1、大洋熱鹽環(huán)流(Thermohalinecirculation，簡稱THC)是主要存在于北大西洋的深海環(huán)流，熱鹽環(huán)流對全球經(jīng)向水和熱平衡具有重要的作用，是影響長期氣候變化的一個重要因素。研究認為熱鹽環(huán)流的穩(wěn)定性和多平衡態(tài)問題和全球氣候的突變有著密切的聯(lián)系，也對我國長期氣候變化有著顯著影響，所以深刻認識影響熱鹽環(huán)流的穩(wěn)定性因素和年代際變化是當(dāng)前的一個研究重點。 本文首先從理想的盒子模型出發(fā)，對影響環(huán)流的淡水通量因素做了深入探討。為此

2、，我們先系統(tǒng)地給出了當(dāng)前存在的多種不同形式的盒子模型，并探討了模型之間的內(nèi)在聯(lián)系。用非線性最優(yōu)擾動方法研究了熱鹽環(huán)流的非線性穩(wěn)定性和年代際變率問題。我們的主要工作和結(jié)論有；1、區(qū)分了淡水通量和鹽分通量兩類不同類型的擾動，并且指出它們在非線性反饋機制中所扮演的不同角色。2、我們利用非線性最優(yōu)擾動給出了非線性的穩(wěn)定性分區(qū)圖。當(dāng)擾動大于臨界擾動時，就會發(fā)生非線性失穩(wěn)現(xiàn)象。3、我們給出了非線性反饋機制的框圖，它形象地說明了淡水通量擾動在通過抑制

3、水平環(huán)流，從而進一步放大擾動的非線性過程。4、在對非線性擾動恢復(fù)的研究中，我們發(fā)現(xiàn)鹽分類型的擾動時間存在非線性飽和現(xiàn)象。這是一個新的現(xiàn)象，它的產(chǎn)生機制是由于擾動的線性增長和非線性衰減兩種因素競爭的結(jié)果。上述關(guān)于盒子模型的研究結(jié)果表明：淡水通量擾動是可能導(dǎo)致長期氣候變化的一個關(guān)鍵因素。 本文的第二部分則考慮更為復(fù)雜的二維模型。我們首先考慮風(fēng)應(yīng)力驅(qū)動的流動是否能形成和當(dāng)今大尺度熱鹽環(huán)流相類似的流場結(jié)構(gòu)。研究內(nèi)容為低高寬比(d=0.1

4、)的矩形腔內(nèi)，由頂部水平動量驅(qū)動的流動，并同時考察了由此流動所導(dǎo)致的溫度分布。我們發(fā)現(xiàn)：受表面動量驅(qū)動的影響，流場形成了上層水體自左而右的順時針流動。在一定的Re數(shù)范圍內(nèi)，動量驅(qū)動流動可以形成如熱鹽環(huán)流的流動圖像和渦胞結(jié)構(gòu)。當(dāng)Re數(shù)增加時候，流場形成多胞結(jié)構(gòu)和熱鹽環(huán)流的大尺度結(jié)構(gòu)不同。雖然動量驅(qū)動流動的流場結(jié)構(gòu)和熱鹽環(huán)流相似，但相應(yīng)的溫度分布和實際海洋環(huán)流溫度的分布相差甚遠。由此可見，如果僅僅是考慮風(fēng)應(yīng)力的驅(qū)動，是不會形成當(dāng)今大洋深海環(huán)

5、流的大尺度結(jié)構(gòu)的。 其次，我們討論了在這種狹長的矩形腔內(nèi)的熱對流運動。我們選取Pr=1和Pr=10兩個典型的Pr數(shù)作為基本參數(shù)，探討了流函數(shù)ψ、溫度T、熱通量密度fT等各物理量的分布以及隨Ra數(shù)增加時候的變化規(guī)律。我們發(fā)現(xiàn)：低Ra數(shù)的流動對應(yīng)于線性近似情形，這和理論分析一致。高Ra數(shù)對應(yīng)于邊界層流動，它也和Quon的理論分析一致。我們系統(tǒng)地給出了它們隨Ra數(shù)變化的曲線，總結(jié)了其中的冪率關(guān)系。此外，我們也討論了速度無滑移邊界條件對

6、流動的影響。我們的結(jié)論是：速度無滑移邊界條件對速度和流量影響很顯著，對流場形態(tài)和上表面的熱通量密度影響不明顯。這說明采用熱通量密度來度量比流函數(shù)來度量熱鹽環(huán)流強度也許更妥當(dāng)。 最后，我們對二維模型做了相應(yīng)的理論分析。指出在不同的參數(shù)范圍下，流動呈不同的冪次規(guī)律。雖然對流動冪律的研究結(jié)果尚有矛盾之處，我們的結(jié)果表明，這也許是由于參數(shù)所在區(qū)間不同所導(dǎo)致的。 總之，本文的研究揭示了非線性因素對熱鹽環(huán)流變化的作用，對理解古氣候變