大气实验模板

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1、天气学原理课程实验报告实验名称埃克曼层的模拟系别大气科学姓名刘一二学号2011011075班级大气112班实验地点6102实验口期2013年12月31日评分指导老师王伟同组其他成员一、实验内容(含实验原理介绍)：1.实验原理：(1)埃克曼层：离地面2m以内的区域称为底层；从2m到100m的区域称为下部摩擦层；从100m到2kni的区域称为上部摩擦层，乂称为埃克曼层(Ekman)层；底层和下部摩擦层总称为地表层或地面边界层，三个区域总称为摩擦层或大气边界层，再往上地面摩擦就不起作用了(称为自由大气层)。(2)辐合辐

2、散现象：因为地面加热作用，造成气层不稳定以及高原上盛行的低涡、切变线等天气系统造成系统性的运动称为辐合上升运动。气流辐合上升中的“辐合”指的是气流从四周向中心流动，如梁气流从中心向四周流动叫辐散。这是要看这一地区形成的是低压中心还是高压中心了，如果为低压中心，气流是从四周高压流入中心低压的，就产生了气流辐合上升。如果为高压中心,则产生辐散下沉则，特征是在气团均匀地散在某一地区上空，常伴有晴朗干燥天气.(3)原理：埃克曼层是流体中气压梯度力、科氏力和湍流粘性力三力平衡的一层。上面图片中，向北的风产生一个表面应力，并

3、在它下面的水柱中产生埃克曼螺旋。2.实验步骤：1.准备直径40un,高60cni的圆形水槽，并灌满水。2.首先，在非旋转状态下，在静止的圆柱形容器中滴入红墨水，观察流体扩散情况。通过观察，红墨水迅速扩散，与水混合为一体，这与扩散现象的一般规律一致。3.将盛满水的圆柱形容器放在一个转台上，打开转台，将转速调整至转速＞10转/分。整个容器随转台一起绕其中心旋转，直至流体与转台同步，形成旋转“静止”或“刚化”。为了识别“刚化程度”，可在转台匀速转动一段吋间后，将一小纸片抛入容器中，若观察小纸片与转台旋转同步，此时容器内

4、的水已被基本刚化。4.在保持转台转动的同时往圆柱形容器中放入高锰酸钾颗粒，观察流体扩散情况。5.待流体扩散呈现出稳定的帘状漩涡后，调低或关闭转台的转速，观察流体扩散情况。6.在转台水槽中放置一小块石头，充当高大地形作用，模拟青藏高原，重复上述步骤，观察流体扩散情况。1.在水面上均匀撒上纸屑，观察水面上的纸屑的运动轨迹。二、实验R的：通过用可见的旋转流动的水流来模拟埃克曼层的实验，了解坎克曼层的基本情况，观察埃克曼层的辐合辐散以及地形对大气环流的影响，加深对埃克曼层的概念和原理的理解。三、涉及实验的相关情况介绍（包

5、含使用软件或实验设备等情况）:转盘，高锰酸钾颗粒，水，纸屑，石头。四、实验结果（含程序、数据记录及分析和实验总结等，可附页）：埃克曼层数学表达的假定是在屮立分层流体中，水平方向上压力梯度力、科氏力和湍流粘性力三力平衡。其中是扩散涡粘度，可由混合长度理论导出。边界条件埃克曼层理论适用于许多地区，包括大气层底部（接近地球表面和海洋），大洋底部（海床附近）和表层海水（海气界面附近）。不同地区有不同的边界条件。不面考虑埃克曼层在表层海水的边界条件：其中7是海洋上方表面风或冰层的应力。在之一^O0:«=Ug3V=v3其中和

6、％是地转流。实验结果：模拟埃克曼层非常困难，因为埃克曼层上层和下层的流体运动并不是一定的，而用转盘模拟时,上下水流流速一致，因此模拟实际情况很困难，并且误差很大。另外，加快转盘转速水流呈现辐合;减速呈现辐合减弱，相对辐散。