考虑摩擦的定常流动.ppt

,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,,一、无限深海Ekman漂流,引入复速度和复风应力,,一、无限深海Ekman漂流,,一、无限深海Ekman漂流,4、解的讨论,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,,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,大小：,,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 。,,二、有限深海Ekman漂流,,三、底流,1、产生背景,有限深海漂流,远离海底的倾斜流：,设海面仅沿y方向倾斜（倾角为）,从海面直至海底为常数,,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,,三、底流,3、解的讨论,,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zh处，只存在倾斜流； z=h-D0处，也只有Us存在； z=h处，（u，v）趋向于0 z在h-D0和h之间，UF ,VF随z增加而变化,,三、底流,(UF , VF),,四、非均匀风场的风生流,1、产生背景,非均匀风场,体积输运不均匀,漂流,海面倾斜,倾斜 流,密度均匀,2、假定和方程简化,1）大尺度 2）密度为常数 3）有限水深 4）海面非均匀定常风场 5）远离海岸不考虑侧摩擦,,四、非均匀风场的风生流,密度为常数,3、求解与分析,二阶常系数非齐次微分方程,边界条件,,四、非均匀风场的风生流,漂流部分,受摩擦影响的倾斜流,,五、升降流,1、产生背景,升降流：是由不均匀风场或风场和地形配合产生的“较强烈”的铅直向流动。,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,沿岸风产生的升降流,,五、升降流,非均匀风场引起的辐聚和辐散,,五、升降流,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,www.themegal