埃克曼螺线的埃克曼螺线

埃克曼螺线的埃克曼螺线

埃克曼层又称上部摩擦层或上边界层。埃克曼层空气质点的流动，主要受到气压梯度力、科里奥利力和湍流粘性力（摩擦力）的作用。埃克曼从这三种力所决定的大气动力方程组出发，假设湍流交换系数K 等于常数，而且气压梯度力不随高度变化，得出风廓线公式为

式中α=( f/2K)1/2, f为科里奥利参数，z为高度, ug为地转风（见大气运动的平衡状态），u(z)、v(z)分别为x方向和y方向的水平风速分量，x方向与等压线平行，高压在右,低压在左,且与地转风方向一致。按此公式绘制的埃克曼层内风随高度的分布图(图1)，描述了大气边界层中风矢(V)的铅直结构特征。摩擦力的影响,使地面风穿过等压线吹向低压。随高度增加,摩擦力影响则愈来愈小，风速愈接近地转风。风速第一次达到地转风时的高度，即为大气边界层的上界。 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(图2)。 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。