埃克曼层

埃克曼层理论适用于许多地区，包括大气层底部（接近地球表面和海洋），大洋底部（海床附近）和表层海水（海气界面附近）。

不同地区有不同的边界条件。下面考虑埃克曼层在表层海水的边界条件[2] ：

在${\displaystyle \ z=0:\rho \nu {\frac {\partial u}{\partial z}}=\tau _{x};\rho \nu {\frac {\partial v}{\partial z}}=\tau _{y}}$

其中${\displaystyle \ \tau }$是海洋上方表面风或冰层的应力。

在${\displaystyle \ z\to \infty :u=u_{g},v=v_{g}}$，

其中${\displaystyle \ u_{g}}$和${\displaystyle \ v_{g}}$是地转流。

求解这些微分方程得到：

${\displaystyle \ u=u_{g}+{\frac {\sqrt {2}}{\rho fd}}e^{z/d}\left[\tau _{x}cos(z/d-\pi /4)-\tau _{y}sin(z/d-\pi /4)\right]}$ ${\displaystyle \ v=v_{g}+{\frac {\sqrt {2}}{\rho fd}}e^{z/d}\left[\tau _{x}sin(z/d-\pi /4)-\tau _{y}cos(z/d-\pi /4)\right].}$

式中 ${\displaystyle \ d={\sqrt {\frac {2\nu }{f}}}}$

注意在北半球对艾克曼螺旋引起的体积输送作垂直积分后，方向为垂直风向向右。

在大气中，埃克曼解夸大了水平风场的强度，因为它与表层速度切变无关。将边界层分为表面层和埃克曼层一般会得到更精确的结果。[4]

埃克曼层以及它的显着特征：埃克曼螺旋，在海洋中很少看到。靠近海面的埃克曼层大约只有10-20米深，[4]并且直到1980年前后，才有足够敏感的仪器能够观察这一浅层的流速垂直分布。[2]

只有开发出强大的表面系泊和敏感的海流计，才能观测到埃克曼层。埃克曼自己制作了一个海流计，观察以他的名字命名的螺旋，但没有成功。[5] 矢量测量海流计[6]和声学多普勒流速剖面仪都用于测量海流。

埃克曼螺旋的第一次观测是在1980年的混合层实验中。[7]