Corrent geostrófica

Archiu:Geostrophic current.pdf

Corrent geostrófica

Archiu:Dibujo Corrientes geostróficas.png

Archiu:Geostrophic current 1 NT.PNG

Un gir de l'hemisferi nort en equilibri geostrófico. L'aigua més pàlida és menys densa que l'aigua obscura, pero més densa que l'aire; el gradient de pressió cap a fòra està equilibrat per la força de coriolis a la dreta del fluix de 90 graus. L'estructura eventualment es dissiparà per la fricció i la mescla de les propietats de l'aigua.

Una corrent geostrófica és una corrent oceànica en la que la força del gradient de pressió s'equilibra en l'efecte Coriolis. La direcció del fluix geostrófico és paralela a les isobara, en l'alta pressió a la dreta del fluix en l'hemisferi nort i l'alta pressió a l'esquerra en l'hemisferi sur. Este concepte és familiar dels mapes meteorològics, les isobara dels quals mostren la direcció del fluix geostrófico en l'atmòsfera.

El fluix geostrófico pot ser barotrópico o baroclínico. Una corrent geostrófica també es pot considerar com una ona d'aigües someras en rotació en una freqüència de zero. El principi de geostrofia és útil per als oceanógrafos perque els permet inferir corrents oceàniques a partir de medicions de l'altura de la superfície de la mar (per mig de la combinació d'altimetria satelital i gravimetria) o de perfils verticals de la densitat de l'aigua de mar presa per barcos o boyas autònomes. Les principals corrents dels oceans del món, com la corrent del Golf, la corrent de Kuroshio, la corrent de Agulhas i la corrent Circumpolar Antàrtica, estan aproximadament en equilibri geostrófico i són eixemples de corrents geostróficas.

Explicació senzilla

l'aigua de mar tendix naturalment a moure's d'una regió d'alta pressió (o nivell de la mar alta) a una regió de baixa pressió (o nivell de la mar baixa). La força que espenta l'aigua cap a la regió de baixa pressió es diu força de gradient de pressió. En un fluix geostrófico, en lloc de que l'aigua es moga d'una regió d'alta pressió (o nivell de la mar alta) a una regió de baixa pressió (o nivell de la mar baixa), es mou a lo llarc de les llínees de pressió igual (isobara). Açò ocorre perque la Terra està girant.

La rotació de la terra dona com resultat una "força" que se sent quan l'aigua es mou de lo alt a lo baix, coneguda com força de Coriolis. La força de Coriolis actua en ànguls rectes al fluix, i quan equilibra la força del gradient de pressió, el fluix resultant es coneix com geostrófico.

Com es va indicar anteriorment, la direcció del fluix és en l'alta pressió a la dreta del fluix en l'hemisferi nort i l'alta pressió a l'esquerra en l'hemisferi sur. La direcció del fluix depén de l'hemisferi, perque la direcció de la força de Coriolis és oposta en els diferents hemisferis.

Formulació

Les equacions geostrófiques són una forma simplificada de les equacions de Navier-Stokes en un marc de referència giratori. En particular, se supon que no hi ha acceleració (estat estable), que no hi ha viscosidad i que la pressió és hidrostàtica. El saldo resultant és (Gill, 1982):

$fv=\frac{1}{\rho }\frac{\partial p}{\partial x}$

$fu=-\frac{1}{\rho }\frac{\partial p}{\partial y}$

On $f$ És el Paràmetro de coriolis , $\rho$ és la densitat, $p$ és la pressió i $u,v$ són les velocitats en les direccions$x,y$respectivament.

Una propietat especial de les equacions geostrófiques és que satisfan la versió d'estat estable de l'equació de continuïtat. És dir:

$\frac{\partial u}{\partial x}+\frac{\partial v}{\partial y}=0$

Ones giratòries de freqüència zero.

Les equacions que governen una ona d'aigua superficial llineal i rotatòria són:

$\frac{\partial u}{\partial t}-fv=-\frac{1}{\rho }\frac{\partial p}{\partial x}$

$\frac{\partial v}{\partial t}+fu=-\frac{1}{\rho }\frac{\partial p}{\partial y}$

El supòsit d'estat estable fet anteriorment (sense acceleració) és:

$\frac{\partial u}{\partial t}=\frac{\partial v}{\partial t}=0$

Alternativament, podem assumir una dependència en el temps, periòdica, de tipo ona:

$u\propto v\propto e^{i\omega t}$

En este cas, si configurem $\omega =0$ Hem revertit a les equacions geostrófiques anteriors. Per lo tant, una corrent geostrófica es pot considerar com una ona d'aigua superficial en rotació en una freqüència de zero.