Courant géostrophique - Geostrophic current

Un tourbillon de l' hémisphère nord en équilibre géostrophique . L'eau plus pâle est moins dense que l'eau sombre, mais plus dense que l'air ; le gradient de pression vers l'extérieur est équilibré par la force de Coriolis à 90 degrés à droite de l'écoulement . La structure finira par se dissiper en raison du frottement et du mélange des propriétés de l'eau.

Un courant géostrophique est un courant océanique dans lequel la force du gradient de pression est équilibrée par l' effet Coriolis . La direction du flux géostrophique est parallèle aux isobares , avec l'anticyclone à droite de l'écoulement dans l' hémisphère nord , et l'anticyclone à gauche dans l' hémisphère sud . Ce concept est familier des cartes météorologiques, dont les isobares indiquent la direction du flux géostrophique dans l'atmosphère. Le flux géostrophique peut être barotrope ou barocline . Un courant géostrophique peut également être considéré comme une onde tournante d'eau peu profonde avec une fréquence de zéro. Le principe de la géostrophie est utile aux océanographes car il leur permet d'inférer les courants océaniques à partir de mesures de la hauteur de la surface de la mer (par altimétrie satellitaire et gravimétrie combinées ) ou à partir de profils verticaux de densité d'eau de mer relevés par des navires ou des bouées autonomes. Les principaux courants des océans du monde , tels que le Gulf Stream , le courant Kuroshio , le courant Agulhas et le courant circumpolaire antarctique , sont tous approximativement en équilibre géostrophique et sont des exemples de courants géostrophiques.

Explication simple

L'eau de mer a naturellement tendance à se déplacer d'une région de haute pression (ou haut niveau de la mer) à une région de basse pression (ou bas niveau de la mer). La force poussant l'eau vers la région de basse pression est appelée force de gradient de pression. Dans un écoulement géostrophique, au lieu que l'eau se déplace d'une région de haute pression (ou haut niveau de la mer) à une région de basse pression (ou bas niveau de la mer), elle se déplace le long des lignes d'égale pression ( isobares ). Cela se produit parce que la Terre tourne. La rotation de la terre entraîne une "force" ressentie par l'eau se déplaçant du haut vers le bas, connue sous le nom de force de Coriolis . La force de Coriolis agit perpendiculairement à l'écoulement et lorsqu'elle équilibre la force du gradient de pression, l'écoulement résultant est dit géostrophique.

Comme indiqué ci-dessus, la direction du flux est avec la haute pression à droite du flux dans l' hémisphère nord et la haute pression à gauche dans l' hémisphère sud . La direction du flux dépend de l'hémisphère, car la direction de la force de Coriolis est opposée dans les différents hémisphères.

Formulation

Les équations géostrophiques sont une forme simplifiée des équations de Navier-Stokes dans un référentiel tournant. En particulier, on suppose qu'il n'y a pas d'accélération (en régime permanent), qu'il n'y a pas de viscosité et que la pression est hydrostatique . Le solde résultant est (Gill, 1982) :

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

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

où est le paramètre de Coriolis , est la densité, est la pression et sont respectivement les vitesses dans les directions. ${\style d'affichage f}$${\style d'affichage \rho }$${\style d'affichage p}$${\style d'affichage u,v}$${\style d'affichage x,y}$

Une propriété particulière des équations géostrophiques est qu'elles satisfont la version stationnaire de l'équation de continuité. C'est-à-dire:

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

Ondes tournantes de fréquence nulle

Les équations régissant une onde linéaire et rotative d'eau peu profonde sont :

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

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

L'hypothèse de régime permanent faite ci-dessus (pas d'accélération) est :

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

Alternativement, nous pouvons supposer une dépendance périodique et ondulatoire dans le temps :

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

Dans ce cas, si nous définissons , nous sommes revenus aux équations géostrophiques ci-dessus. Ainsi, un courant géostrophique peut être considéré comme une onde tournante d'eau peu profonde avec une fréquence de zéro. ${\displaystyle \omega =0}$

Voir également

• Vent géostrophique

Les références

• Gill, Adrian E. (1982), Atmosphere-Ocean Dynamics , International Geophysics Series, 30 , Oxford: Academic Press, ISBN 0-12-283522-0