demikian turun 150 m dari A ke B sementara naik isobar tentang0,13 m dari A ke B. Lereng di permukaan akan berbeda dari lerengisopycnals (kepadatan di situ) oleh lereng isobar yang diabaikan dalamkesalahan pengamatan, sehingga kita dapat menggunakan pada lereng untuk mewakili lereng isopycnal.Nilai di — 27,7 ditemukan di 570 m di Stasiun A dan 750 m di Stasiun B untuksetetes sekitar 180 m. Dalam kedua kasus lereng isopycnal berlawanan dalam tandadan sekitar 1000 kali ukuran dari lereng isobaric. Namun, pada 100 misopycnal adalah tingkat dalam pengamatan kesalahan dan di atas 100 m isopycnals90 OSEANOGRAFI DINAMIK PENGANTARlereng dengan cara yang sama sebagai isobar karena u menurun dengan ketinggian di atas 100 m.Sebagai contoh, PL = 26.8 pada kedalaman sekitar 50 m di Stasiun A dan harus mencapaipermukaan sebelum Stasiun B, jadi lereng lebih besar dari 50 m di 50 km. secara keseluruhan,lereng isopycnal yang berlawanan dalam tanda dan banyak lebih besar dalam ukuran darilereng isobaric.Kita lihat dari contoh ini bahwa gradien horisontal kepadatan dansesuai isopycnal lereng cukup besar untuk diamati sedangkangradien tekanan dan lereng isobar yang terlalu kecil untuk mengamati, kecuali mungkin denganaltimetry satelit untuk arus yang kuat (karena keakuratan diharapkan ± 0.1 msebanding dengan variasi ketinggian benar lebih banyak dari laut). Kepadatanperbedaan di laut kecil dan sehingga isopycnal lereng yang diperbesar darilereng isobaric oleh faktor p/Ap. Jika kita bisa mengukur kepadatan hanya untuk samaakurasi sebagai tekanan dan kedalaman (sekitar 1 di 103) kita tidak akan mampu mendeteksiisopycnal lereng baik. Untungnya kita dapat mengukur kepadatan perubahan,melalui salinitas dan suhu, akurasi yang lebih tinggi (sekitar ± 5 di 106) atau0.005 dalam óí jika kita bisa mengukur kedalaman dan tekanan perbedaan hingga 1 di 105 kamibisa menggunakan bidang tekanan untuk mendapatkan bidang kecepatan relatif langsung. Akhirnya, jikakita bisa membangun tingkat permukaan laut untuk ± 1 cm dalam 100 km kita bisakecepatan mutlak bidang ± 1 cm s "1 pada pertengahan lintang tetapi kemampuan ini tampaknyamungkin di masa depan.8.10(d) gambar menunjukkan contoh yang agak lebih realistis miripAyat 8. 43 tetapi tanpa penurunan V di atas 100 m. Perhatikan bahwa tidak sepertisebelumnya angka membesar-besarkan p dan p lereng berbeda, yaitu poleh ^ 105 dan p oleh 103, untuk menggambarkan p lereng lebih besar meskipun kita tidak bisamenunjukkan rasio Samudra 1000: 1. Dalam kasus ini, p lereng karena efek tekananterlalu kecil untuk menunjukkan dibandingkan dengan lereng terkait dengan kecepatangeser di vertikal. Di bagian atas aliran, Vis besar dan independenz. permukaan tekanan adalah paralel dan lereng ke kanan (kemiringan dalam gambar~ 10" benar lereng ^ 10"6). Permukaan p adalah tingkat (sebenarnya lereng dengan iniberlebihan akan 10" 3 dan benar lereng 10" 6). Ketika kecepatan mulaimengurangi dengan kedalaman, lereng isobar secara bertahap mengurangi tingkat nogerak. Lereng isopycnal besar pada awalnya dan ke tempat yang tepatgeser besar; secara bertahap mengurangi tingkat tidak ada gerakan manad V dz = 0 serta V = 0, dan ada diskontinuitas tidak baik.Jika seseorang memiliki sebidang permukaan isopycnal hanya (ketinggian yang dinamis belummemiliki telah dihitung) maka salah satu harus mengintegrasikan mental mulai dari tingkatmana gerak diharapkan menjadi nol atau setidaknya kecil. Dalam gambar 8.10 (d), mulaipada tingkat tidak ada gerakan isopycnal permukaan lereng ke kanan (cahayaAir di sebelah kanan) jadi Vrel harus meningkatkan ke atas sampai tingkat isopycnalskeluar dan V menjadi seragam. Karena V meningkat dan menjadi kertas, isobarharus kemiringan ke kanan (berlawanan isopycnals di wilayah mana merekakemiringan ke bawah).8.11 gambar menunjukkan kasus cukup realistis dan lebih rumit. LagiGAMBAR 103