Ekman

Universidad Nacional Autónoma de México
Centro de Ciencias de la Atmosfera

Oceanografía Física

Fernando N. Arellano G.

15 de diciembre de 2010

Capa de Ekman
El modelo de la capa de Ekman se basa en la consideración del término de la fuerza de gradiente de presión, la fuerza de coriolis y la fricción turbulenta, de la ecuación de momento. Y se planteo con tales términos con el objetode conocer los efectos del viento sobre el océano. Es claro que este modelo es una aproximación pero es consistente con el transporte de masa que se tiene en el océano.
Uno de los resultados que da este modelo es un perfil de velocidades el cual tiene forma de espiral tal como se muestra en la siguiente figura 1. La variación de la dirección de velocidad y la disminución de la intensidad esresultado del transporte de momento en la vertical proporcionado por el esfuerzo generado por el viento sobre la superficie del mar. En la realidad es muy complicado poder observar el perfil de velocidades de la capa de Ekman.

Figura 1. Espiral de Ekman
Además el modelo da como resultado una corriente en superficie con una dirección de 45° hacia la derecha (izquierda) del esfuerzo de los vientosen el H.N. (H.S.).
Este modelo considera a la viscosidad turbulenta constante y que la densidad de las aguas del océano es constante y en la realidad se tiene todo lo contrario, es decir, son cantidades variables.
Otro resultado es el transporte de Ekman y es el de mayor importancia dado que es posible comprobarlo experimentalmente, y se refiere a que el transporte de masas de agua se da con uncierto ángulo con respecto a la dirección de la corriente superficial. Este resultado se obtiene integrando verticalmente la espiral de Ekman, proceso en que cada capa de agua del océano arrastra consigo por viscosidad la capa inmediatamente inferior. Se inicia con la acción del viento sobre el agua cercana a la superficie de océano, causando el movimiento de ésta.
El movimiento de las masas deagua se ve afectado por el efecto de Coriolis, dando como resultado en el Hemisferio Norte un desvío hacia la derecha y hacia la izquierda en el hemisferio sur respecto a la dirección del viento en la superficie. Cada capa de agua que va siendo arrastrada por la capa superior experimenta el mismo efecto de desvío con respecto a la capa superior, aunque cada vez de menor magnitud; los vectores demovimiento forman la espiral de Ekman. El movimiento promedio de las aguas oceánicas en todas las profundidades es de 90 grados hacia la derecha en el hemisferio norte y 90 grados hacia la izquierda en el hemisferio sur. Respecto a la dirección del viento en la superficie.

Figura 2. Transporte de Ekman sobre las costas
Si tal corriente transporta agua desde la costa (por ejemplo, cuando unacorriente procedente del sur progresa a lo largo de la costa occidental (figura 2), con el consiguiente transporte neto de Ekman hacia la izquierda, es decir, mar adentro hacia el Oeste) crea surgencias desde la profundidad con aguas ricas en nutrientes. Las costas donde ocurre el fenómeno son regiones ricas para la pesca. Tal como se muestra en la siguiente figura 2.

En la figura 3 se muestranlos resultados del modelo de Ekman, la espiral de Ekman y el trasporte de Ekman.

Figura 3. Transporte de Ekman y espiral de Ekman.

Importancia de la vorticidad potencial.
El concepto de vorticidad potencial (Π) aparece al considerar en las ecuaciones de movimiento la aceleración local, la fuerza de coriolis y la fuerza del gradiente de presión. La vorticidad potencial (Π) se define como elcociente de la vorticidad absoluta (Π = ζ + f , suma de vorticidad relativa ζ y vorticidad planetaria f) y la profundidad de una columna de agua H. La importancia principal de esta propiedad es que se debe conservar a lo largo de la trayectoria de la columna de agua. De esta forma los parámetros deben de ajustarse de tal manera que al tener cambios significativos en algún parámetro de la...