埃克曼層是流體中壓力梯度力、科里奧利力和湍流阻力之間存在力平衡的層。 它首先由 Vagn Walfrid Ekman 描述。 埃克曼層存在于大氣層和海洋中。

埃克曼層有兩種類型。 xxx種類型發生在海洋表面，受表面風的影響，表面風在海洋表面起到阻力的作用。 第二種類型發生在大氣層和海洋的底部，摩擦力與流經粗糙表面有關。

在弗里喬夫·南森 (Fridtjof Nansen) 乘坐弗拉姆號 (Fram) 進行北極探險時，觀察到冰塊以 20°–40° 的角度向盛行風向右側漂移后，埃克曼 (Ekman) 發展了埃克曼層理論。 Nansen 請他的同事 Vilhelm Bjerknes 讓他的一名學生研究這個問題。 Bjerknes 選擇了 Ekman，Ekman 在 1902 年將他的結果作為他的博士論文發表。

埃克曼層的數學公式首先假設一種中性分層流體，壓力梯度力、科里奧利力和湍流阻力之間的平衡。

其中 u {\displaystyle \ u} 和 v {\displaystyle \ v} 分別是 x {\displaystyle \ x} 和 y {\displaystyle \ y} 方向的速度，f { \displaystyle \ f} 是局部科里奧利參數，而 K m {\displaystyle \ K_{m}} 是擴散渦粘性，可以使用混合長度理論推導。 請注意 p {\displaystyle p} 是一個修改后的壓力：我們結合了壓力的流體靜力學，以考慮重力。

在許多地區，埃克曼層在理論上是可行的； 它們包括大氣層底部、地球和海洋表面附近、海洋底部、海底附近和海洋頂部、空氣-水界面附近。 不同的邊界條件適用于這些不同情況中的每一種。 這些情況中的每一種都可以通過應用于所得常微分方程組的邊界條件來解釋。 頂部和底部邊界層的單獨情況如下所示。

我們將考慮上層海洋埃克曼層的邊界條件：

在 z = 0 : A ? u ? z = τ x 和 A ? v ? z = τ y , {\displaystyle {\text{at }}z=0:\quad A{\frac {\ partial u}{\partial z}}=\tau {x}\quad {\text{and}}\quad A{\frac {\partial v}{\partial z}}= \tau {y},}

其中 τ x {\displaystyle \ \tau {x}} 和 τ y {\displaystyle \ \tau {y}} 是表面應力的分量， τ {\displaystyle \ \tau } , 是海洋頂部的風場或冰層，而 A ≡ ρ K m {\displaystyle \ A\equiv \rho K_{m}} 是動力粘度。

求解這些微分方程可以得到：

d {\displaystyle d} 的值稱為埃克曼層深度，表示海洋中由風引起的湍流混合的滲透深度。 請注意，它隨兩個參數變化：湍流擴散系數 K m {\displaystyle K_{m}} 和緯度，由 f {\displaystyle f} 封裝。 對于典型的 K m = 0.1 {\displaystyle K_{m}=0.1} m 2 {\displaystyle {2}} /s，在緯度 45° ( f = 10 ? 4 {\displaystyle f=10{ -4}} s ? 1 {\displaystyle {-1}} ), 那么 d {\displaystyle d} 大約是 45 米。 這種 Ekman 深度預測并不總是與觀察結果完全一致。

這種水平速度隨深度 ( ? z {\displaystyle -z} ) 的變化被稱為埃克曼螺線。