การไหลเวียนที่ขับเคลื่อนด้วยลมและแบบจีโอสทรอฟิก
ลมที่พัดผ่านพื้นผิวโลกที่หมุนอยู่เป็นตัวขับเคลื่อนกระแสน้ำวนขนาดใหญ่ในเขตร้อนชื้นและเขตใกล้ขั้วโลกของมหาสมุทร ซึ่งภายในกระแสน้ำวนเหล่านี้จะมีการไหลเวียนที่สมดุลแบบจีโอสทรอฟิก และบริเวณขอบด้านตะวันตกจะทวีความรุนแรงขึ้นเป็นกระแสน้ำที่รวดเร็ว เช่น กระแสน้ำกัลฟ์สตรีมและกระแสน้ำคุโรชิโอ
Definition
การไหลเวียนที่ขับเคลื่อนด้วยลมคือการไหลเวียนขนาดใหญ่ของมหาสมุทรส่วนบนที่เกิดจากแรงลมเฉือนบนพื้นผิว ซึ่งจัดระเบียบเป็นกระแสน้ำวนที่ภายในกระแสน้ำวนนั้นเป็นไปตามสมดุลแบบจีโอสทรอฟิก ซึ่งเป็นสมดุลระหว่างแรงความชันของความดันในแนวนอนและแรงโคริออลิส
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงการขนส่งและการสูบน้ำแบบเอคแมนโดยแรงลมเฉือน ความสมดุลของสเวอร์ดรัปที่กำหนดการขนส่งภายในกระแสน้ำวน พลวัตของกระแสน้ำขอบตะวันตกและการทวีความรุนแรงของกระแสน้ำ ความสัมพันธ์แบบจีโอสทรอฟิกระหว่างกระแสน้ำและความชันของความดัน (หรือความสูงของระดับน้ำทะเล) และโครงสร้างของกระแสน้ำและกระแสน้ำวนหลักบนพื้นผิว
Core questions
- แรงลมเฉือนที่ถูกปรับโดยผลกระทบโคริออลิส ก่อให้เกิดกระแสน้ำวนขนาดใหญ่ในแอ่งน้ำได้อย่างไร?
- เหตุใดกระแสน้ำขอบตะวันตก เช่น กระแสน้ำกัลฟ์สตรีม จึงแคบและรวดเร็วมากเมื่อเทียบกับการไหลภายในที่กว้าง?
- จะสามารถอนุมานกระแสน้ำแบบจีโอสทรอฟิกจากการวัดความหนาแน่นหรือความสูงของระดับน้ำทะเลได้อย่างไร?
- อะไรเป็นตัวกำหนดปริมาณการขนส่งทั้งหมดของกระแสน้ำวนที่ขับเคลื่อนด้วยลม?
Key theories
- สมดุลของสเวอร์ดรัป
- ภายในมหาสมุทร การขนส่งตามแนวเมริเดียนที่รวมตลอดทั้งคอลัมน์น้ำเป็นสัดส่วนกับความโค้งของแรงลมเฉือน ซึ่งกำหนดปริมาณการขนส่งของกระแสน้ำวนที่ขับเคลื่อนด้วยลม
- การทวีความรุนแรงทางตะวันตก
- การเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์โคริออลิสตามละติจูดบังคับให้การไหลกลับของกระแสน้ำวนกลายเป็นกระแสน้ำขอบตะวันตกที่แคบและรุนแรง ซึ่งอธิบายลักษณะต่างๆ เช่น กระแสน้ำกัลฟ์สตรีม
- วิธีจีโอสทรอฟิก
- เนื่องจากกระแสน้ำภายในเกือบจะเป็นแบบจีโอสทรอฟิก ความเร็วในแนวนอนจึงสามารถคำนวณได้จากความชันของพื้นผิวความดันที่ได้จากข้อมูลความหนาแน่น โดยเทียบกับระดับที่สันนิษฐานว่าไม่มีการเคลื่อนที่
Mechanisms
แรงลมเฉือนขับเคลื่อนชั้นเอคแมนซึ่งมีการขนส่งสุทธิในแนวตั้งฉากกับทิศทางลม การเปลี่ยนแปลงเชิงพื้นที่ของการขนส่งนี้จะสูบน้ำลงหรือขึ้นสู่ภายในแบบจีโอสทรอฟิก ซึ่งการยืดตัวของกระแสน้ำวนจะสมดุลกับการเคลื่อนที่ตามแนวเมริเดียน (สมดุลของสเวอร์ดรัป) การอนุรักษ์ศักย์การหมุนวนจึงกำหนดให้การไหลกลับที่ปิดวงจรนั้นกระจุกตัวอยู่ที่ขอบด้านตะวันตก ทำให้เกิดกระแสน้ำที่ทวีความรุนแรงขึ้น
Clinical relevance
การไหลเวียนของกระแสน้ำวนและกระแสน้ำขอบเขตของมันขนส่งความร้อนจำนวนมหาศาลไปยังขั้วโลก ซึ่งส่งผลต่อสภาพภูมิอากาศในภูมิภาค ผลผลิตทางการประมง และเส้นทางการเดินเรือ ปัจจุบันความสูงของระดับน้ำทะเลจากเครื่องวัดความสูงด้วยดาวเทียมสามารถสร้างแผนที่การไหลแบบจีโอสทรอฟิกทั่วโลกได้แบบเรียลไทม์
History
ทฤษฎีการไหลเวียนที่ขับเคลื่อนด้วยลมถูกรวบรวมขึ้นระหว่างปี 1947 ถึง 1950 โดยสเวอร์ดรัป ผู้เชื่อมโยงการขนส่งภายในกับความโค้งของแรงลมเฉือน สตอมเมล ผู้ที่อธิบายการทวีความรุนแรงทางตะวันตกผ่านการเปลี่ยนแปลงของพารามิเตอร์โคริออลิส และมังค์ ผู้ที่รวมสิ่งเหล่านี้เข้ากับแบบจำลองกระแสน้ำวนที่สมบูรณ์
Key figures
- Harald Sverdrup
- Henry Stommel
- Walter Munk
Related topics
Seminal works
- stommel1948
- sverdrup1947
Frequently asked questions
- ทำไมกระแสน้ำกัลฟ์สตรีมจึงอยู่ทางฝั่งตะวันตกของมหาสมุทรแอตแลนติก?
- การเปลี่ยนแปลงของผลกระทบโคริออลิสที่เพิ่มขึ้นไปทางขั้วโลกบังคับให้กระแสไหลกลับของกระแสน้ำวนที่ขับเคลื่อนด้วยลมกลายเป็นกระแสเจ็ตที่แคบและรวดเร็วตามแนวขอบด้านตะวันตก ซึ่งในมหาสมุทรแอตแลนติกเหนือคือกระแสน้ำกัลฟ์สตรีม
- กระแสน้ำแบบจีโอสทรอฟิกคืออะไร?
- เป็นกระแสน้ำที่แรงโคริออลิสสมดุลกับแรงความชันของความดันในแนวนอน ดังนั้นน้ำจึงไหลไปตามแนวเส้นความดันคงที่ แทนที่จะไหลข้ามเส้นเหล่านั้น