大气和海洋的平均状态是通过外部强迫(辐射、风、热量和淡水通量)与产生的湍流之间的平衡来确定的,湍流将能量转移到耗散结构。这种强迫在大气中产生喷流,在海洋中产生洋流,这些涡流通过斜压不稳定性自发地形成湍流涡流。气候理论发展的一个关键步骤是正确地纳入涡流引起的热量、水分和碳等特性的湍流输送。在线性阶段,斜压不稳定性在罗斯贝变形半径处产生流动结构,罗斯贝变形半径在大气中的长度为 1,000 公里量级,在海洋中为 100 公里量级,分别小于行星尺度和海洋盆地的典型范围。因此,温度等特性的大尺度梯度与随机平流温度的小涡流之间存在尺度分离,从而引起有效扩散。数值解表明,只要大气和海洋底部有足够的阻力,这种尺度分离就会在强非线性湍流状态下保持下去。我们计算了控制与斜压湍流相关的涡流驱动输送的尺度定律。首先,我们为以前研究中报告的经验尺度定律提供了理论基础,适用于底部阻力定律的不同公式。其次,这些尺度定律为准确的局部闭合提供了重要的第一步,以预测斜压湍流对大气和海洋大尺度温度分布的影响。
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