Efectosdelvientoenelocéano:oleaje

Losprimerosefectosdelvientosonelcrearoleajedeperíodocorto,quecrecehastaondasmáslargasEloleajeysuinteracciónconelvientotransmiteelesfuerzodelvientohaciaelocéano

τ = ρa Cd W2

ρa ~ 1.3 kgm−3

Cd ~1→3 ×10−3

(Nm-2)

Efectosdelvientoapequeñaescala:celdasdeLangmuir

Escalahorizontal:10-50mEscalaverIcal:4-6m

τ = ρa Cd W2 (Nm-2) Fuerzaporunidaddeárea

•  Elesfuerzodelvientosetransmitealacolumnadeaguaatravésdelaviscosidaddelfluido

•  Laviscosidaddalugaralafricciónqueseoponealmovimiento

•  Laviscosidadpermitelamezclaturbulentaylatransferenciadelaenergíadelvientohaciacapasinferioresquenoestánexpuestasalviento

Esfuerzodelviento

Corrientesbajounvientoconstante

•  Cuandoelocéanoestáexpuestoaunvientouniformeyconstante,lacapasuperficialsemueveenladireccióndelviento

•  SielvientoconInúasuacción,elaguaseaceleraeincrementasuvelocidad

•  Laintensidaddelacorrientellegaaunlímite

•  Estoimplicaquelafuerzadelvientosobrelasuperficieestásiendocontrarrestadaporotrasfuerzas

Corrientesbajounvientoconstante

•  Lafuerzadelvientosobrelasuperficieestáenbalanceconotrasfuerzas

Ø  Fuerzadefricción

Ø  FuerzadeCoriolis

Corrientesbajounvientoconstante

•  Lafuerzadefricciónseoponealmovimientoyseincrementaconformelavelocidadaumenta

•  LafuerzadeCoriolisactúaunavezqueseiniciaelmovimiento

Esfuerzodelviento=Fricción+Coriolis

Bajolainfluenciadeunvientoconstantelacapasuperficialsemueveavelocidadconstanteenunadireccióndiferentealadelviento

x: ∂u/∂t + u ∂u/∂x + v ∂u/∂y + w ∂u/∂z - fv = - (1/ρ)∂p/∂x + ∂/∂x(AH∂u/∂x) + ∂/∂y(AH∂u/∂y) +∂/∂z(AV∂u/∂z) y: ∂v/∂t + u ∂v/∂x + v ∂v/∂y + w ∂v/∂z + fu = - (1/ρ)∂p/∂y + ∂/∂x(AH∂v/∂x) + ∂/∂y(AH∂v/∂y) +∂/∂z(AV∂v/∂z) z: ∂w/∂t + u ∂w/∂x + v ∂w/∂y + w ∂w/∂z (+ Fc≈0) = - (1/ρ)∂p/∂z - g + ∂/∂x(AH∂w/∂x) + ∂/∂y(AH∂w/∂y) +∂/∂z(AV∂w/∂z)

Balancedefuerzas(conrotación)

x: ∂u/∂t + u ∂u/∂x + v ∂u/∂y + w ∂u/∂z - fv = - (1/ρ)∂p/∂x + ∂/∂x(AH∂u/∂x) + ∂/∂y(AH∂u/∂y) + ∂/∂z(AV∂u/∂z) y: ∂v/∂t + u ∂v/∂x + v ∂v/∂y + w ∂v/∂z + fu = - (1/ρ)∂p/∂y + ∂/∂x(AH∂v/∂x) + ∂/∂y(AH∂v/∂y) +∂/∂z(AV∂v/∂z) z: ∂w/∂t + u ∂w/∂x + v ∂w/∂y + w ∂w/∂z (+ Fc≈0) = - (1/ρ)∂p/∂z - g + ∂/∂x(AH∂w/∂x) + ∂/∂y(AH∂w/∂y) +∂/∂z(AV∂w/∂z)

Balancedefuerzas(conrotación)

✗ ✗ ✗ ✗✗ ✗✗

✗ ✗ ✗✗ ✗✗

✗

Elbalancequedacomo:

− f v = ∂∂z

AV∂u∂z

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

f u = ∂∂z

AV∂v∂z

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

f v + AV∂2 u∂z2

= 0

− f u + AV∂2 v∂z2

= 0

Cuyasoluciónes:

u=V0 eaz cos π4+ az

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

v=V0 eaz sen π4+ az

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

V0 =τ

ρ2 f AVa = f

2AV

Enz=0(superficie)

u(0) = V0 cosπ4

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

v(0) = V0 senπ4

⎛

⎝⎜

⎞

⎠⎟

Estoes,lacorrientesuperficialestáorientada45°aladerechadelvientoenelHN.

Debajodelasuperficie:

u2 + v2⎡⎣ ⎤⎦12 = V0 ea z

Lavelocidaddecaeexponencialmenteconlaprofundidad.

¿Cómo se propaga la fuerza del viento hacia el océano?

superficie

balance entre fricción y rotación

EspiraldeEkman

ProfundidaddeEkman

Laprofundidadhastalaqueactúaelvientoocurreen

DE =2π 2 AV

f≈3.8W10

sen ϕ

EspiraldeEkman

EltransportenetoenlacapadeEkmanocurre90°aladerechadelviento

UEK =τρ f

(m2s-1)

Técnicamente,noesuntransporte(m3s-1).Sedebesumarhorizontalmentealolargodeunasecciónparaobtenerlasunidades

Siτ~0.1Nm-2,UEK=1m2s-1.Siseintegrasobreunadistanciade5000km,eltransportetotales5x106m3s-1,osea,5Sv.

ObservacionesdelacapadeEkman

Vientosobrelasuperficie

BalancedeEkmanglobalenbaseaboyasdederiva

Azul–Vientopromedio

Rojo-Corrientepromedio0-15m

Patrón de vientos y el Transporte de Ekman

Topografía Dinámica promedio (Topex Poseidon)

VientoyBombeodeEkman (hemisferionorte)

N

SurgenciaporelRotacionaldelEsfuerzo(divergencia)delViento

•  ElrotacionalposiIvolevantalatermoclinaestacional

•  LosnutrientesdebajodelatermoclinasedesplazanhacialazonafóIca

EspiraldeEkmanSurgenciaCostera

•  Enpromedio,elaguasemueve90°aladerechadelvientoenlacapasuperficial(capadeEkman).

•  ParaqueexistasurgenciacosteraenelHN,elvientodebeserparaleloalacosta,conlacostaalaizquierda

•  Lasaguascosterassonmásfríasyricasennutrientes

CorrientesdeFronteraOriental