埃克曼漂流

[拼音]:Aikeman piaoliu

[英文]:Ekman drift current

理想化的无边界、无限深和密度均匀的海洋,因海面受稳定的风长时间吹刮,出现铅直湍流而产生的水平湍流摩擦力,与地转偏向力平衡时出现的海流。

1893~1896年,挪威海洋调查船“前进”号横越北冰洋时,F.南森观察到冰山不是顺风漂移,而是沿著风向右方20°~40°的方向移动。1905年,V.W.埃克曼研究了这种现象,得出了著名的埃克曼漂流理论。

海面风力对海水的搅拌混和,使风的动量通过海面传给表面的海水后,因海水的粘滞性,依次传给下层的海水,使后者也流动起来。由于地转偏向力的作用,在北(南)半球,埃克曼漂流的表面流速,偏于风向右(左)方45°。表层以下的海水随著深度的增加, 流向不断右(左)偏,流速也不断减小,直至某深度处流向和表面流向完全相反时,流速便约为表面流速的4%。此深度称为摩擦影响深度。从海面至此深度处的水层称为埃克曼层,摩擦影响深度又称为埃克曼层深度。埃克曼漂流的流速矢端在空间所构成的曲线称为埃克曼螺旋,其在水平面上的投影便称为埃克曼螺线(见图)。

埃克曼观测到:北(南)纬度超过10°处的漂流的表面流速V0,与风速W 间的经验关系为

代入埃克曼漂流理论的表面流速公式中,便可求得埃克曼层深度的经验式:

式中D和W 的单位分别为米和米/秒。

埃克曼漂流的流速,虽然随深度的增加而改变其方向,但其在埃克曼层中总流量的方向,在北(南)半球则位于风向的右(左)方并与风向垂直。

埃克曼漂流虽然是一种理想海流,但它能近似地反映出大洋近表层的海水在行星风系作用下的风海流,且能近似地反映出大洋的深厚的下层海水中有密度流和地转流同时存在。由于大洋表面的行星风系随纬度而改变其风向和风速,风应力涡度的方向和强弱,也都随纬度而变,这就产生埃克曼漂流总流量的辐聚或辐散。虽然在表层的铅直流速较小,但在埃克曼层底部与下层的近似地转流之间,却产生向下或向上的铅直流动,这就是埃克曼泵吸作用。

由密度分布不均匀所产生的,流速的大小随深度而改变的地转流,或由海面增水所产生的,流速的大小不随深度而改变的倾斜流,在接近海底处的流速会因海底摩擦力和地转偏向力的作用,而产生和埃克曼漂流相似的底埃克曼漂流、底埃克曼层、底埃克曼螺旋和底埃克曼螺线。底埃克曼层的厚度和埃克曼层相同,但底埃克曼螺旋和底埃克曼螺线的转向则正好分别与埃克曼螺旋和埃克曼螺线相反,其转向在北(南)半球偏于风向的左(右)方。

海洋深度等于或超过2D 时的埃克曼漂流,称为无限深海漂流,反之称为有限深海漂流。后者的表面流速视海的深浅而不同,其流向在北(南)半球偏于风向的右(左)方,偏角小于45°,甚至几乎平行于风向。总流量的方向不与风向垂直,但有与风向垂直的分量,它可产生沿岸的升降流和平行于海岸的倾斜流。后者在近海底处受底摩擦的影响,因而产生底埃克曼漂流。

参考书目

H.U.Sverdrup, M.W.Johnson, R.H.Fleming, The Oceans, Their Physics, Chemistry andGeneralBiology,Prentice-Hall,New York,1946.

P.Stephen,G.L.Pickard,Introductory DynamicalOceanography,Pergamon Press,New York,1983.

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