考虑摩擦的定常流动.ppt

物理海洋学 Physical Oceanography§2 海流Chapter 2 C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§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Ekman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； ；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 + 边界条件解析解一、无限深海Ekman漂流引入复速度和复风应力二阶常系数线性微分方程一、无限深海Ekman漂流一、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）一、无限深海Ekman漂流空间结构Ø 表层流速最大，流向为风去向右偏45° ；Ø 随着深度的增加，流速逐渐减小，流 向逐渐右偏；Ø 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 ；Ø 连接各层流失量端点，构成Ekman螺 旋；Ø Ekman螺旋在水平面上的投影，称为 Ekman螺线。

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°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：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Ø 水深越浅（h越小） ，漂流随水深度的增 加，右偏的角度越小 ；Ø 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；Ø 水深越深，漂流随深 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）垂直结构二、有限深海Ekman漂流3）体积输运Ø 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Ø 方向为风去向右偏±90°之间 ü 恒为正值；ü 时， 则 ； ü 时， 则 ；ü 时， 则 。

Sy=0yx无二、有限深海Ekman漂流三、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+海底摩擦效应三、底流3、解的讨论纯倾斜流倾斜流受底摩擦影响部分三、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ü z=0和z<

非均匀风场风场+近岸漂流海面倾斜体积输运向岸堆积增水离岸减水海 水 辐 聚 辐 散升降流海水连续五、升降流Ø 沿岸风产生的升降流五、升降流Ø 非均匀风场引起的辐聚和辐散五、升降流Ø 气旋和反气旋产生的海洋中的升降流五、升降流五、升降流2、由平行于海岸的直线风系生成的升降流2.1 假定1）大尺度2）密度为常数3）定常风场4）直线风系，风仅沿x方向有变化风区内为恒定的均匀风场，风区外无风5）有限水深五、升降流2.2 方程简化边界条件五、升降流2.3 解的讨论五、升降流3、由非平行于海岸的直线风系生成的升降流五、升降流。