跨赤道流动中的对流边界层现象: 比例关系、动力学与理想模型
大气与海洋物理
2026-03-10 v1
摘要
传统的热带边界层Ekman模型忽略了非线性动量迁移，在赤道附近失效，因为这里的科罗拉斯效应较弱。南亚季风启动期间，我们识别到了向对流边界层(ABL)的动力学范畴迁移。再分析数据将这一迁移联系到赤道面上流加剧时，z向动量平衡从摩擦力控制转为纬向迁移控制，伴随局部Rossby数增大和绝对涡旋消失，这标志着Ekman平衡的失效。比例分析表明，这一转变发生在地势和z向风的纬向长度尺度收缩至其乘积接近时。在 resulting ABL范畴中，动能由其生成与迁移之间的平衡支配，导致纬向地势梯度与纬向风速之间呈线性诊断关系。一个简单的理论模型预测，此关系的灵敏度由一个对流时间尺度控制，该时间尺度在转变纬度处等于惯性时间尺度()，此时z向和纬向风速相近。将这一框架在理想的海洋行星实验中进行测试，确认更大的跨赤道压力梯度和较慢的行星自转速率会放大对流效应，并将转变纬度向南移。跨所有实验，纬向风对地势梯度的灵敏度始终与转变纬度处的紧密相关。综上，这些结果确立了ABL作为一种独立的动力学范畴，对于季风启动、季内变率以及气候模型中热带边界层过程的表征都具有重要意义。
引用
@article{arxiv.2603.08550,
title = {Emergence of an Advective Boundary Layer in Monsoon Cross-Equatorial Flow: Scaling, Dynamics, and Idealized Models},
author = {Rajat Masiwal and Ashwin K Seshadri and Vishal Dixit},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.08550},
year = {2026}
}