《考慮摩擦的定常流動.ppt》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《考慮摩擦的定常流動.ppt（36頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。
1、,物理海洋學(xué) Physical Oceanography,2 海流 Chapter 2 Current,第一節(jié) 地轉(zhuǎn)流（不考慮摩擦的定常流動） 第二節(jié) 考慮摩擦的定常流動 第三節(jié) 非定常流動,2 海流,2.2 考慮摩擦的定常運動,一 無限深海漂流 二 有限深海漂流 三 底流 四 非均勻風(fēng)場的風(fēng)生流 五 升降流,Ekman漂流,Ekman漂流：,由恒速定常的風(fēng)長時間驅(qū)動大尺度、均勻密度的海洋，所產(chǎn)生的處于穩(wěn)定狀態(tài)的 海流。,在遠(yuǎn)離大洋的深海中，海底對運動沒有影響（無底摩擦效應(yīng)），稱為無限深海的漂流。,在近岸水域中，海底將產(chǎn)生一定影響（考慮底摩擦效應(yīng)），稱有限深海的漂流。,一、無限深海Ekman漂
2、流,1、假定,1）密度分布均勻，為常數(shù)。 2）定常均勻風(fēng)場長時間吹 3）海區(qū)無限廣闊無限深，遠(yuǎn)離海岸 4）f-平面近似 5）海面無起伏,2、方程簡化,不考慮熱鹽性質(zhì)；水平壓強(qiáng)梯度項為0；局地項為0； ；,一、無限深海Ekman漂流,3、求解,取左手坐標(biāo)系，即z軸向下為正； 設(shè)風(fēng)僅沿y軸方向作用，且為恒速 無限深海,一、無限深海Ekman漂流,引入復(fù)速度和復(fù)風(fēng)應(yīng)力,一、無限深海Ekman漂流,一、無限深海Ekman漂流,4、解的討論,1）海水運動速度,任意深度,海面,摩擦深度處,大小：,方向： （風(fēng)去向右偏）,大?。?方向：,隨深度增加，流速逐漸減小，方向逐漸右偏,大小：,方向： （與海面流向相
3、反）,一、無限深海Ekman漂流,空間結(jié)構(gòu),表層流速最大，流向為風(fēng)去向右偏45； 隨著深度的增加，流速逐漸減小，流向逐漸右偏； 至摩擦深度，流速大小是表層的4.3%，流向與表層流向相反，運動可以忽略； 連接各層流失量端點，構(gòu)成Ekman螺旋； Ekman螺旋在水平面上的投影，稱為Ekman螺線。,一、無限深海Ekman漂流,2）水平體積輸運,體積輸運方向垂直于 風(fēng)向，在北半球向風(fēng)去向右偏90輸運。,一、無限深海Ekman漂流,2）垂直湍流產(chǎn)生的水平切應(yīng)力,水平切應(yīng)力與流速的方向相差45,一、無限深海Ekman漂流,水平切應(yīng)力的空間結(jié)構(gòu),任意深度,海面,摩擦深度處,方向： （風(fēng)去向）,方向：,隨
4、深度增加，切應(yīng)力逐漸減小，方向逐漸右偏,大小：,大?。?方向： （與海面切應(yīng)力方向相反）,大?。?二、有限深海Ekman漂流,1、假定,1）水深有限深 2）其他與無限深海Ekman漂流相同,2、方程簡化,二、有限深海Ekman漂流,3、解的討論,無限深海：,大小表征表層有限深海漂流河無限深海漂流的差別,1）表層流,大小：,水深越淺（h越?。麟S水深度的增加，右偏的角度越小； 水深很淺的海洋里，漂流從表層到底層幾乎都沿著風(fēng)矢量方向流動； 水深越深，漂流隨深度的變化就越接近與無限深海的情形。,二、有限深海Ekman漂流,2）垂直結(jié)構(gòu),二、有限深海Ekman漂流,3）體積輸運,與無限深海漂流的體
5、積輸運不同：除了有x方向輸運，還有y方向，即沿著風(fēng)應(yīng)力方向的輸運 方向為風(fēng)去向右偏90之間 恒為正值； 時， 則 ； 時， 則 ； 時， 則 。,二、有限深海Ekman漂流,三、底流,1、產(chǎn)生背景,有限深海漂流,遠(yuǎn)離海底的傾斜流：,設(shè)海面僅沿y方向傾斜（傾角為）,從海面直至海底為常數(shù),三、底流,2、假定和方程簡化,1）大尺度 2）密度為常數(shù) 3）有限水深 4）不考慮風(fēng)的作用 5）不考慮側(cè)向摩擦,三、底流,3、解的討論,三、底流,1）流速,形成一個由底向上發(fā)展的Ekman螺旋；從上往下看，為左旋。,z=0和zh處，只存在傾斜流； z=h-D0處，也只有Us存在； z=h處，（u，v）趨向于0 z
6、在h-D0和h之間，UF ,VF隨z增加而變化,三、底流,(UF , VF),四、非均勻風(fēng)場的風(fēng)生流,1、產(chǎn)生背景,非均勻風(fēng)場,體積輸運不均勻,漂流,海面傾斜,傾斜 流,密度均勻,2、假定和方程簡化,1）大尺度 2）密度為常數(shù) 3）有限水深 4）海面非均勻定常風(fēng)場 5）遠(yuǎn)離海岸不考慮側(cè)摩擦,四、非均勻風(fēng)場的風(fēng)生流,密度為常數(shù),3、求解與分析,二階常系數(shù)非齊次微分方程,邊界條件,四、非均勻風(fēng)場的風(fēng)生流,漂流部分,受摩擦影響的傾斜流,五、升降流,1、產(chǎn)生背景,升降流：是由不均勻風(fēng)場或風(fēng)場和地形配合產(chǎn)生的“較強(qiáng)烈”的鉛直向流動。,非均勻風(fēng)場,風(fēng)場+近岸,漂流,海面傾斜,體積輸運,向岸堆積增水,離岸減水,海水輻聚輻散,升降流,海水連續(xù),五、升降流,沿岸風(fēng)產(chǎn)生的升降流,五、升降流,非均勻風(fēng)場引起的輻聚和輻散,五、升降流,氣旋和反氣旋產(chǎn)生的海洋中的升降流,五、升降流,五、升降流,2、由平行于海岸的直線風(fēng)系生成的升降流,2.1 假定,1）大尺度 2）密度為常數(shù) 3）定常風(fēng)場 4）直線風(fēng)系，風(fēng)僅沿x方向有變化 風(fēng)區(qū)內(nèi)為恒定的均勻風(fēng)場，風(fēng)區(qū)外無風(fēng) 5）有限水深,五、升降流,2.2 方程簡化,邊界條件,五、升降流,2.3 解的討論,五、升降流,3、由非平行于海岸的直線風(fēng)系生成的升降流,五、升降流,
考慮摩擦的定常流動.ppt
