为什么海洋表面速度大约3%的风速?

Question

许多入门级教材表明,作为一个经验法则,海洋表面的速度大约是3%在10米海面风速。

例如,海洋环流由开放大学出版社,39页:

另一个有用的经验观察,表面电流的速度通常是风速的3%,这样一个10 m / s风可能会产生表面电流约为0.3 m / s

机制,导致这个比例是什么?这种关系有多普遍?

Answer 1

一个很好的分析看关系是一篇文章的3%韦伯(1983)。他的主要结果是:

我们假设一个完全开发海洋,涡流粘度是与摩擦速度乘以一个特征深度成正比。因此,总电流(埃克曼电流加上波浪诱导电流)可以表示为风速的函数。结果表明,总表面电流的大小介于3.1和3.4%的风速10米高度风5至30米⁻¹。

当前的想法是,包括埃克曼(意味着引发的表面风应力)和波浪诱导电流(斯托克斯漂移),由此产生的总表面速度可以很容易地表示为一个函数的风速10米。埃克曼和波浪诱导电流都是相同的大小和增加约3%的风速。埃克曼的假设包括一系列动力学(均匀、不受边界),加上一些关于波(non-decaying、小振幅)。在真正的海洋,涡流粘度是垂直变量,但是,因为它是埃克曼的情况动态,近似相当接近海洋中观察到的是什么。韦伯的近似是有效的用于大范围的风(5 - 30 m s值⁻¹)和他们在弱风分解(没有完全开发波)和强风条件(白帽队队员,波打破)。

韦伯,j·E。,1983:稳定的风和海浪引发的电流在开放海域。期刊。Oceanogr。,524 - 530。