4.4洋流(2)
（二）洋流的成因类型
1.风海流（漂流、吹流）风海流是海水在风的切应力作用下形成的水平运动。大量的海洋调查发现，海流流向和盛行风向间有一定的偏角。本世纪初由瑞典学者埃克曼创立的漂流理论，相当成功地解释了风海流现象。风海流可分深风海流和浅风海流两类。
1）风海流理论的基本假定 假定海区远离大陆，海深无限，面积广大，海水运动不受海底和海岸的影响；水面水平，海水密度分布均匀；作用于海面的风是定向恒速的。
风通过摩擦将一部分动量传给海水，使表层海水流动。由于地转偏向力（科氏力）的作用，使海水流向在北半球偏于风向的右侧。借助海水的内摩擦，表层海水又带动下层海水流动，地转偏向力的作用会使每一层水的流向偏于上一个水层流向的右侧。在摩擦转动过程中，能量不断消耗，直到海面以下某深度处，能量消耗殆尽。经过长时间的定向恒速风的作用，各层海水的流动便趋于定向、匀速状态。这就是风海流发生的物理机制。
2）风海流理论的几点结论
①风海流强度与风的切应力大小有密切的关系。切应力（τa）可用下式表示：
t a=c·r a·W2≈0.02W2 (4-31)
式中，c为系数：r a为空气密度，W为风速。
由（4-31）式可知，风的切应力大小与风速的平方成正比。
②受地转偏向力的影响，表面流向偏开风向45°左右（北半球右偏，南半球左偏）。不同海区这一偏角稍有差别（表4-9），并随水深的增加呈线性加大，直到某一深处，流向与表层流向相反，这一深度称为摩擦深度。通常将摩擦深度作为风海流所能达到的下限，一般为100—300米。摩擦深度（Da）可按经验公式计算：
式中，W为风速（米/秒）；j 为地理纬度。
③风海流表层流速最大。埃克曼根据大量观测资料，求出风海流表层流速（v0）与风速的经验关系式：
式中符号与（4-32）相同。
④由海面向下，流速按指数律减小，可用下式表达：
式中，vh为某一水深h处的流速（厘米/秒），h为水深（米）。
当h=Da时，上式可写成：
vh=v0e-π=0.043v0 (4-35)
即水深等于摩擦深度时，其流速只有表面流速的4.3％左右，可见摩擦深度上流速很小。当超过摩擦深度时，风海流即可认为不存在。
从海面向下到摩擦深度Da的范围内，风海流的垂直分布模式。在平面上投影端点而构成的曲线称为埃克曼螺线。
⑤理论计算表明，风海流水体输送方向偏于风向右侧（北半球），与风向的夹角为90°。这是由于在摩擦深度内，海水内摩擦力的合力为零，又不考虑海底的摩擦，海流是在风切应力和地转偏向力相平衡时的稳定流动。因此，风海流水体输送方向与风向的夹角应是90°。
⑥上面讨论的是水深无限时的风海流。实际上海水的深度总是有限的。一般认为，当海水深度与摩擦深度的比值（h/Da）大于或等于2时，即可以不考虑海底摩擦的影响，按深海风海流处理。而当h/Da小于2时，海底摩擦的影响不容忽视，此时发生的风海流称为浅海风海流。
浅海风海流因海水浅，受海底摩擦阻力影响，使浅海风海流表层流向与风向偏角变小，流向随水深增加变化缓慢。当水深h=0.1Da时，洋流流向在整个水深上与风向一致；当水深h=0.5Da时，偏角增大到45°；以后随水深的增加，偏角几乎不变；水深越浅，偏离的角度越小。浅海风海流的水体输送方向也偏离风向的右侧（北半球），但偏离的角度小于90°。
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