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[科普中國(guó)]-布爾克曼數(shù)

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布爾克曼數(shù),即埃克曼數(shù)Ekman number,簡(jiǎn)稱Ek)是用來描述海洋及大氣的地球物理學(xué)現(xiàn)象的無量綱數(shù)。埃克曼數(shù)是流體的黏滯力和行星自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科里奧利力的比值,??寺鼣?shù)得名自瑞典海洋學(xué)家沃恩·華費(fèi)特·埃克曼。

簡(jiǎn)介布爾克曼數(shù),即??寺鼣?shù)Ekman number,簡(jiǎn)稱Ek)是用來描述海洋及大氣的地球物理學(xué)現(xiàn)象的無量綱數(shù)。??寺鼣?shù)是流體的黏滯力和行星自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科里奧利力的比值,??寺鼣?shù)得名自瑞典海洋學(xué)家沃恩·華費(fèi)特·??寺?。

??寺鼣?shù)也可以應(yīng)用在任何旋轉(zhuǎn)的流場(chǎng)中,此時(shí),埃克曼數(shù)是其黏滯力及科氏力的比值。當(dāng)??寺鼣?shù)小時(shí),擾動(dòng)在受摩擦力影響而消失之前就會(huì)開始傳播。??寺鼣?shù)描述埃克曼層厚度的量值,也就是粘滯力和科里奧利力平衡的特殊邊界層。1

定義埃克曼數(shù)的定義如下:

其中D為現(xiàn)象的特征尺度(多半是垂直的),ν為運(yùn)動(dòng)黏滯系數(shù)(kinematic viscosity),Ω為行星自轉(zhuǎn)的角速度,φ為緯度。

??寺鼣?shù)也可以用動(dòng)粘滯系數(shù)ν、角速度Ω及特征尺度L表示,例如Tritton的公式如下

相反的NRL Plasma Formulary的公式如下:

其中Ro是羅斯貝數(shù),而Re是雷諾數(shù)。1

沃恩·華費(fèi)特·埃克曼沃恩·華費(fèi)特·??寺?/strong>(瑞典語(yǔ):Vagn Walfrid Ekman,1874年5月3日-1954年3月9日),是瑞典海洋學(xué)家。他提出了??寺鼘永碚?,被譽(yù)為現(xiàn)代物理海洋學(xué)的第一人。其父弗雷德里克·勞倫茨·??寺且幻詫W(xué)成才的海洋學(xué)家。

V.W.??寺錾谌鸬涞乃沟赂鐮柲?,在烏普薩拉大學(xué)學(xué)習(xí)物理時(shí),曾聽過威廉·皮耶克尼斯關(guān)于流體力學(xué)的講座。在弗里喬夫·南森跟隨“前進(jìn)號(hào)”(Fram)進(jìn)行北極探險(xiǎn)時(shí),發(fā)現(xiàn)冰漂移的角度為盛行風(fēng)的方向偏右20-40°。之后南森請(qǐng)他的同事威廉·皮耶克尼斯安排一名學(xué)生對(duì)此問題進(jìn)行研究。??寺黄ひ四崴惯x中,并在1902年他的博士論文中提出了他的成果。1

科里奧利力科里奧利力(英語(yǔ):Coriolis Force;簡(jiǎn)稱:科氏力)是一種慣性力,是對(duì)旋轉(zhuǎn)體系中進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)由于慣性相對(duì)于旋轉(zhuǎn)體系產(chǎn)生的直線運(yùn)動(dòng)的偏移的一種描述。此現(xiàn)象由法國(guó)著名數(shù)學(xué)家兼物理學(xué)家古斯塔夫?科里奧利發(fā)現(xiàn),因而得名。

地轉(zhuǎn)偏向力使北半球的風(fēng)向右偏轉(zhuǎn),偏南風(fēng)逐步轉(zhuǎn)為西至西南風(fēng),偏北風(fēng)則漸轉(zhuǎn)東至東北風(fēng);南半球則相反,風(fēng)會(huì)向左偏轉(zhuǎn),偏北風(fēng)漸轉(zhuǎn)為西至西北風(fēng),而偏南風(fēng)則逐步轉(zhuǎn)為東至東南風(fēng)。而在赤道上,地轉(zhuǎn)偏向力則失效。此現(xiàn)象主導(dǎo)地球的高壓區(qū)和低壓區(qū)的空氣流向,北半球高壓區(qū)以順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)、低壓區(qū)(及熱帶氣旋)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn);南半球則是反方向,高壓區(qū)逆時(shí)針旋轉(zhuǎn),低壓區(qū)則是順時(shí)針。 地球自轉(zhuǎn)產(chǎn)生的科氏力的數(shù)值是很小的,因此其效應(yīng)只有在較大的時(shí)空尺度上才比較明顯,對(duì)于馬桶或水槽漩渦旋轉(zhuǎn)方向之類的小尺度、短時(shí)間過程的影響很不明顯。1

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

胡建平 - 副教授 - 西北工業(yè)大學(xué)