Сила Кориолиса – Стокса

В гидродинамике сила Кориолиса -Стокса представляет собой воздействие на средний поток во вращающейся жидкости из-за взаимодействия эффекта Кориолиса и волнового дрейфа Стокса . Эта сила действует на воду независимо от напряжения ветра .

Эта сила названа в честь Гаспара-Гюстава Кориолиса и Джорджа Габриэля Стоукса , двух ученых девятнадцатого века. Важные первоначальные исследования влияния вращения Земли на волновое движение – и возникающие в результате воздействия на среднюю циркуляцию океана – были проведены Урселлом и Диконом (1950) , Хассельманном (1970) и Поллардом (1970) .

Влияние Кориолиса-Стокса на среднюю циркуляцию в эйлеровой системе отсчета было впервые дано Хассельманном (1970) :

$\rho {\boldsymbol {f}}\times {\boldsymbol {u}}_{S},$

быть добавлено к общему воздействию Кориолиса $\rho {\boldsymbol {f}}\times {\boldsymbol {u}}.$ Здесь ${\boldsymbol {u}}$ - средняя скорость потока в эйлеровой системе отсчета и ${\boldsymbol {u}}_{S}$ – скорость стоксова дрейфа – при условии, что обе скорости являются горизонтальными (перпендикулярными ${\hat {\boldsymbol {z}}}$). Дальше $\rho$ жидкости плотность , $\times$ является оператором перекрестного произведения , ${\boldsymbol {f}}=f{\hat {\boldsymbol {z}}}$ где $f=2\Omega \sin \phi$ – параметр Кориолиса (при $\Omega$ вращения Земли угловая скорость и $\sin \phi$ синус ​ широты и ) ${\hat {\boldsymbol {z}}}$ — единичный вектор в вертикальном направлении вверх (против земного притяжения ).

Поскольку скорость стоксова дрейфа ${\boldsymbol {u}}_{S}$ находится в направлении распространения волны , а ${\boldsymbol {f}}$ находится в вертикальном направлении, сила Кориолиса-Стокса перпендикулярна направлению распространения волны (т.е. в направлении, параллельном гребням волн ). На глубокой воде скорость стоксова дрейфа равна ${\boldsymbol {u}}_{S}={\boldsymbol {c}}\,(ka)^{2}\exp(2kz)$ с ${\boldsymbol {c}}$ волны фазовая скорость , $k$ волновое число , $a$ волны амплитуда и $z$ вертикальная координата (положительная в направлении вверх, противоположном ускорению свободного падения).

См. также

• Слой Экмана
• Экман транспорт

Ссылки

• Хассельманн, К. (1970), «Инерционные колебания, вызванные волнами», Geophysical Fluid Dynamics , 1 (3–4): 463–502, Bibcode : 1970GApFD...1..463H , doi : 10.1080/03091927009365783
• Лейбович, С. (1980), «О теориях взаимодействия волн и токов в ленгмюровских циркуляциях», Journal of Fluid Mechanics , 99 (4): 715–724, Бибкод : 1980JFM....99..715L , doi : 10.1017/ S0022112080000857 , S2CID   14996095
• Поллард, RT (1970), «Поверхностные волны с вращением: точное решение», Journal of Geophysical Research , 75 (30): 5895–5898, Бибкод : 1970JGR....75.5895P , doi : 10.1029/JC075i030p05895
• Урселл, Ф .; Дикон, Германия (1950), «О теоретической форме океанского волнения на вращающейся Земле», Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества , 6 (Геофизическое приложение): 1–8, Бибкод : 1950GeoJ....6... .1U , дои : 10.1111/j.1365-246X.1950.tb02968.x