Геострофна струја

Геострофна струја е океанска струја во која силата на притисочниот градиент на притисокот е избалансирана со Кориолисовиот ефект. Насоката на геострофичниот тек е паралелна со изобарите, со високиот притисок десно од протокот на северната полутопка и високиот притисок лево на јужната полутопка. Овој концепт е познат од временските мапи, чии изобари го покажуваат правецот на геострофниот тек во атмосферата. Геострофниот тек може да биде или баротропен или бароклиничен. Геострофната струја може да се смета и како ротирачки бран на плитка вода со честота од нула. Принципот на геострофија е корисен за океанографите бидејќи им овозможува да заклучат океански струи од мерењата на висината на површината на морето (со комбинирана сателитска височина и гравиметрија) или од вертикалните профили на густината на морската вода земени од бродови или автономни пловци. Главните струи на светските океани, како што се Голфската струја, струјата Курошио, струјата Игленортската и кружната струја на Антарктикот, се приближно во геострофна рамнотежа и се примери за геострофни струи.

Едноставно објаснување

Морската вода природно има тенденција да се движи од регион со висок притисок (или високо морско ниво) во регион со низок притисок (или ниско ниво на морето). Силата што ја турка водата кон регионот со низок притисок се нарекува сила на притисочниот градиент. Во геострофичниот тек, наместо водата да се движи од регион со висок притисок (или високо морско ниво) во регион со низок притисок (или ниско ниво на морето), таа се движи по линиите со еднаков притисок (изобари). Ова се случува затоа што Земјата ротира. Вртењето на земјата резултира со „сила“ што се чувствува од водата што се движи од високо кон ниско, позната како Кориолисова сила. Кориолисовата сила делува под прав агол на протокот и кога ја урамнотежува силата на притисочниот градиент, добиениот тек е познат како геострофен.

Како што е наведено погоре, насоката на протокот е со високиот притисок десно од протокот во северната полутопка и високиот притисок лево во јужната полутопка. Насоката на протокот зависи од полутопката, бидејќи насоката на Кориолисовата сила е спротивна во различните полутопки.

Формулација

Геострофните равенки се поедноставена форма на Навје-Стоксовите равенки во вртежна појдовна рамка. Особено, се претпоставува дека нема забрзување (стабилна состојба), дека нема вискозност и дека притисокот е хидростатички. Резултирачката рамнотежа е (Гил, 1982):

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

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

каде $f$ е параметарот Кориолис, $\rho$ е густината, $p$ е притисокот и $u,v$ се брзините во $x,y$ -насоки соодветно.

Едно посебно својство на геострофните равенки е тоа што тие ја задоволуваат верзијата на стабилна состојба на равенката за континуитет. Тоа е:

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

Ротирачки бранови со нулта честота

Равенките што го регулираат линеарниот, ротирачки бран на плитка вода се:

{\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}}

Претпоставката за стабилна состојба направена погоре (без забрзување) е:

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

Алтернативно, можеме да претпоставиме брановидна, периодична, зависност во времето:

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

Во овој случај, ако поставиме $\omega =0$ , се вративме на геострофичките равенки погоре. Така, геострофната струја може да се замисли како ротирачки бран на плитка вода со честота од нула.

Поврзано

Геострофичен ветер

Наводи

Gill, Adrian E. (1982), Atmosphere-Ocean Dynamics, International Geophysics Series, 30, Oxford: Academic Press, ISBN 0-12-283522-0