科里奥利力对地球的影响

科里奥利力

背景介绍
第一部分，科氏力与地质作用
第二部分，科氏力与潮汐
第三部分，科氏力与中尺度涡旋
第四部分，总结

背景介绍

将地球当作一个转动的非惯性参照系，如果地球表面或者是其内部有一个物体以某种速度进行运动时，假设其运动的方向和地球地轴所转动的方向不平行的话，这个运动的物体就会受到科里奥利力的作用影响。所以，地球上的各种物体及气流运动都会受到科里奥利力的影响，比如说落体偏东现象，台风的形成，河岸冲刷，月亮潮，太阳潮，东北信风等现象。

第一部分，科氏力与地质作用

1、科里奥利力与地质作用：在地球上，地史时期千变万化的地质现象,都是各种地质作用的产物。一些地质作用的发生、发展和演化，又与科里奥利力密切相关。
2、河流冲刷作用
科里奥利力对河流冲刷作用的控制十分明显，科氏力遵循右手螺旋法则。对于北半球的河流，其右侧的冲刷强度较左侧更为强烈，左侧的堆积作用较为突出，对于南半球则相反。
我国自西向东流动的长江，南岸冲刷作用更强烈 , 北岸堆积作用显得较为突出。
苏联境内, 由南向北流入北冰洋的鄂毕河、叶尼塞河的河水对东岸的冲刷作用较西岸强烈 , 西岸的堆积作用显得较为突出
3、三角洲属于灾变性沉积，是由地球表部碎屑物经快速搬运、快速堆识形成。长江三角洲是世界上较大的三角洲之一，它的形成是河流的径流和潮汐的潮流综合作用的结果。
河口沙坝的形成 , 实际上是河流径流与落潮流综合作用的结果。涨潮流的作用是次要的,其形成的沉积物堆积不发育, 且易被改造。
科里奥利力对河口沙坝的展布起十分重要的作用。
4、裂谷的形成机制主要有两种。一 , 由地慢物质上涌 , 产生热效应 , 引起地壳的拉张形成；二, 由地壳张裂 , 引起地壳变薄 , 后来地慢物质上涌形成。
对于拉张作用形成的裂谷, 科里奥利力对裂谷内的拉张断裂的产状、裂谷地形的影响是客观存在的。
受科里奥利力影响的裂谷，其特征是：裂谷中轴线以东,断层系趋向于斜阶梯式, 断层面倾角和断距相对较小；中轴线以西, 断层系趋向于正阶梯式 , 断层面倾角和断距相对较大。

第二部分，科氏力与潮汐

由于天体运动而使海水所受引潮力不断变化，海水形成了时涨时落的运动，称为潮汐。海洋动力理论认为，海洋潮汐实际上是海水在月球和太阳水平引潮力作用下的潮波运动。
科氏力对潮汐的影响分为两个方面：
第一部分是科氏力对不同海区的潮汐的影响
窄长半封闭海湾：由于湾顶的反射将形成驻波
长海峡：由于地转偏向力（科氏力）将发生变形
半封闭的宽海湾：由于科氏力，潮波成为旋转潮波
第二部分是科氏力在不同时期对潮汐的影响
太阳相对地球在南北回归线之间的摆动，使流体相对固体南北振荡与混合，因此科氏力对不同时期的潮汐影响不同。
地球在春分和秋分扁率变为最大，形成赤道大潮，海水和液核流体通过临界唯纬度（35°）流向赤道，并在科氏力和西向引潮力作用下加速向西漂移，造成两极冷水入侵赤道并使大洋西部暖水变冷。
地球在夏至和冬至扁率变小，低纬排液排气强烈，形成赤道低潮，暖水流向两级时，在科氏力作用下向东漂移，加强了赤道逆流。尤其是半日潮产生的强烈振荡高值区由赤道向南北回归线偏移，形成顺时针昼环流和逆时针夜环流，昼夜反向环流和最大幅度南北振荡加强了冷暖水的混合。

第三部分，科氏力与中尺度涡旋

概念：中尺度涡旋（又称天气式海洋涡旋），是指海洋中直径有100-300千米、寿命为2-10个月的涡旋。相比于常见的用肉眼可见的涡旋，中尺度涡旋直径更大、寿命更长；但相比一年四季都存在的海洋大环流有又小很多，故称其为中尺度涡旋。它通常分为两种：气旋式涡旋（在北半球为逆时针旋转），反气旋式涡旋（在南半球为逆时针旋转）。
成因：北(南)半球，在气旋涡中，海水呈逆 (顺)时针旋转;在反气旋涡中，海水呈顺(逆)时针旋转。无论在南、北半球，由于地球自转诱导的科里奥利力，气旋涡 (反气旋涡)伴随着局地的辐聚 (辐散)，从而导致上升流(下沉流)。一般情况下，局地的上升流 (下沉流)会使得涡旋表面的海水温度低(高)于周围的海水温度，因此，气旋涡 (反气旋涡)又称为冷(暖)涡。
中尺度涡旋会改变流经海区原有的海水运动，使得海流的方向变化多端，流速增大数倍至数十倍，并伴随有强烈的水体垂直运动。旋涡中心势能最大，越远离中心，势能越小。涡旋动能的最大值不在中心，而是在水体旋转线速度最大的区域。
影响：
对海表温度(SST)的影响，气旋（反气旋）式的中尺度涡对应着低（高）的海面高度（SSH），在地转的作用下使海面海水辐散（辐聚），从而引起了下层（上层）海水的上升（下降）以作为补充，进而使海面呈现出低（高）的SST。中尺度涡对SST的影响不仅仅是由于它所引起的上升或下降流所造成的，还有一种途径那就是中尺度涡对背景SST的搅拌作用。在海洋的锋面处SST的梯度非常大，在中尺度涡强烈的搅拌作用下，会将冷水带到暖水处，同样也会将暖水带到冷水的地方，这样便会产生SST的“冷丝”和“暖丝”。
对温、盐、粒子的输运作用。对温、盐、流等的平均背景场而言，中尺度涡的存在对背景场产生一种不规则的脉动，所产生的脉动流速与脉动温度（盐度、粒子密度）的共同作用，产生了所谓的涡的热（盐、粒子）输运。相关研究表明，这种涡的输运作用与背景平流作用相比，不可忽略，而在西边界流及延伸体和南极绕极流海区，涡的输运作用更尤为显著。
中尺度涡对海洋化学及生物环境也有着不可忽视的影响。比如说中尺度涡所造成的上升流，将海洋下层的营养盐携带至海洋真光层，从而促进了海洋初级生产力的提高。此外，中尺度涡在锋面处的搅拌，以及中尺度涡对粒子的涡输运作用，也会影响局地的海洋化学及生物环境。最近在Science上发表的一篇报道指出，在东北太平洋中脊处的一个中尺度涡，正压性特别强，影响深度可达海底，从而帮助了海底热液出口处生物群落的迁移，可见中尺度涡对深海海洋生态有这前所未知的影响。

第四部分，总结

科氏力对海洋的影响有以下三个部分：
1、地质作用，如河流两侧侧受到的冲击强度不同，河口沙坝的形成，裂谷的地貌特征变化等
2、影响中尺度涡旋，进而影响海洋局部地区的海洋化学及生物环境
3、对潮汐的流向产生影响

如何利用科氏力：科研的最终目的是要为社会发展服务
1、应将取水站设置在在弯曲的河段上，且靠向河流的凹岸。河流边取水站的应设置在在弯曲的河段上，且靠向河流的凹岸。因为水流在科里奥利力和地球自转惯性作用下所形成的凹岸是没有泥沙堆积的，并且河水足够深能保证用水量，是理想的取水地点。
2、质量流量计：在当今时代，质量流量测量计在人们的日常生活、生产活动及科学研究方面有着非常广泛的应用．这种流量计不仅可以测量气液两相流，糊状及高粘度流体等一些较难测的流体的流量，而且消除了密度、温度等参数在测量中对流量计造成的影响．因此是一种精度较高，具有比较广泛适用范围的测量方式．
3、大地震后进行余震预测：同时使用科里奥利力效应来对最大余震问题研究进行预测是科里奥利力另一个应用，主要是用一种定性的方法来对地震产生的余震来进行迅速最大强度的判断．像08年汶川大地震就是利用科里奥利力的效应来对其最强的余震作出了最准确的预测．这种判断的方法主要还是用右手螺旋的前进或者是后退，就能够判断科里奥利力导致断盘两端是挤压还是拉离，所以就需要按照国内的逆断层大震的先例来对余震的最大强度进行判断．不过，由于科里奥利力的正比于地球自转的角速度ω，而ω=7.292×10－5rad/s，所以科里奥利力显得比较小，所产生明显的效应就必须经过长时间的积累条件．
4、水力混合反应池的设计：要想设计的水力混合反应池高效节能，必须让反应池内的水流方向与科里奥利力方向相同。同样在设计盘管式交换器时，也要让盘管内水流方向与科里奥利力作用方向保持一致，水流方向和科里奥利方向保持一致能有效的减少水压对盘管内的磨损。在自来水厂中常见的隔板反应池也就是水力搅拌式反应构筑物，它有回转式和往返重复式两种类型，在回转式隔板反应池中的水流在反应池的转弯处水头损失较大，损失的水头降低了反应池内絮凝效果，在回转式隔板反应池的设计之中应该考虑这部分水头损失。反应池的设计结合科里奥利力效应所得出结论：在北半球上反应池的水流方向按顺时针方向设计，南半球上反应池的水流方向按逆时针方向设计，水流方向与科里奥利力方向相同，减小水头损失提高工作效率。