《动力气象学》电子教案一编著、主讲:成都信息工程学院大气科学系李国平教授制作:林蟒、李国平 近地层中热量(位温)、水汽输送(比湿)随z的变化规律与动量输送(风速)类似 已学近地层中风向不随高度改变,风速随高度的变化呈现对数(中性层结)或指数规律(非中性层结 问题: Ekman层中风向是否随高度改变?风速随高度的变化呈何规律? 图1:8V.W. Ekman(1874-1954),瑞典海洋学家,海洋飘流和梯度流理论的莫基人 Ekman层中风随高度的变化规律 21 Ekman螺线解( Ekman spira 由前可知, Ekman层中大气运动满足“ Ekman平衡”,利用前述的 Ekman层的主要特点1、2,再 假定:运动定常、平流惯性力(非线性项)相对于科氏力可忽略、水平气压梯度力不随高度改变,则有 Ekman层(大气运动)方程组 fi (1.18) p ax paz p Oy palo oy A=-192+1 (1.19) 又设:p=常数,k=常数,常数,并引入地转风公式:un=- 2/a·则(11 (1.19)式可改写为 (1.20)《动力气象学》电子教案 －编著、主讲：成都信息工程学院大气科学系 李国平教授 制作：林蟒、李国平 8 近地层中热量（位温）、水汽输送（比湿）随 z 的变化规律与动量输送（风速）类似。 已学:近地层中风向不随高度改变，风速随高度的变化呈现对数（中性层结）或指数规律（非中性层结） 问题：Ekman 层中风向是否随高度改变？风速随高度的变化呈何规律？ 图 1.8 V. W. Ekman (1874-1954)，瑞典海洋学家，海洋飘流和梯度流理论的奠基人 2 Ekman 层中风随高度的变化规律 2.1 Ekman 螺线解(Ekman spiral) 由前可知，Ekman 层中大气运动满足“Ekman 平衡”，利用前述的 Ekman 层的主要特点 1、2，再 假定：运动定常、平流惯性力（非线性项）相对于科氏力可忽略、水平气压梯度力不随高度改变，则有 Ekman 层（大气运动）方程组 1 1 z p u fv k x z z ρ ρ ρ ∂∂∂ ⎛ ⎞ − =− + ⎜ ⎟ ∂∂ ∂ ⎝ ⎠ （1.18） 1 1 z p v fu k yz z ρ ρ ρ ∂∂∂ ⎛ ⎞ =− + ⎜ ⎟ ∂∂ ∂ ⎝ ⎠ （1.19） 又设：ρ =常数， z k =常数，f=常数，并引入地转风公式： 1 1 , g g p p u v f ρ ρ y fx ∂ ∂ =− = ∂ ∂ ，则（1.18）、 (1.19)式可改写为 ( ) 2 2 0 z g u k fv v z ∂ + −= ∂ （1.20）