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標 題: Re: [問題] 可否請問一下這個名詞較詳細的解說
發信站: 批踢踢實業 (02/06/07 04:50:00 Tue)

※ 引述《civelant (阿痕)》之銘言:
: ekman pumping
: 可以請問一下關於這個詞比較詳細的解釋嗎
: 像什麼條件下會發生 及其影響
: 謝謝

Ekman theory是流體力學很重要的一個理論,
必須要是旋轉的流體(有科氏力),並且考慮摩擦力。
Ekman theory可以用來解釋大尺度風場如何決定大尺度海洋環流
以及沿岸為什麼會出現湧升或下沉流。

如果知道Ekman spiral跟Ekman transport的概念,
會比較容易解釋Ekman pumping。

簡單講講Ekman spiral
A.假設先不管科氏力
考慮1.海洋表面有固定西往東的風吹拂
2.然後每一層海水都會受到下方海水的「拖累」,也就是有個摩擦力
3.到了海底,海水的流速是零。
所以最上層的海水受風吹拂的影響最大,往東流速最快
越往海底速度就遞減,但仍然往東

畫個垂直剖面的話,就像這樣(箭頭長度代表流速大小)
North
大氣 -------------------------> West --|-- East
South
海表 --------------------->
--------------->
----------->
------->
--->
海底 .

這裡只有摩擦力在作用,方向跟運動方向完全相反


B.再加上科氏力的話會發生什麼事呢?
假如在北半球,科氏力是垂直運動方向的右手邊。

在海表,除了
1.受風往東吹的力,
2.摩擦力往西的力,還有
3.科氏力往南的力,
所以海表海水的流動不再是單純跟隨風吹拂的方向
而會往南(右手邊)偏,Ekman推導出來偏轉的角度會是45度

在海表下面一點點的海水受到的力
現在變成
1.上面海水往東南的力,
2.反向(往西北)的摩擦力,跟
3.垂直右手邊(往西南)的科氏力,
所以最後會比東南再更往右手邊偏轉,即南南東

這樣一直往海底去,就會發現越往下,除了流速減慢,
方向也會越往右偏,垂直剖面就變成這個圖(Ekman spiral)
http://oceanworld.tamu.edu/resources/ocng_textbook/chapter09/Images/Fig9-3.htm


那什麼是Ekman transport呢?
從Ekman spiral可以發現,
不管風怎麼吹,
海水(特別是靠近表面、流速快的海水)都是偏風的右手邊流,
所以最後累積起來會有一個向右的海水質量傳送
(風由西往東吹的話,海水的傳送就往南)

從Ekman transport要推到Ekman pumping,
公式很複雜但概念還蠻直觀的。
如果看太平洋0-60N之間,
在靠近赤道的信風區吹的是東往西的風,所以海水有一個向北的質量傳送,
在中緯度40-60N則是盛行西風(西往東),所以海水有向南的質量傳送,
兩者都是把海水往30N左右傳送,也就是有質量傳送的「輻合」,
把海水一直堆到這個區域,
最後就讓太平洋30N左右的表面海水必須產生垂直往下的運動
(下沉流--反向的"pumping")

同理,如果看40-80N,因為40N吹西風(往南質量傳送),
80N是微弱東風(往北質量傳送),在60N的地方就會有質量傳送的輻散,
表面海水產生垂直上升運動--pumping
(有圖可參考--
http://oceanworld.tamu.edu/resources/ocng_textbook/chapter12/Images/Fig12-8.htm
)

在沿岸,例如太平洋西岸的加州,
太平洋高壓讓風平行海岸由北往南吹,
造成往東(離開陸地)的海水質量傳送,
所以出現輻散,下方的較冷的海水向上湧升--這也是Ekman pumping的例子



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Ekman pumping正式的流體力學推導請看
http://oceanworld.tamu.edu/resources/ocng_textbook/chapter12/chapter12_03.htm

簡單的海洋環流概念請看
http://earth.usc.edu/~geol150/variability/sfcocean.html

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