风致水流深度和海岸线

Question

在大海的速度目前发达海洋可以估计3%风速10米。

为什么海洋表面速度大约3%的风速?

有一个类似的估计当前的深度吗?

直觉上,表面电流不能继续朝着海岸线,没有足够的空间在底部电流补偿表面电流,这些电流会影响。还应该有一些水的混合层在海岸附近的碎波,这将导致取消表面电流。

风致表面电流指向海岸线,接近岸边如何等当前的继续,根据海底的陡度,风能和波浪条件?

Answer 1

首先,背景,navier - stokes方程和稳态假设条件后,我们可以获得一个简化的平衡被称为埃克曼平衡边界层的上层海洋(订单几百米)。在海洋的这一部分水平梯度垂直梯度相比非常小。在这种情况下,科氏力之间有一个平衡,摩擦(有时压力梯度力需要也被认为是在平衡)。

由此产生的理论流与减少垂直结构大小与深度和流动方向逐渐向右旋转在南半球(左)深度增加。这是众所周知的埃克曼螺旋。来源:http://offshoreengineering.com

在这些条件下,在开放海域(实际上假设无限深海)、埃克曼的运输层是垂直于风向。埃克曼层的深度,或者埃克曼深度,只是依赖于科里奥利和粘度:$ $ D_e = \ sqrt {2 K_m \ / f} $ $ K_m美元在哪里运动湍流粘度(假定常数)和f是科氏参数美元(中纬度地区的典型值是10美元^ {4}$ $ s ^ {1} $)。典型的埃克曼的深度是订单10到30米。典型值K_m约0.1美元美元$ $ m ^ 2美元/ s(不要混淆分子粘度大约是10美元^ {6}$ $ m ^ 2美元/ s),但可以通过几个数量级不同,导致一系列D_e美元10美元至150美元。埃克曼的一个很好的解释平衡,可以找到更多的信息Cushman-Roisin &贝克斯(第八章)。

尽管所有有用的理论背景,从埃克曼的观测获得的深度深度可以近似表达式:$ $ D_e = 0.4 \√6{\τ\ / f ^ 2 \ rho_0} $ $ \τ是美元的风应力大小和\ rho_0美元是水密度。因子0.4美元美元已经派生的经验,可以在不同的海洋条件下略有不同。

描述表面边界层,但实际上底部边界层也形式。解决底部一层一层也可以近似作为埃克曼的强迫不是风,但底部摩擦。由此产生的边界层也有一个埃克曼深度近似与上面的表达式。在一个倾斜的底部,底部边界层遵循斜率和层的厚度(深度高于底部)(测量垂直于底部)是按比例缩小的底坡的余弦。

在10米(最小值在中纬度地区之一)的表面和底部边界层厚度,这意味着比20米水深较浅的两个边界层重叠。在水深较浅,表层的运输不再是垂直于风向。动力输入到水里被风(风应力)由底部的存在影响,它直接通过底部的摩擦。风的混合(和波打破冲浪区附近)会导致额外的混合水体和促进混合水列。在这些条件下风致电流扩展到底部流动的方向是底部深度的函数,风向,和底部的斜率。风致电流的存在并不排除流的发生相反方向的风。

很棒的文章总结了不同流动条件下在不同的风和波场在浅水深度给出Lentz和Fewings (2012)。(转载)

其他需要考虑的因素:

• 分层的温度和盐度降低混合并帮助维持一个表面和底部层之间的分离(一些效果在这里)。
• 当风改变速度和方向(非均衡状态)?
• 发生在赤道科里奥利参数是零?