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埃克曼螺線
鎖定
- 中文名
- 埃克曼螺線
- 外文名
- Ekman spiral
- 所屬學科
- 動力氣象學
- 研究對象
- 大氣
- 創始人
- V.W.埃克曼
- 提出時間
- 1905年
埃克曼螺線定義
在摩擦層中風隨高度的變化,既受摩擦力隨高度變化的影響,又受氣壓梯度力隨高度變化的影響。假若各高度上的氣壓梯度力都相同,由於摩擦力隨高度不斷減小,其風速將隨高度增高逐漸增大,風向隨高度增高不斷向右偏轉(北半球),到摩擦層頂部風速接近於地轉風,風向與等壓線相平行。
根據理論計算和實測資料,可以得到北半球摩擦層中在不考慮氣壓梯度力隨高度改變時,風隨高度變化的圖像(如圖1)。圖中V1、V2、V3⋯代表自地面起各高度的風向、風速矢量,接連各風矢量終點的平滑曲線,稱為埃克曼螺線(Ekman spiral),是風速矢端跡圖。
[1]
埃克曼螺線研究起源
瑞典海洋物理學V.W.埃克曼於1905年提出了描寫邊界層內風矢隨高度變化的一種模式分佈,按此模式風向隨高度增大而向右轉(北半球),風速隨高度增加而增大,不同高度的風矢末端的連線為一螺線。他提出的經典解法,給出了埃克曼層風速隨高度分佈方程的分析解,並且根據分析解畫出了埃克曼螺線。
[2]
埃克曼螺線實測結果
如圖 2所示,不同的的地轉風速下,地轉風速ug越大,整個邊界層風速各分量越大。埃克曼螺線是一種理想的風廓線,實際大氣要複雜一些,實測結果表明,上部摩擦層中的風分佈基本上符合埃克曼螺線。
[3]
在埃克曼層中,實際風矢的鉛直分佈是很複雜的。一般單次實測的結果和埃克曼螺線不盡一致,只有多次實測資料的平均結果才和埃克曼螺線的模式相近。 產生這種偏差的原因較多,例如:風場和温度場在水平方向不均勻時,地轉風將隨高度變化;在不同的高度,湍流交換系數K不是常數。為此,對K 隨高度的變化、地轉風隨高度變化的影響等進行了許多研究,改善了埃克曼的結果,但問題還沒有完全解決。