实验报告

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天气学原理 课程实验报告

实验名称 姓 名 实验地点 指导老师

王荣高 6102

埃克曼层模拟 学 号 实验日期

2011011046 2013年12月31日

评 分

封彩云、王伟 同组其他成员





系 别 班 级

大气科学 大气111

一、实验内容（含实验原理介绍）：

1.定义：离地面2m以内的区域称为底层；从2m到100m的区域称为下部摩擦层；从

100m到2km的区域称为上部摩擦层，又称为埃克曼层（Ekman）层；底层和下部摩擦层总称为地表层或地面边界层，三个区域总称为摩擦层或大气边界层，再往上地面摩擦就不起作用了（称为自由大气层）。

2.原理：埃克曼层是流体中压力梯度力、科氏力和湍流粘性力三力平衡的一层。上

面图片中，向北的风产生一个表面应力，并在它下面的水柱中产生埃克曼螺旋。





二、实验目的：

用可见的旋转流动的水流来模拟埃克曼层。




三、涉及实验的相关情况介绍（包含使用软件或实验设备等情况）：

转盘，高锰酸钾颗粒，水。

四、实验结果（含程序、数据记录及分析和实验总结等，可附页）：

埃克曼层数学表达的假定是在中立分层流体中，水平方向上压力梯度力、科氏力和湍流粘性力三力平衡。

其中是扩散涡粘度，可由混合长度理论导出。

边界条件

埃克曼层理论适用于许多地区，包括大气层底部（接近地球表面和海洋），大洋底部（海床附近）和表层海水（海气界面附近）。

不同地区有不同的边界条件。下面考虑埃克曼层在表层海水的边界条件[2] ：

在

其中是海洋上方表面风或冰层的应力。 在其中

和

是地转流。

，

实验结果：模拟埃克曼层非常困难，因为埃克曼层上部和下部的气流运动并不是定

常的，而用转盘模拟时，上下水流流速一致，因此，模拟很困难，并且误差很大。另外，加快转盘转速水流呈现辐合;减速呈现辐合减弱，相对辐散。

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