Vjetrovne struje usmjerene ulijevo od vjetra na sjevernoj hemisferi: jednostavno objašnjenje i njegova povijesna pozadina

Abstract

Every beginning student of geophysical fluid dynamics knows that steady-state wind-driven currents are directed to the right of the wind in the northern hemisphere. In contrast, the fact that wind-induced currents may under some specific conditions be of the opposite direction is mentioned in only a few papers. Here, a succession of simple explicit solutions is used to illustrate that the wind varying at subinertial frequencies always generates currents directed to its right, whereas at superinertial frequencies the wind rotating clockwise (counterclockwise) coincides with currents directed to its left (right). The difference is related to a dynamics differing in the two frequency bands. At subinertial frequencies, friction is primarily balanced by the Coriolis acceleration, and therefore the currents vary in phase with the wind while being directed to its right. At superinertial frequencies, the primary balance is between friction and local acceleration, implying that the currents lag behind the wind that causes them while pointing down the forcing. The former dynamic regime was originally considered by Vagn Walfrid Ekman (in 1905), the latter by Karl Jakob Zöppritz (in 1878). The destiny of the two contributions, however, was completely different: Ekman’s is widely appreciated today, whereas Zöppritz’s is rarely mentioned. Although Zöppritz’s findings were adversely influenced by his consideration of the laminar rather than turbulent viscosity, his neglect of the Coriolis acceleration was acceptable and his solution therefore formally correct at superinertial frequencies.Da su na sjevernoj hemisferi stacionarne vjetrovne struje usmjerene udesno od vjetra, to znade svaki početnik u geofizičkoj dinamici fluida. Nasuprot tome, činjenica da vjetrovne struje mogu u nekim posebnim uvjetima biti suprotnog smjera spominje se u tek nekoliko članaka. U ovom radu niz jednostavnih eksplicitnih rješenja pokazuje da vjetar koji se mijenja na frekvencijama manjima od inercijalnih uvijek podržava struje usmjerene na svoju desnu stranu, dok se vjetar koji rotira na frekvencijama većima od inercijalnih podudara sa strujama usmjerenima bilo na svoju lijevu bilo na svoju desnu stranu, ovisno o tome odvija li se njegova rotacija u smjeru kazaljke na satu ili u suprotnom smjeru. Ta je razlika povezana s različitom dinamikom u dva spomenuta frekvencijska područja. Na frekvencijama manjima od inercijalnih trenje je prvenstveno uravnoteženo s Coriolisovim ubrzanjem, tako da se struje mijenjaju u fazi s vjetrom pri čemu su usmjerene na njegovu desnu stranu. Na frekvencijama većima od inercijalnih ravnoteža se prvenstveno ostvaruje između trenja i lokalnog ubrzanja, što znači da struje kasne za vjetrom koji ih uzrokuje te da su usmjerene niz njega. Prvi dinamički režim izvorno je istražio Vagn Walfrid Ekman (1905. godine), a drugi Karl Jakob Zöppritz (1878. godine). Međutim, ta su dva istraživanja imala sasvim različite sudbine: Ekmanov je rezultat danas opće poznat dok se Zöppritzov rijetko spominje. Na Zöppritzove je rezultate nepovoljno utjecalo uvažavanje laminarne umjesto turbulentne viskoznosti – ipak, za frekvencije veće od inercijalnih njegovo je zanemarenje Coriolisova ubrzanja prihvatljivo i stoga je njegovo rješenje za taj slučaj formalno ispravno

    Similar works