Circulation induite par le vent et géostrophique

Les vents de surface, agissant sur une Terre en rotation, entraînent les grands gyres subtropicaux et subpolaires de l'océan, dont l'intérieur s'écoule en équilibre quasi-géostrophique et dont les limites occidentales s'intensifient en courants rapides tels que le Gulf Stream et le Kuroshio.

Definition

La circulation induite par le vent est le flux océanique de surface à grande échelle forcé par la contrainte du vent de surface, organisé en gyres dont l'intérieur obéit à l'équilibre géostrophique — un équilibre entre la force du gradient de pression horizontal et la force de Coriolis.

Scope

Ce sujet couvre le transport et le pompage d'Ekman par la contrainte du vent, l'équilibre de Sverdrup qui détermine le transport intérieur des gyres, la dynamique des courants de bordure ouest et leur intensification, la relation géostrophique entre les courants et les gradients de pression (ou de hauteur de la surface de la mer), ainsi que la structure des principaux courants de surface et gyres.

Core questions

• Comment la contrainte du vent, médiatisée par l'effet de Coriolis, établit-elle les gyres à l'échelle du bassin ?
• Pourquoi les courants de bordure ouest comme le Gulf Stream sont-ils si étroits et rapides par rapport au large flux intérieur ?
• Comment les courants géostrophiques peuvent-ils être déduits des mesures de densité ou de hauteur de la surface de la mer ?
• Qu'est-ce qui détermine le transport volumique total d'un gyre induit par le vent ?

Key theories

Équilibre de Sverdrup

À l'intérieur de l'océan, le transport méridien intégré sur la colonne d'eau est proportionnel au rotationnel de la contrainte du vent, fixant ainsi le transport volumique des gyres induits par le vent.

Intensification vers l'ouest

La variation du paramètre de Coriolis avec la latitude force le flux de retour d'un gyre à se concentrer en un courant de bordure ouest étroit et intense, expliquant des caractéristiques comme le Gulf Stream.

Méthode géostrophique

Étant donné que les courants intérieurs sont presque géostrophiques, la vitesse horizontale peut être calculée à partir de la pente des surfaces de pression dérivées des données de densité, par rapport à un niveau de non-mouvement supposé.

Mechanisms

La contrainte du vent entraîne une couche d'Ekman dont le transport net est perpendiculaire au vent ; la variation spatiale de ce transport pompe l'eau vers le bas ou vers le haut dans l'intérieur géostrophique, où l'étirement du vortex est équilibré par le mouvement méridien (l'équilibre de Sverdrup). La conservation de la vorticité potentielle exige alors que le flux de retour de fermeture soit concentré à la limite occidentale, produisant des courants intensifiés.

Clinical relevance

La circulation des gyres et leurs courants de bordure transportent de vastes quantités de chaleur vers les pôles, façonnant le climat régional, la productivité des pêches et les routes maritimes ; la hauteur de la surface de la mer mesurée par altimétrie satellitaire cartographie désormais le flux géostrophique à l'échelle mondiale en temps quasi réel.

History

La théorie de la circulation induite par le vent a été élaborée entre 1947 et 1950 par Sverdrup, qui a relié le transport intérieur au rotationnel de la contrainte du vent ; Stommel, qui a expliqué l'intensification vers l'ouest par la variation du paramètre de Coriolis ; et Munk, qui a combiné ces éléments en un modèle complet de gyre.

Key figures

• Harald Sverdrup
• Henry Stommel
• Walter Munk

Seminal works

• stommel1948
• sverdrup1947

Frequently asked questions

Pourquoi le Gulf Stream se trouve-t-il du côté ouest de l'Atlantique ?

Le changement vers les pôles de l'effet de Coriolis force la branche de retour du gyre induit par le vent à se concentrer en un jet étroit et rapide le long de la limite occidentale, qui dans l'Atlantique Nord est le Gulf Stream.

Qu'est-ce qu'un courant géostrophique ?

C'est un courant dans lequel la force de Coriolis équilibre la force du gradient de pression horizontal, de sorte que l'eau s'écoule le long, plutôt qu'à travers, des lignes de pression constante.