Штопор поток

Изображение спирали Экмана в северном полушарии. Вверху в перспективе, посередине вид сверху, ниже баланс сил для слоя. (В третьей части рисунка, в правом нижнем углу, добавьте стрелку, отсутствующую на рисунке по состоянию на 17 января 2021 г.)

Закрученный поток , также известный как спираль Экмана (после того, как Вагн Вальфрид Экман (1874-1954)) представляет собой вертикальный профиль скорости , который происходит в океане , вдали от экватора, где ветер дует стабильно в течение обширной области воды . В целом - в диапазоне глубин спирали Экмана - вода переносится поперек направления ветра. Это важно для понимания ветровой циркуляции , см. Свидетельства и значение транспорта Экмана . То же самое происходит в слое Экмана в атмосфере на высоте от 100 до 1000 м над уровнем моря.

описание

Ветер тянет за собой воду за счет трения . Его движение отклоняется силой Кориолиса вправо в северном полушарии . Каждый более глубокий слой воды уносится верхним слоем и замедляется нижним слоем. Различные направления и величины сил трения просто компенсируют силу Кориолиса на рассматриваемом слое. Это состояние означает, что более глубокие слои воды движутся все медленнее и направление движения все больше и больше отклоняется от направления ветра . Точнее, векторы скорости образуют логарифмическую спираль с

${\ Displaystyle | v | = е ^ {- \ альфа}}$

В нем

• ${\ displaystyle e}$число Эйлера и
• ${\ displaystyle \ alpha}$угол вращения в радианах .

После половины оборота скорость уменьшилась до доли . ${\ displaystyle | v |}$${\ displaystyle e ^ {- \ pi} \ приблизительно 1/23}$

Глубина спирали зависит от вязкости и плотности воды и вертикальной составляющей скорости вращения. На так называемой глубине Экмана - в средних географических широтах около пятидесяти метров - вода течет в направлении, противоположном направлению ветра. Это считается пределом влияния трения ветра.

Поверхностный поток поворачивается на 45 ° к направлению ветра и достигает примерно трех процентов скорости ветра .

Подобно спирали Экмана на поверхности воды, существует также спираль Экмана в воздухе над поверхностью воды или над землей, или в воде над морским дном, если эта вода течет. У этого есть обратное направление вращения. Результирующая скорость поворачивает влево с большей глубиной (в северном полушарии). Две спирали перекрываются на мелководье. Если вода достаточно мелкая, результирующий поверхностный поток будет указывать в направлении ветра.

литература

• Экман, В.В., 1905. О влиянии вращения Земли на океанские течения. Математика, Астрон. Phys. 2, вып. 11
• Шудлих Р. Р., Прайс Дж. Ф., 1998. Наблюдения за сезонными колебаниями в слое Экмана. J. Phys. Oceanogr., (Volume) 28, 6, p1187–1204.