为什么海面速度是风速的3%左右?

Question

许多入门级的教科书认为，根据经验，海洋表面的速度大约是海平面以上10米处风速的3%。

例如,海洋环流公开大学出版社，第39页:

另一个有用的经验观察是，表面电流的速度通常是风速的3%，因此10米/秒的风可能会产生约0.3米/秒的表面电流

造成这个比例的机制是什么?这种关系有多普遍?

Answer 1

一篇文章对3%的关系进行了很好的分析韦伯(1983)。他的主要成果是:

假设海洋发育完全，旋流黏度与摩擦速度乘以特征深度成正比。因此，总电流(埃克曼电流加上波致电流)可以表示为风速的函数。结果表明:当风速为5 ~ 30 m时，地表总流的大小在10 m高度风速的3.1 ~ 3.4%之间⁻¹。

其思想是，通过包括埃克曼电流(由地表平均风应力引起)和波诱导电流(斯托克斯漂移)，得到的总表面速度可以很容易地表示为10米风速的函数。埃克曼流和波浪诱导流的大小差不多，加起来约为风速的3%。假设包括埃克曼动力学的全部范围(齐次，不受边界影响)，加上一些关于波的假设(非衰减，小振幅)。在真实的海洋中，涡流粘度是垂直变化的，但是，正如埃克曼动力学的情况一样，这个近似值非常接近于在海洋中观察到的情况。韦伯使用的近似值适用于大范围的风值(5-30米秒)⁻¹)，它们在弱风(未完全形成的波浪)和强风条件(白浪、破浪)下分解。

韦伯，1983年:开放海洋中稳定的风和波诱导流。期刊。Oceanogr。,13,524- - - - - -53.0.