Geostrofisk straum

Eit døme på ein geostrofisk straum på den nordlege halvkula.

Ein geostrofisk straum er ein havstraum der trykkgradientkrafta er balansert av corioliskrafta. Retninga til den geostrofiske straumen er parallell til isobarane med høgt trykk til høgre for straumretninga på den nordlege halvkula og til venstre på den sørlege halvkula. Dette konseptet er kjend frå vêrkart der isobarane syner retninga til geostrofisk vind i atmosfæren. Geostrofisk straum kan anten vere barotropisk eller baroklin. Ein geogstrofisk straum kan altså tenkast som ei roterande grunn vassbølgje med ein frekvens lik null. Geostrofiprinsippet er nyttig for oseanografar fordi det gjer at dei kan dedusere havstraumane frå målingar av høgda til havoverflata (med satellittmålingar) eller frå vertikale profil av tettleiken til sjøvatnet teken frå skip eller automatiske bøyar. Dei store havstraumane i verdshava, som Golfstraumen, Kuroshiostraumen, Agulhas-straumen og Sørishavstraumen er alle tilnærma i geostrofisk balanse og er døme på geostrofiske straumar.

Enkel forklaring

Sjøvatn flyttar seg frå område med høgt trykk (eller høgt havnivå) til område med lågt trykk (eller lågt havnivå). Krafta som pressar vatnet mot lågare trykk vert kalla trykkgradientkrafta. I ein geostrofisk straum vil vatnet i staden for å flytte seg direkte frå det høge trykket (eller vassnivået) til området med lågt trykk (eller lågt vassnivå) gå langs linjer med same trykk (isobarar). Dette skjer fordi jorda roterer. Jordrotasjonen fører til ei fiktiv «kraft» på vatnet som er i rørsle, kjend som corioliskrafta. Corioliskrafta pressar vatnet i den motsette retninga til trykkgradientkrafta, og når desse to er i balanse, er resultatet at straumen er vorten geostrofisk.

Som nemnd over er retninga til straumen med høgt trykk til høgre for straumretninga på den nordlege halvkula og til venstre på den sørlege halvkula. Retninga til straumen er avhengig av halvkule, fordi retninga til corioliskrafta er motsett retta på dei to halvkulene.

Geostrofiske likningar

Dei geostrofiske likningane er enkle former av Navier Stokes-likningane. Ein tenkjer seg at det ikkje finst akselerasjon (stasjonær tilstand), ingen viskositet og at ein har hydrostatisk trykk. Balansen ein då får er (Gill, 1982):

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

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

Ein spesiell eigenskap ved dei geostrofiske likningane er at dei tilfredsstiller den stasjonære versjonen av kontinuitetslikninga. Denne er:

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

Roterande bølgjer med null frekvens

Likningane for ei lineær, roterande gruntvassbølgje er:

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

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

Førehandstrua om stasjonær tilstand over (ingen akselerasjon) er :

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

Alternativt kan ein tenkje seg ei bølgje-liknande, periodisk avhengnad med tida:

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

I dette tilfellet set vi $\omega =0$, der vi har vendt om likningane over. Så ein geostrofisk straum kan tenkjast å vere ei roterande gruntvassbølgje med ein frekvens lik null.

Sjå òg

• Geostrofisk vind

Kjelder

• Denne artikkelen bygger på «Geostrophic current» frå Wikipedia på engelsk, den 7. september 2011.
  • Wikipedia på engelsk oppgav desse kjeldene:
• Gill (1982) Atmosphere-Ocean Dynamics. Academic Press, Oxford.