埃克曼層 Ekman layer
中性大氣邊界層在近地面層以上的部分。又稱上部摩擦層。中性大氣中,機械摩擦產生湍流的作用要遠大於浮力的作用。在近地面層上方的殘留層以及強風陰霾天氣且地表面與大氣之間的溫差甚小時的大氣邊界層都可以看做是中性大氣邊界層。
理論上埃克曼層風向隨高度向右旋轉(北半球)同時風速增大,不同高度的風矢、、末端可連線成為螺線,成為埃克曼螺線(見圖),埃克曼層因此而得名。這一規律是瑞典物理海洋學家V.W.埃克曼研究洋流規律時於1905年首先提出的。
埃克曼層空氣質點的流動,主要受到氣壓梯度力、科里奧利力和湍流黏性力(摩擦力)的作用。據此,使用大氣動力方程組並假設湍流交換系數K為常數、氣壓梯度力不隨高度變化,得出風隨高度變化的公式為:
式中,為科里奧利引數,為高度,為地轉風風速,、分別為方向和方向的水平風速分量,方向與等壓線平行,高壓在右,低壓在左,且與地轉風方向一致。按此公式繪製風隨高度的分佈圖,描述了重型大氣邊界層中風的鉛直結構特徵。摩擦力的影響,使地面風穿過等壓線吹向低壓。隨高度增加,摩擦力影響則越來越小,風速愈接近地轉風。風速達到地轉風時的高度,即為中性大氣邊界層的上界。
在埃克曼層中,實際風矢鉛直分佈是很複雜的。一般單次實測的結果和埃克曼螺線不盡一致,只有多次實測資料的平均結果才和埃克曼螺線的形式接近。產生這種偏差的原因在於,埃克曼得到此結論的一些假設與真實大氣的情況有差異。
摘自:《中國大百科全書(第2版)》第1冊,中國大百科全書出版社,2009年