考慮摩擦的定常流動

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1、www.themegallery.com物理海洋學(xué)PhysicalOceanography§2海流Chapter2Currentwww.themegallery.com第一節(jié)地轉(zhuǎn)流（不考慮摩擦的定常流動）第二節(jié)考慮摩擦的定常流動第三節(jié)非定常流動§2海流www.themegallery.com§2.2考慮摩擦的定常運動一無限深海漂流二有限深海漂流三底流四非均勻風(fēng)場的風(fēng)生流五升降流www.themegallery.comEkman漂流Ekman漂流：由恒速定常的風(fēng)長時間驅(qū)動大尺度、均勻密度的海洋，所產(chǎn)生的處于穩(wěn)定狀態(tài)的海流。在遠(yuǎn)離大洋的深海中，海底對運動沒有影響（無底摩擦效應(yīng)），稱為

2、無限深海的漂流。在近岸水域中，海底將產(chǎn)生一定影響（考慮底摩擦效應(yīng)），稱有限深海的漂流。www.themegallery.com一、無限深海Ekman漂流1、假定1）密度分布均勻，為常數(shù)。2）定常均勻風(fēng)場長時間吹3）海區(qū)無限廣闊無限深，遠(yuǎn)離海岸4）f-平面近似5）海面無起伏2、方程簡化不考慮熱鹽性質(zhì)；水平壓強梯度項為0；局地項為0；；www.themegallery.com一、無限深海Ekman漂流3、求解取左手坐標(biāo)系，即z軸向下為正；設(shè)風(fēng)僅沿y軸方向作用，且為恒速無限深海海表風(fēng)應(yīng)力邊界條件控制方程+邊界條件解析解www.themegallery.com一、無限深海Ekman漂流引

3、入復(fù)速度和復(fù)風(fēng)應(yīng)力二階常系數(shù)線性微分方程www.themegallery.com一、無限深海Ekman漂流www.themegallery.com一、無限深海Ekman漂流4、解的討論引入摩擦深度1）海水運動速度任意深度海面摩擦深度處大?。悍较颍海L(fēng)去向右偏）大?。悍较颍弘S深度增加，流速逐漸減小，方向逐漸右偏大?。悍较颍海ㄅc海面流向相反）www.themegallery.com一、無限深海Ekman漂流空間結(jié)構(gòu)表層流速最大，流向為風(fēng)去向右偏45°；隨著深度的增加，流速逐漸減小，流向逐漸右偏；至摩擦深度，流速大小是表層的4.3%，流向與表層流向相反，運動可以忽略；連接各層流失量端點

4、，構(gòu)成Ekman螺旋；Ekman螺旋在水平面上的投影，稱為Ekman螺線。www.themegallery.com一、無限深海Ekman漂流2）水平體積輸運體積輸運方向垂直于風(fēng)向，在北半球向風(fēng)去向右偏90°輸運。www.themegallery.com一、無限深海Ekman漂流2）垂直湍流產(chǎn)生的水平切應(yīng)力水平切應(yīng)力與流速的方向相差45°www.themegallery.com一、無限深海Ekman漂流水平切應(yīng)力的空間結(jié)構(gòu)任意深度海面摩擦深度處方向：（風(fēng)去向）方向：隨深度增加，切應(yīng)力逐漸減小，方向逐漸右偏大小：大?。悍较颍海ㄅc海面切應(yīng)力方向相反）大?。簑ww.themegaller

5、y.com二、有限深海Ekman漂流1、假定1）水深有限深2）其他與無限深海Ekman漂流相同2、方程簡化解：與無限深海漂流對比表層流垂直結(jié)構(gòu)體積輸運www.themegallery.com二、有限深海Ekman漂流3、解的討論無限深海：大小表征表層有限深海漂流河無限深海漂流的差別1）表層流yx大小：表層流向與風(fēng)矢量的夾角：方向：水深越淺，表層流方向越接近于風(fēng)矢量方向；表面漂流的大小和方向都與無限深海的表層漂流一致www.themegallery.com水深越淺（h越?。麟S水深度的增加，右偏的角度越小；水深很淺的海洋里，漂流從表層到底層幾乎都沿著風(fēng)矢量方向流動；水深越深，漂

6、流隨深度的變化就越接近與無限深海的情形。二、有限深海Ekman漂流2）垂直結(jié)構(gòu)www.themegallery.com二、有限深海Ekman漂流3）體積輸運與無限深海漂流的體積輸運不同：除了有x方向輸運，還有y方向，即沿著風(fēng)應(yīng)力方向的輸運方向為風(fēng)去向右偏±90°之間恒為正值；時，則；時，則；時，則。Sy=0yx無www.themegallery.com二、有限深海Ekman漂流www.themegallery.com三、底流1、產(chǎn)生背景有限深海漂流體積輸運向岸堆積增水離岸減水海面傾斜傾斜流遠(yuǎn)離海底的傾斜流：設(shè)海面僅沿y方向傾斜（傾角為α）從海面直至海底為常數(shù)在海底附近，傾斜流由于

7、底摩擦的作用，流速迅速衰減為0。形成一個類似與表層Ekman漂流的垂直結(jié)構(gòu)，叫做底流。www.themegallery.com三、底流2、假定和方程簡化1）大尺度2）密度為常數(shù)3）有限水深4）不考慮風(fēng)的作用5）不考慮側(cè)向摩擦傾斜流+海底摩擦效應(yīng)www.themegallery.com三、底流3、解的討論純傾斜流傾斜流受底摩擦影響部分www.themegallery.com三、底流1）流速形成一個由底向上發(fā)展的Ekman螺旋；從上往下看，為左旋。z=0和z<