埃克曼螺線
正文
描寫大氣邊界層（除大氣近地面層）內風矢隨高度變化的一種模式分布。按此模式，風向隨高度增大而向右鏇轉（北半球），風速隨高度增加而增大，不同高度的風矢末端的連線為一螺線。這一規律是瑞典海洋學家V.W.埃克曼研究洋流規律時於1905年首先得出的，故稱為埃克曼螺線，並把風矢具有以上特性的邊界層稱為埃克曼層。埃克曼層又稱上部摩擦層或上邊界層。埃克曼層空氣質點的流動，主要受到氣壓梯度力、科里奧利力和湍流粘性力（摩擦力）的作用。埃克曼從這三種力所決定的大氣動力方程組出發，假設湍流交換係數K 等於常數，而且氣壓梯度力不隨高度變化，得出風廓線公式為式中α=( f/2K)1/2, f為科里奧利參數，z為高度, ug為地轉風（見大氣運動的平衡狀態），u(z)、v(z)分別為x方向和y方向的水平風速分量，x方向與等壓線平行，高壓在右,低壓在左,且與地轉風方向一致。按此公式繪製的埃克曼層內風隨高度的分布圖(圖1)，描述了大氣邊界層中風矢(V)的鉛直結構特徵。摩擦力的影響,使地面風穿過等壓線吹向低壓。隨高度增加,摩擦力影響則愈來愈小，風速愈接近地轉風。風速第一次達到地轉風時的高度，即為大氣邊界層的上界。 在埃克曼層中，實際風矢的鉛直分布是很複雜的。一般單次實測的結果和埃克曼螺線不盡一致，只有多次實測資料的平均結果才和埃克曼螺線的模式相近(圖2)。 產生這種偏差的原因較多，例如：風場和溫度場在水平方向不均勻時，地轉風將隨高度變化;在不同的高度,湍流交換係數K不是常數。為此，對K隨高度的變化、地轉風隨高度變化的影響等進行了許多研究,改善了埃克曼的結果,但問題還沒有完全解決。
