考虑摩擦的定常流动

《考虑摩擦的定常流动》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、www.themegallery.com物理海洋学PhysicalOceanography§2海流Chapter2Currentwww.themegallery.com第一节地转流（不考虑摩擦的定常流动）第二节考虑摩擦的定常流动第三节非定常流动§2海流www.themegallery.com§2.2考虑摩擦的定常运动一无限深海漂流二有限深海漂流三底流四非均匀风场的风生流五升降流www.themegallery.comEkman漂流Ekman漂流：由恒速定常的风长时间驱动大尺度、均匀密度的海洋，所产生的处于稳定状态的海流。在远离大洋的深海中，海底对运动没有影响（无底摩擦效应），称为

2、无限深海的漂流。在近岸水域中，海底将产生一定影响（考虑底摩擦效应），称有限深海的漂流。www.themegallery.com一、无限深海Ekman漂流1、假定1）密度分布均匀，为常数。2）定常均匀风场长时间吹3）海区无限广阔无限深，远离海岸4）f-平面近似5）海面无起伏2、方程简化不考虑热盐性质；水平压强梯度项为0；局地项为0；；www.themegallery.com一、无限深海Ekman漂流3、求解取左手坐标系，即z轴向下为正；设风仅沿y轴方向作用，且为恒速无限深海海表风应力边界条件控制方程+边界条件解析解www.themegallery.com一、无限深海Ekman漂流引

3、入复速度和复风应力二阶常系数线性微分方程www.themegallery.com一、无限深海Ekman漂流www.themegallery.com一、无限深海Ekman漂流4、解的讨论引入摩擦深度1）海水运动速度任意深度海面摩擦深度处大小：方向：（风去向右偏）大小：方向：随深度增加，流速逐渐减小，方向逐渐右偏大小：方向：（与海面流向相反）www.themegallery.com一、无限深海Ekman漂流空间结构表层流速最大，流向为风去向右偏45°；随着深度的增加，流速逐渐减小，流向逐渐右偏；至摩擦深度，流速大小是表层的4.3%，流向与表层流向相反，运动可以忽略；连接各层流失量端点

4、，构成Ekman螺旋；Ekman螺旋在水平面上的投影，称为Ekman螺线。www.themegallery.com一、无限深海Ekman漂流2）水平体积输运体积输运方向垂直于风向，在北半球向风去向右偏90°输运。www.themegallery.com一、无限深海Ekman漂流2）垂直湍流产生的水平切应力水平切应力与流速的方向相差45°www.themegallery.com一、无限深海Ekman漂流水平切应力的空间结构任意深度海面摩擦深度处方向：（风去向）方向：随深度增加，切应力逐渐减小，方向逐渐右偏大小：大小：方向：（与海面切应力方向相反）大小：www.themegaller

5、y.com二、有限深海Ekman漂流1、假定1）水深有限深2）其他与无限深海Ekman漂流相同2、方程简化解：与无限深海漂流对比表层流垂直结构体积输运www.themegallery.com二、有限深海Ekman漂流3、解的讨论无限深海：大小表征表层有限深海漂流河无限深海漂流的差别1）表层流yx大小：表层流向与风矢量的夹角：方向：水深越浅，表层流方向越接近于风矢量方向；表面漂流的大小和方向都与无限深海的表层漂流一致www.themegallery.com水深越浅（h越小），漂流随水深度的增加，右偏的角度越小；水深很浅的海洋里，漂流从表层到底层几乎都沿着风矢量方向流动；水深越深，漂

6、流随深度的变化就越接近与无限深海的情形。二、有限深海Ekman漂流2）垂直结构www.themegallery.com二、有限深海Ekman漂流3）体积输运与无限深海漂流的体积输运不同：除了有x方向输运，还有y方向，即沿着风应力方向的输运方向为风去向右偏±90°之间恒为正值；时，则；时，则；时，则。Sy=0yx无www.themegallery.com二、有限深海Ekman漂流www.themegallery.com三、底流1、产生背景有限深海漂流体积输运向岸堆积增水离岸减水海面倾斜倾斜流远离海底的倾斜流：设海面仅沿y方向倾斜（倾角为α）从海面直至海底为常数在海底附近，倾斜流由于

7、底摩擦的作用，流速迅速衰减为0。形成一个类似与表层Ekman漂流的垂直结构，叫做底流。www.themegallery.com三、底流2、假定和方程简化1）大尺度2）密度为常数3）有限水深4）不考虑风的作用5）不考虑侧向摩擦倾斜流+海底摩擦效应www.themegallery.com三、底流3、解的讨论纯倾斜流倾斜流受底摩擦影响部分www.themegallery.com三、底流1）流速形成一个由底向上发展的Ekman螺旋；从上往下看，为左旋。z=0和z<