考虑摩擦的定常流动.ppt

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 LOGO 物理海洋学 Physical Oceanography §2 海流 Chapter 2 Current 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 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，构成Ekman螺旋； 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 y x 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 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 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=0 y x 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