Espiral de Ekman

A espiral de Ekman é un perfil de velocidades vertical que xeralmente aparece onde o vento (lonxe do ecuador terrestre) sopra continuamente sobre unha superficie de auga extensa. No rango de profundidades da espiral de Ekman, e medido en conxunto, ten lugar un transporte de auga na dirección transversal ao vento. Isto é fundamental para a comprensión da circulación impulsada polo vento.

O efecto da espiral de Ekman: 1) Vento; 2) Forza aplicada dende enriba; 3) Dirección efectiva da corrente; 4) Efecto Coriolis.

Descrición

O vento tira da auga a través da fricción. O movemento da auga é á súa vez desviado debido á forza de Coriolis, no hemisferio norte seguindo a regra da man dereita en dirección á profundidade. Na auga, cada capa horizontal é arrastrada pola súa respectiva capa superior e freada pola capa inmediatamente inferior. As diferentes direccións e intensidades das forzas de fricción compensan exactamente a forza de Coriolis en cada capa. Desta condición resulta o feito que canto máis profundas son as capas máis lentamente se moven e máis discrepa a dirección do seu movemento da dirección do vento. Máis exactamente, os vectores de velocidade forman unha espiral logarítmica:

$|v|=e^{-\alpha }$

Onde

• $e$ é o número de Euler e
• $\alpha$ o ángulo de rotación en radiáns.

Tras dar media volta o valor $|v|$ da velocidade diminúe dunha fracción $e^{-\pi }\approx 1/23$.

A extensión en profundidade da espiral depende da viscosidade, da densidade da auga e da compoñente vertical da velocidade de rotación. A unha profundidade chamada profundidade de Ekman (en latitudes medias correspondendo a uns 50 metros) a auga flúe en sentido contrario ao vento. Esta profundidade é considerada o límite de influencia da fricción do vento na auga.

A dirección da corrente de auga superficial desviase de 45° con respecto á dirección do vento e ten unha velocidade de aproximadamente un 3% da velocidade do vento.

Igual que acontece na auga superficial, tamén se forman espirais de Ekman no aire enriba das superficies de auga ou terrestres, ou na auga en contacto co leito oceánico en presenza de fluxos mariños. Esta última ten un sentido de rotación oposto: a velocidade resultante rota cara a esquerda en dirección ao leito oceánico (oposto á regra da man dereita, no hemisferio norte). En augas pouco profundas ambas espirais sobrepóñense. Se a auga é dabondo pouco profunda a corrente superficial resultante segue a dirección do vento.

Referencias

• Ekman, V.W., 1905. On the influence of the earth's rotation on ocean currents. Arch. Math. Astron. Phys. 2, No. 11 (en inglés).
• Schudlich, R. R., Price, J. F., 1998. Observations of Seasonal Variation in the Ekman Layer. J. Phys. Oceanogr., (Jahrgang) 28, 6, p1187–1204 (en inglés).