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埃克曼螺线

海洋物理学术语

瑞典海洋物理学V.W.埃克曼于1905年提出了描写边界层内风矢随高度变化的一种模式分布，按此模式风向随高度增大而向右转（北半球），风速随高度增加而增大，不同高度的风矢末端的连线为一螺线，即为埃克曼螺线。

定义
在摩擦层中风随高度的变化，既受摩擦力随高度变化的影响，又受气压梯度力随高度变化的影响。假若各高度上的气压梯度力都相同，由于摩擦力随高度不断减小，其风速将随高度增高逐渐增大，风向随高度增高不断向右偏转（北半球），到摩擦层顶部风速接近于地转风，风向与等压线相平行。
根据理论计算和实测资料，可以得到北半球摩擦层中在不考虑气压梯度力随高度改变时，风随高度变化的图像（如图1）。图中V1、V2、V3⋯代表自地面起各高度的风向、风速矢量，接连各风矢量终点的平滑曲线，称为埃克曼螺线(Ekman spiral)，是风速矢端迹图。
研究起源
瑞典海洋物理学V.W.埃克曼于1905年提出了描写边界层内风矢随高度变化的一种模式分布，按此模式风向随高度增大而向右转（北半球），风速随高度增加而增大，不同高度的风矢末端的连线为一螺线。他提出的经典解法，给出了埃克曼层风速随高度分布方程的分析解，并且根据分析解画出了埃克曼螺线。
实测结果
如图 2所示，不同的的地转风速下，地转风速ug越大，整个边界层风速各分量越大。埃克曼螺线是一种理想的风廓线，实际大气要复杂一些，实测结果表明，上部摩擦层中的风分布基本上符合埃克曼螺线。
在埃克曼层中，实际风矢的铅直分布是很复杂的。一般单次实测的结果和埃克曼螺线不尽一致，只有多次实测资料的平均结果才和埃克曼螺线的模式相近。 产生这种偏差的原因较多，例如：风场和温度场在水平方向不均匀时，地转风将随高度变化；在不同的高度，湍流交换系数K不是常数。为此，对K 随高度的变化、地转风随高度变化的影响等进行了许多研究，改善了埃克曼的结果，但问题还没有完全解决。
实际上，气压梯度力随高度也在改变，因而摩擦层中风的变化并不完全符合上述规律，需要根据热成风原理，用矢量合成方法进行修正。
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