5.4.1埃克曼无限深海漂流理论

南森(F.Nansen)于1902年观测到北冰洋中浮冰随海水运动的方向与风吹方向不一致，他认为这是由于地转效应引起的。后来由埃克曼从理论上进行了论证，提出了漂流理论，奠定了风生海流的理论基础。

一、基本假定

在北半球稳定风场长时间作用在无限广阔、无限深海的海面上，海水密度均匀，海面(等压面)是水平的；不考虑科氏力随纬度的变化；只考虑由铅直湍流导致的水平湍切应力，且假定铅直湍流粘滞系数Kz为常量。

在上述假定条件下，排除了引起地转流的水平压强梯度力，排除了海洋陆地边界的影响，这种流动仅是由风应力通过海面，借助于水平湍切应力向深层传递动量而引起的海水的运动，在运动过程中同时受到科氏力的作用，由于海面无限宽广，风场稳定且长时间作用，因此，当湍切应力与科氏力取得平衡时，海流将趋于稳定状态。二、运动方程、边界条件及解的形式按照上述的假定，运动方程形式简化为

设风只沿y轴方向吹，则海面边界条件，即风应力为

在无限深处 u=v=0， (5-33)

联合式(5-32)、(5-33)，式(5-31)的解为

式中

三、对方程解的讨论

式(5-34)给出了当风沿y方向吹所引起的海流在x与y方向的速度分量，它们都是深度z的函数。显然它们合成后是矢量。

式中V0exp(az)表示流速量值，辐角(45°＋az)为流矢量与x轴的夹角，代表流向。流速随深度的增大而指数减小，流向也发生变化。

在海面(z＝0)，流速为V0，由式(5-35)可见它与海面上风应力成正比，同时也与湍流滞系量和地理纬度有关。合成流向与x轴的夹角为45°，或者说右偏于风矢量方向45°。

当深度增大时(z＜0)，流速迅速减小，流向相对风矢量逐渐右偏(在

(-π)＝0.043V0，只有表面流速的4.3％；流向(45°＋az)＝45°-π=-135°，恰与表面流向相反。可见到达这个深度上流动已可忽略不计了。

没有因数π。

流速与流向随深度变化如图5—8所示。联结各层流矢量端点上的线，称为埃克曼螺旋线。

在流速公式中含有湍流粘滞系数Kz，Kz量值如何确定，目前尚无统一方法。埃克曼根据大量观测资料确定了表面流速V0与风速W之间的经验关系为

V0与D的值，进而求得粘滞系数Kz的量值。可见它本身也是风速的函数。值得指出的是，有人常把海水湍流混合深度视为摩擦深度，这是不恰当的，一般情况下，前者要比后者大(S.Pondet.al.，1979)。

对南半球而言，流向则左偏于风矢量。

5.4.2浅海风海流的基本特征
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