Екманова спирала
Екманова спирала — структура од струи или ветрови во близина на хоризонтална граница во која насоката на протокот ротира додека се оддалечува од границата. Името го добива од шведскиот океанограф Вагн Валфрид Екман. Отклонувањето на површинските струи првпат го забележал норвешкиот океанограф Фритјоф Нансен за време на експедицијата Фрам (1893–1896) и ефектот прв физички бил објаснет од Вагн Валфрид Екман.[1]
Теорија
уредиЕфектот е последица на Кориолисовиот ефект кој ги подложува предметите што се движат на привидна сила десно од нивната насока на движење на северната полутопка (и лево во јужната полутопка). Така, кога постојан ветер дува на проширена површина на површината на океанот на северната полутопка, тој предизвикува површинска струја која се забрзува во таа насока, која потоа доживува Кориолисов ефект и забрзување десно од ветрот: струјата ќе се сврти. постепено надесно додека добива брзина. Со оглед на тоа што протокот сега е малку десно од ветрот, Кориолисовата сила нормална на движењето на протокот сега е делумно насочена наспроти ветрот. На крајот, струјата ќе достигне максимална брзина кога силата на ветрот, ефектот Кориолис и отпорното влечење на рамнотежата на подземната вода, а струјата ќе тече со константна брзина и насока сè додека ветерот опстојува. Оваа површинска струја се влече на водениот слој под него, применувајќи сила во сопствената насока на движење на тој слој, повторувајќи го процесот при што тој слој на крајот станува постојана струја уште подалеку десно од ветрот, и така натаму за подлабоките слоеви на вода, што резултира со континуирана ротација (или спирално) на насоката на струјата со променлива длабочина. Како што се зголемува длабочината, силата што се пренесува од возниот ветер се намалува и на тој начин се намалува брзината на резултантната стабилна струја, па оттука и заострената спирална претстава на придружниот дијаграм. Длабочината до која продира спиралата Екман е одредена од тоа колку далеку може да навлезе турбулентното мешање во текот на еден ден на нишалото.[2]
Дијаграмот погоре се обидува да ги прикаже силите поврзани со Екмановата спирала како што се применува на северната полутопка. Силата одозгора е обележана со црвено (почнувајќи со ветерот што дува над површината на водата), ефектот Кориолис (кој е прикажан под прав агол на силата одозгора кога всушност треба да биде под прав агол на вистинскиот проток на вода) е прикажан со темно жолта боја, а нето резултантното движење на водата е прикажано во розова боја, која потоа станува сила одозгора за слојот под неа, што го опфаќа постепеното спирално движење во насока на стрелките на часовникот додека се движите надолу.
Набљудување
уредиПрвите документирани набљудувања на океанската спирала Екман биле направени во Северноледениот Океан од леден проток во 1958 година.[3] Поновите набљудувања вклучуваат:
- Набљудувања со нуркање за време на студија за транспорт на вода низ шумата од алги на западниот брег на Јужна Африка во 1978 година[4]
- Експериментот со мешан слој од 1980 година[5]
- Во рамките на Саргасовото Море за време на долгорочното проучување на горниот дел од океанот во 1982 година[6]
- Во рамките на калифорниската струја за време на експериментот со источна гранична струја во 1993 година[7]
- Во регионот на Дрејковиот Премин на Јужниот Океан[8][9]
- Северно од висорамнината Кергелен за време на експериментот SOFINE во 2008 година[10]
Заедничко за неколку од овие набљудувања, било откриено дека спиралите се „компресирани“, прикажувајќи поголеми проценки на вискозноста на вителот кога се разгледува стапката на ротација со длабочина отколку вискозноста на вителот добиена од разгледување на стапката на распаѓање на брзината.[6][7] Иако во Јужниот Океан ефектот на „компресија“ или спирално израмнување исчезна кога новите податоци дозволија повнимателен третман на ефектот на геострофично смолкнување.[9][10]
Класичната Екманова спирала е забележана под морскиот мраз,[3] но набљудувањата остануваат ретки во услови на отворен океан. Ова се должи и на фактот дека турбулентното мешање во површинскиот слој на океанот има силен дневен циклус и на фактот дека површинските бранови можат да ја дестабилизираат Екмановата спирала. Во атмосферата, исто така, се наоѓаат Екманови спирали. Површинските ветрови на северната полутопка имаат тенденција да дуваат лево од ветровите во височина.
Поврзано
уредиНаводи
уреди- ↑ Ekman, V. W. 1905. On the influence of the Earth's rotation on ocean currents. Arch. Math. Astron. Phys., 2, 1-52.
- ↑ „AMS Glossary“. Архивирано од изворникот на 2007-08-17. Посетено на 2007-06-28.
- ↑ 3,0 3,1 Hunkins, K. (1966). „Ekman drift currents in the Arctic Ocean“. Deep-Sea Research. 13 (4): 607–620. Bibcode:1966DSRA...13..607H. doi:10.1016/0011-7471(66)90592-4.
- ↑ Field, J. G., C. L. Griffiths, E. A. S. Linley, P. Zoutendyk and R. Carter (1981). Wind-induced water movements in a Benguela kelp bed. Coastal Upwelling. F. A. Richards (Ed.), Washington D.C., American Geophysical Union: 507-513. ISBN 0-87590-250-2
- ↑ Davis, R.E.; de Szoeke, R.; Niiler., P. (1981). „Part II: Modelling the mixed layer response“. Deep-Sea Research. 28 (12): 1453–1475. Bibcode:1981DSRI...28.1453D. doi:10.1016/0198-0149(81)90092-3.
- ↑ 6,0 6,1 Price, J.F.; Weller, R.A.; Schudlich, R.R. (1987). „Wind-Driven Ocean Currents and Ekman Transport“. Science. 238 (4833): 1534–1538. Bibcode:1987Sci...238.1534P. doi:10.1126/science.238.4833.1534. PMID 17784291.
- ↑ 7,0 7,1 Chereskin, T.K. (1995). „Direct evidence for an Ekman balance in the California Current“. Journal of Geophysical Research. 100 (C9): 18261–18269. Bibcode:1995JGR...10018261C. doi:10.1029/95JC02182.
- ↑ Lenn, Y.-D.; Chereskin, T.K. (2009). „Observation of Ekman Currents in the Southern Ocean“. Journal of Physical Oceanography. 39 (3): 768–779. Bibcode:2009JPO....39..768L. doi:10.1175/2008jpo3943.1.
- ↑ 9,0 9,1 Polton, J.A.; Lenn, Y.-D.; Elipot, S.; Chereskin, T.K.; Sprintall, J. (2013). „Can Drake Passage Observations Match Ekman's Classic Theory?“ (PDF). Journal of Physical Oceanography. 43 (8): 1733–1740. Bibcode:2013JPO....43.1733P. doi:10.1175/JPO-D-13-034.1.
- ↑ 10,0 10,1 Roach, C.J.; Phillips, H.E.; Bindoff, N.L.; Rintoul, S.R. (2015). „Detecting and Characterizing Ekman Currents in the Southern Ocean“. Journal of Physical Oceanography. 45 (5): 1205–1223. Bibcode:2015JPO....45.1205R. doi:10.1175/JPO-D-14-0115.1.