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埃克曼螺線是描寫大氣邊界層(除大氣近地面層)內風矢隨高度變化的一種模式分佈。

1 埃克曼螺線 -埃克曼螺線

 

2 埃克曼螺線 -正文

  
描寫大氣邊界層(除大氣近地面層)內風矢隨高度變化的一種模式分佈。按此模式,風向隨高度增大而向右旋轉(北半球),風速隨高度增加而增大,不同高度的風矢末端的連線為一螺線。這一規律是瑞典海洋學家V.W.埃克曼研究洋流規律時於1905年首先得出的,故稱為埃克曼螺線,並把風矢具有以上特性的邊界層稱為埃克曼層。埃克曼層又稱上部摩擦層或上邊界層。埃克曼層空氣質點的流動,主要受到氣壓梯度力、科里奧利力和湍流粘性力(摩擦力)的作用。埃克曼從這三種力所決定的大氣動力方程組出發,假設湍流交換係數K等於常數,而且氣壓梯度力不隨高度變化,得出風廓線公式為

式中α=(f/2K)1/2,f為科里奧利參數,z為高度,ug為地轉風(見大氣運動的平衡狀態),u(z)、v(z)分別為x方向和y方向的水平風速分量,x方向與等壓線平行,高壓在右,低壓在左,且與地轉風方向一致。按此公式繪製的埃克曼層內風隨高度的分布圖(圖1),描述了大氣邊界層中風矢(V)的鉛直結構特徵。摩擦力的影響,使地面風穿過等壓線吹向低壓。隨高度增加,摩擦力影響則愈來愈小,風速愈接近地轉風。風速第一次達到地轉風時的高度,即為大氣邊界層的上界。

 

  
在埃克曼層中,實際風矢的鉛直分佈是很複雜的。一般單次實測的結果和埃克曼螺線不盡一致,只有多次實測資料的平均結果才和埃克曼螺線的模式相近(圖2)。 產生這種偏差的原因較多,例如:風場和溫度場在水平方向不均勻時,地轉風將隨高度變化;在不同的高度,湍流交換係數K不是常數。為此,對K隨高度的變化、地轉風隨高度變化的影響等進行了許多研究,改善了埃克曼的結果,但問題還沒有完全解決。

 

3 埃克曼螺線 -配圖

 

4 埃克曼螺線 -相關連接

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