推 Boyz:推一下熱心回答的版友 02/06 11:07
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推 Jasy:專業!! 02/08 03:49
※ 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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