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热盐环流是全球尺度的海水流动现象，它将低纬度的热量输送到中高纬度地区，热输送总量约占海气耦合系统极向热输送的50％，对全球气候平衡起着至关重要的作用。目前对热盐环流在全球的详细分布还不清楚，对热盐环流的驱动机制是海表浮力强迫驱动还是机械能驱动的问题已经争论了一个多世纪。为了模拟并研究热盐环流，在实验室建立以蒸馏水作为流体介质的水平温差对流实验装置，在对流池顶部使用铝合金制作了三个热交换极板，中间加热两端冷却以模拟海洋在低纬吸热高纬放热。保持冷热极板的温度恒定，发现流体在两侧冷却极板附近下沉，中间流体向两侧补充形成了稳定的环流。用粒子图像测速系统精确测量流体速度场，用热敏电阻温度探头测量热交换极板和极板附近流体边界层的温度差并计算得到每个极板的热通量。通过设定流体初始温度和热交换极板温度的不同组合，发现了两种稳定的环流形式:全贯穿环流和浅环流。在全贯穿环流中，发现流体在冷极板附近的侧边界集中下沉，在底部分为两个分支，一个较小的分支在靠近侧边界处向上运动，到达中部后汇入下沉流形成局部环流，另一个分支沿底部向中心平流，两端下沉流在底部中心汇合后上升，上升流在到达对流池中部后，一部分转而向两端平流汇入下沉流，另一部分从对流池顶部平流到两端，从而形成完整的环流。在浅环流情况下，流体在热极板受热后从对流池顶部平流到冷极板，被冷却后在两侧边界集中下沉;下沉流没有贯穿对流池而是在次表层平流到中部热极板后上升形成浅环流。在一些浅环流的中下层发现了微弱的全贯穿环流，这种环流来自于一端冷极板的下沉流分支，下沉到底部后平流到另一端上升，并与另一端的下沉流分支在对流池中部汇合平流到热极板附近上升。这种环流和前两种相比具有明显的不对称性。
实验中通过对流场的长时间序列采样，发现了下沉流的大尺度相干结构，分析出全贯穿环流中相干结构具有准周期特性，时间周期约为120s。对水平温差对流中相干结构的分析，有助于揭示海洋中大尺度相干结构对热盐环流及气候变化的影响，加深对大洋热盐环流周期性变化的认识。通过精确测量的速度场时间序列和热通量，分析了水平温差对流中的机械能的生成、耗散和能量平衡，得出热能转化为机械能的效率约为10-9～10-11。