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Articulo de referencia

Corriente geostrófica

Un ejemplo de flujo geostrófico en el hemisferio norte. Un giro del hemisferio norte en equilibrio geostrófico ; el agua más clara es menos densa que el agua oscura, pero más de...

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Un ejemplo de flujo geostrófico en el hemisferio norte.
Un ejemplo de flujo geostrófico en el hemisferio norte.
Un giro del hemisferio norte en equilibrio geostrófico ; el agua más clara es menos densa que el agua oscura, pero más densa que el aire; el gradiente de presión hacia afuera se equilibra con la fuerza de Coriolis a 90 grados a la derecha del flujo . La estructura eventualmente se disipará debido a la fricción y la mezcla de las propiedades del agua.

Una corriente geostrófica es una corriente oceánica en la que la fuerza del gradiente de presión se equilibra con el efecto Coriolis . La dirección del flujo geostrófico es paralela a las isobaras , con la alta presión a la derecha del flujo en el hemisferio norte y a la izquierda en el hemisferio sur . Este concepto es familiar gracias a los mapas meteorológicos , cuyas isobaras muestran la dirección de los vientos geostróficos . Los flujos geostróficos pueden ser barotrópicos o baroclínicos . Una corriente geostrófica también puede considerarse como una onda rotatoria de aguas poco profundas con frecuencia cero.

El principio de geostrofía o equilibrio geostrófico es útil para los oceanógrafos porque les permite inferir las corrientes oceánicas a partir de mediciones de la altura de la superficie del mar (mediante altimetría satelital y gravimetría combinadas ) o de perfiles verticales de densidad del agua de mar tomados por barcos o boyas autónomas. Las principales corrientes de los océanos del mundo, como la Corriente del Golfo , la Corriente de Kuroshio , la Corriente de Agulhas y la Corriente Circumpolar Antártica , se encuentran aproximadamente en equilibrio geostrófico y son ejemplos de corrientes geostróficas.

Explicación sencilla

El agua de mar tiende naturalmente a moverse desde una región de alta presión (o nivel del mar elevado) hacia una región de baja presión (o nivel del mar bajo). La fuerza que empuja el agua hacia la región de baja presión se denomina gradiente de presión. En un flujo geostrófico, en lugar de que el agua se mueva desde una región de alta presión (o nivel del mar elevado) hacia una región de baja presión (o nivel del mar bajo), se mueve a lo largo de las líneas de igual presión ( isobaras ). Esto ocurre debido a la rotación de la Tierra . La rotación de la Tierra genera una fuerza que el agua experimenta al moverse de la zona de alta presión a la de baja presión, conocida como fuerza de Coriolis . La fuerza de Coriolis actúa perpendicularmente al flujo, y cuando equilibra el gradiente de presión, el flujo resultante se denomina geostrófico.

Como ya se mencionó, en el hemisferio norte la dirección del flujo es con la alta presión a la derecha , y en el hemisferio sur, con la alta presión a la izquierda . La dirección del flujo depende del hemisferio, ya que la fuerza de Coriolis actúa en direcciones opuestas en cada uno.

Derivación

Las ecuaciones geostróficas son una forma simplificada de las ecuaciones de Navier-Stokes en un sistema de referencia giratorio. En particular, se supone que no hay aceleración (estado estacionario), ni viscosidad, y que la presión es hidrostática . El balance resultante es ( Gill 1982 ) :

Fv=1ρ∂pag∂incógnita{\displaystyle fv={\frac {1}{\rho }}{\frac {\partial p}{\partial x}}}
Ftú=−1ρ∂pag∂y{\displaystyle fu=-{\frac {1}{\rho }}{\frac {\partial p}{\partial y}}}

dóndeF{\displaystyle f}es el parámetro de Coriolis ,ρ{\displaystyle \rho }es la densidad,pag{\displaystyle p}es la presión ytú,v{\displaystyle u,v}son las velocidades en elincógnita,y{\displaystyle x,y}-direcciones respectivamente.

Una propiedad especial de las ecuaciones geostróficas es que satisfacen la versión incompresible de la ecuación de continuidad. Es decir:∇⋅tú=0{\displaystyle \nabla \cdot \mathbf {u} =0}

∂tú∂incógnita+∂v∂y=0{\displaystyle {\frac {\partial u}{\partial x}}+{\frac {\partial v}{\partial y}}=0}

Ondas rotatorias de frecuencia cero

Las ecuaciones que rigen una onda lineal y rotatoria en aguas poco profundas son:

∂tú∂t−Fv=−1ρ∂pag∂incógnita{\displaystyle {\frac {\partial u}{\partial t}}-fv=-{\frac {1}{\rho }}{\frac {\partial p}{\partial x}}}
∂v∂t+Ftú=−1ρ∂pag∂y{\displaystyle {\frac {\partial v}{\partial t}}+fu=-{\frac {1}{\rho }}{\frac {\partial p}{\partial y}}}

La suposición de estado estacionario ( sin aceleración neta ) es:

∂tú∂t=∂v∂t=0{\displaystyle {\frac {\partial u}{\partial t}}={\frac {\partial v}{\partial t}}=0}

Alternativamente, podemos suponer una dependencia temporal periódica y ondulatoria:

tú∝v∝miiωt{\displaystyle u\propto v\propto e^{i\omega t}}

En este caso, si establecemosω=0{\displaystyle \omega =0}Hemos vuelto a las ecuaciones geostróficas anteriores. Por lo tanto, una corriente geostrófica puede considerarse como una onda rotatoria de aguas poco profundas con una frecuencia de cero.

Para obtener más detalles sobre la derivación ↓

Referencias

  • Gill, Adrian E. (1982), Dinámica atmósfera-océano , Serie Geofísica Internacional, vol.  30, Oxford: Academic Press, ISBN 0-12-283522-0