11-1-第五章-海流-第四节-地转流与风海流
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可知漂流速度其大小随深度z的负向深度加大而按指数型衰减。
辐角(45 az )表示流速方向偏离z轴的角度, 它随深度加深而不断右偏
埃克曼螺旋线: 以上各层深度的 漂流流速大小和 方向随深度在不 断变化,将各层 流速矢量的曲线 如图所示。其中 的箭头表示小和 流向。
埃克曼螺旋线
2、浅海(有限深度)风海流
3、上升流作用:
使得深层的丰富营养盐不断被带入海洋表层,极大地促 进了表层海洋生物的生长繁殖,对提高海洋生产力与形 成优秀的渔场意义重大
舟山渔场
3、压场分布特征:
图为北半球地转平衡下的坐标体系,等压面沿x轴向倾斜,并与 等势面之间斜交β角,压强梯度力的水平分量与地转偏向力的水 平分量在x轴方向取得平衡,垂向满足静力平衡。
海水运动方 程简化为
求得地转流流速
分布特征: 此时的地转流顺着等压面与等势面的交线流动,垂直指向压 强梯度力的右方,或者说,顺着地转流流向,右侧的等压面 压力高,左侧等压面的压力低。南半球的规律与之相反。 内压场导致的地转流分布特征:随着深度的增加,密度 差异在减小,压力梯度在减小,使得流速在逐步减小, 直至等压面与等势面相平行时的流速为零。 外压场导致的地转流分布特征:流速与流向自表层直到 海底都一致。
(2)定解问题建立 (风向沿y向) 其运动方程为:
海面风应力为:
边界条件为:
z 时, u v 0
(3)求解结果 漂流速度分量为
式中:a
2
sin
Kz
,V0 u v
2 2
y
2 K z sin
为表面流速
定义 D
a
Kz ,称为摩擦深度或 Ekman 深度 sin | |
3、风海流的体积输送
积分求海水体积运输总量 : (1)对于无限水深,垂直通过单位宽度的体积运输总量
运输总量规律:只发生在x方向上,而在y方向都不发生体积输送。 (2)对于浅海规律:在x与y方向上都将有体积输送,且其运输方 向随水深减小而偏近风向方向
§5.4. 3、升降流
1、现象及相关概念:
(1)风海流的体积运输必然造成部分海区得到海水,产生海水的 辐聚与堆积;部分海区失去海水,使得海水发生辐散。 (2)在海水的辐聚区海水必然下沉,而辐散区的海水必然上升, 相互间的海水进行水平方向的补充流动就形成补偿流。 (3)深层海水的这种向上涌升的垂向运动就称为上升流或涌升流 ,反之,海水自上向下的垂向流动就称为下降流。两者有时合称 为升降流。 (4)由风海流引起海水的垂向运动及水平方向的补偿流等现象也 称为风海流的负效应。
1、无限深海漂流理论
埃克曼(Ekman)首先在理 论上论证了上述现象,推导 了相关公式,提出了无限深 海漂流理论,为风生海流理 论奠定了基础。
(1)基本假定: A 稳定风场的长时间作用 B 无边的深海海面,海水密度均匀,海面水平 C 不考虑科氏力随纬度的变化, D 只考虑由铅直湍流导致的水平湍切应力 E 假定铅直湍流粘滞系数Kz为常量
§5.4. 2、风海流
现象:
挪威北极探险家南森(Nansen.F) 在1902年北冰洋的海洋调 查活动中注意到一个现象,那就是北冰洋的浮冰并未沿着风向 随海水运动,而是在沿风向右方约20'-24'的范围方向运动。
后来发现这个现象与地转效应有关,并且深度越深, 流速的流向更向右偏,至某一深度处甚至出现与表面流速 反向的海流。
2、升降流产生的原因:
(1) 近海,是由于受到与岸平行的风持续吹刮的作用,造成岸 边海水的辐聚或辐散而引起
(2) 远海,不均匀强风场以及强大的气旋与反气旋 。在北半球,热带气旋中心会形成上升流,反气旋中 心会形成下降流。 (3)赤道上升流的产生,是因为赤道两侧的信风相 对稳定的吹刮引起海水体积反向运输,造成赤道表层 海水的流失,其他海区的海水来补充而形成上升流。
对于有限深度的海域,由于海 底摩擦的作用,使流速矢量的 偏向与无限深海漂流有所差别 ,并随水深发生变化。
图为:不同水深的埃克曼螺 旋线在水平面上的投影。由 图可见,随水深变浅,各层 流速矢量变得趋近于风向。
风海流表面流速矢量与风向间夹角α随水深h与摩擦深度D 之比 值(h/D)的变化情况。
其总的变化规律是随水深减小,表面风海流的偏向角在减 小。在水深极小时,风海流的流向将基本与风向同向。 水深达到摩擦深度的一半时,其埃克曼螺旋线与 无限深海的相接近,可近似为无限深海。 我国南海的表层洋流具有风海流的性质,流向随季 风的变化发生逆转。
《海洋工程环境学》
第五章 海 流
船舶工程学院 赵彬彬 讲师
§5.4 地转流与风海流 本节内容:
§5.4.1、地转流 §5.4.2、风海流 §5.4.3、升降流
Байду номын сангаас
§5.4. 1、地转流
1、概念:
地转流:海水仅在水平压强梯度力与地转偏向力的平衡 作用下所作的定常稳定流动 。
2、运动特征:
海水并不沿压强梯度力的作用方向运动,而是在地转 偏向力的作用下逐渐改变运动方向,直至两力反向平衡 处于稳定运动状态。