Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эффект спирали Экмана.
1. Ветер
2. Сила сверху
3. Эффективное направление течения
4. Эффект Кориолиса

Спираль Экмана представляет собой структуру течений или ветров вблизи горизонтальной границы , в которых направление потока вращается по мере удаления от границы. Он получил свое название от шведского океанолога Вагна Вальфрида Экмана . Отклонение поверхностных течений было впервые замечено норвежским океанологом Фритьофом Нансеном во время экспедиции на Фраме (1893–1896 гг.), А физическое объяснение этого эффекта впервые получил Вагн Вальфрид Экман . [1]

Теория [ править ]

Эффект является следствием эффекта Кориолиса, который подвергает движущиеся объекты кажущейся силе справа от их направления движения в северном полушарии (и слева в южном полушарии). Таким образом, когда постоянный ветер дует над обширной областью поверхности океана в северном полушарии, он вызывает поверхностное течение, которое ускоряется в этом направлении, которое затем испытывает силу Кориолиса и ускорение вправо от ветра: течение изменится. постепенно вправо по мере набора скорости. Поскольку поток теперь немного правее ветра, сила Кориолиса, перпендикулярная движению потока, теперь частично направлена против ветра.ветер. В конце концов, течение достигнет максимальной скорости при наличии силы ветра, эффекта Кориолиса и сопротивления подземного водного баланса, и течение будет течь с постоянной скоростью и направлением, пока сохраняется ветер. Этот поверхностный поток тянется за слой воды под ним, прикладывая силу в своем направлении движения к этому слою, повторяя процесс, в результате чего этот слой в конечном итоге становится устойчивым течением даже дальше вправо от ветра, и так далее для более глубоких слоев. воды, что приводит к непрерывному вращению (или спирали) направления течения с изменяющейся глубиной. По мере увеличения глубины сила, передаваемая движущимся ветром, уменьшается, и, таким образом, скорость результирующего установившегося тока уменьшается, отсюда и изображение конической спирали на прилагаемой диаграмме.Глубина проникновения спирали Экмана определяется тем, насколько далеко турбулентное перемешивание может проникнуть в течениемаятниковый день . [2]

На приведенной выше диаграмме делается попытка показать силы, связанные со спиралью Экмана, применительно к северному полушарию. Сила сверху показана красным цветом (начиная с ветра, дующего над поверхностью воды), сила Кориолиса (которая показана под прямым углом к ​​силе сверху, хотя на самом деле она должна быть под прямым углом к ​​фактическому потоку воды) равна темно-желтым, а результирующее движение воды - розовым, которое затем становится силой сверху для слоя под ним, с учетом постепенного спирального движения по часовой стрелке при движении вниз.

Наблюдение [ править ]

Первые задокументированные наблюдения океанической спирали Экмана были сделаны в Северном Ледовитом океане по дрейфующему ледяному потоку в 1958 году. [3] Более поздние наблюдения включают:

  • Наблюдения за подводным плаванием с аквалангом во время исследования восходящего переноса воды через лес водорослей на западном побережье Южной Африки в 1978 г. [4]
  • Смешанный эксперимент 1980 года [5]
  • В пределах Саргассова моря во время долгосрочного исследования верхних слоев океана 1982 г. [6]
  • В пределах Калифорнийского течения во время эксперимента по Восточному пограничному течению 1993 г. [7]
  • В районе пролива Дрейка в Южном океане [8] [9]
  • К северу от плато Кергелен во время эксперимента SOFINE 2008 г. [10]

Было обнаружено, что общие для некоторых из этих наблюдений спирали «сжаты», отображая большие оценки вихревой вязкости при рассмотрении скорости вращения с глубиной, чем вихревая вязкость, полученная из рассмотрения скорости уменьшения скорости. [6] [7] [8] Хотя в Южном океане эффект «сжатия» или спирального сплющивания исчез, когда новые данные позволили более тщательно рассмотреть эффект геострофического сдвига. [9] [10]

Классическая спираль Экмана наблюдалась под морским льдом [3], но в условиях открытого океана наблюдения остаются редкими. Это связано как с тем, что турбулентное перемешивание в поверхностном слое океана имеет сильный суточный цикл, так и с тем, что поверхностные волны могут дестабилизировать спираль Экмана. Спирали Экмана также встречаются в атмосфере. Поверхностные ветры в Северном полушарии имеют тенденцию дуть влево по сравнению с ветрами наверху.

См. Также [ править ]

Заметки [ править ]

  1. ^ Экман, VW 1905. О влиянии вращения Земли на океанские течения. Arch. Математика. Astron. Phys., 2, 1-52. [1]
  2. ^ «Глоссарий AMS» . Архивировано из оригинала на 2007-08-17 . Проверено 28 июня 2007 .
  3. ^ a b Ханкинс, К. (1966). «Дрейфовые течения Экмана в Северном Ледовитом океане». Глубоководные исследования . 13 (4): 607–620. Bibcode : 1966DSRA ... 13..607H . DOI : 10.1016 / 0011-7471 (66) 90592-4 .
  4. ^ Филд, JG, CL Griffiths, EAS Linley, P. Zoutendyk и R. Carter (1981). Вызванные ветром движения воды в ложе бенгельских водорослей. Прибрежный апвеллинг. Ф. А. Ричардс (ред.), Вашингтон, округ Колумбия, Американский геофизический союз: 507-513. ISBN 0-87590-250-2 
  5. ^ Дэвис, RE; de Szoeke, R .; Ниллер., П. (1981). «Часть II: Моделирование реакции смешанного уровня». Глубоководные исследования . 28 (12): 1453–1475. Bibcode : 1981DSRI ... 28.1453D . DOI : 10.1016 / 0198-0149 (81) 90092-3 .
  6. ^ a b Цена, JF; Веллер, РА; Шудлих, Р.Р. (1987). "Океанские течения, вызываемые ветром, и перенос Экмана". Наука . 238 (4833): 1534–1538. Bibcode : 1987Sci ... 238.1534P . DOI : 10.1126 / science.238.4833.1534 . PMID 17784291 . S2CID 45511024 .  
  7. ^ a b Черескин, Т.К. (1995). «Прямое свидетельство баланса Экмана в Калифорнийском течении». Журнал геофизических исследований . 100 (C9): 18261–18269. Bibcode : 1995JGR ... 10018261C . DOI : 10.1029 / 95JC02182 .
  8. ^ а б Ленн, Й.-Д .; Черескин, Т.К. (2009). «Наблюдение за течениями Экмана в Южном океане». Журнал физической океанографии . 39 (3): 768–779. Bibcode : 2009JPO .... 39..768L . DOI : 10.1175 / 2008jpo3943.1 .
  9. ^ a b Polton, JA; Ленн, Й.-Д .; Элипот, С .; Черескин, Т.К .; Спринтолл, Дж. (2013). "Могут ли наблюдения пролива Дрейка соответствовать классической теории Экмана?" (PDF) . Журнал физической океанографии . 43 (8): 1733–1740. Bibcode : 2013JPO .... 43.1733P . DOI : 10.1175 / JPO-D-13-034.1 .
  10. ^ a b Роуч, CJ; Филлипс, HE; Биндофф, Нидерланды; Ринтул, SR (2015). «Обнаружение и характеристика течений Экмана в Южном океане» . Журнал физической океанографии . 45 (5): 1205–1223. Bibcode : 2015JPO .... 45.1205R . DOI : 10.1175 / JPO-D-14-0115.1 .

Ссылки [ править ]

  • Глоссарий AMS, математическое описание
  • А. Гнанадезикан и Р.А. Веллер, 1995 · «Структура и нестабильность спирали Экмана в присутствии поверхностных гравитационных волн» · Журнал физической океанографии   25 (12), стр. 3148–3171.
  • Дж. Ф. Прайс, Р. А. Веллер и Р. Пинкель, 1986 · «Суточный цикл: наблюдения и модели реакции верхних слоев океана на суточное нагревание, охлаждение и ветровое перемешивание» · Журнал геофизических исследований   91, стр. 8411–8427.
  • Дж. Г. Ричман, Р. де Сук и Р. Дэвис, 1987 · «Измерения приповерхностного сдвига в океане» · Журнал геофизических исследований   92, стр. 2851–2858.
  • Филд, Дж. Г., К. Л. Гриффитс, Е. А. Линли, П. Зутендик и Р. Картер, 1981 Движение воды, вызванное ветром в ложе бенгельских водорослей. Прибрежный апвеллинг. Ф. А. Ричардс (ред.), Вашингтон, округ Колумбия, Американский геофизический союз: 507–513. ISBN 0-87590-250-2