condições barotrópicas e baroclínicas

EQUILÍBRIO HIDROSTÁTICO
A pressão no Oceano é afectada, em parte, pelo movimento da água. Como as
correntes oceânicas são relativamente lentas, particularmente na vertical, para
muitos fins a pressão em profundidade é tomada como sendo a pressão
hidrostática.
A pressão hidrostática é o peso da coluna de água actuando por unidade de área, à
profundidade z.
Considerando ρ=constante, a pressão hidrostática à profundidade z é dada pela
Equação Hidrostática,
p = − ρgz.
No oceano real, ρ varia com a profundidade e pode-se considerar a coluna de água
constituída por um número infinito de camadas de espessura infinitesimal dz,
contribuindo com uma pressão infinitesimal dp para a pressão hidrostática total à
profundidade z, dada pela expressão
dp = − ρgdz.
Assim, a pressão total à profundidade z é o somatório (o integral) de todas as
contribuições dp das diversas camadas.
p = ∫ dp = − ∫ ρgdz.
EQUILÍBRIO HIDROSTÁTICO
Variação da pressão hidrostática com a profundidade: (a) caso real
em que a densidade varia de forma contínua com a profundidade;
(b) caso em que a densidade é assumida como constante.
GRADIENTES HORIZONTAIS DE PRESSÃO
Fronteiras laterais (costas) e heterogeneidades no
campo do vento originam declives na superfície do
mar que fazem variar a pressão hidrostática ao
longo de superficies horizontais em profundidade
no oceano ⇒ gradiente horizontal de pressão.
Versão discreta ou de diferenças finitas do gradiente horizontal de pressão:
∆p
∆z
∆p
= − ρg tan θ .
= − ρg
⇔
∆x
∆x
∆x
Taxa de variação de pressão ou gradiente horizontal de pressão segundo x:
dp
= − ρg tan θ .
dx
Força do gradiente horizontal de pressão por unidade de massa:
−
1 dp
= g tan θ .
ρ dx
CORRENTES GEOSTRÓFICAS - Equação do Gradiente
Ajuste Geostrófico
A água tende a mover-se para eliminar as diferenças horizontais
no campo da pressão. Este movimento é originado pela força do
gradiente horizontal de pressão.
Se a força de Coriolis, que actua sobre a água em movimento, é
equilibrada pela força do gradiente horizontal de pressão, a
corrente está em equilíbrio geostrófico e designa-se por
Corrente Geostrófica.
As correntes geostróficas podem ocorrer quer em condições
barotrópicas (oceano homogéneo) quer em condições baroclínicas
(oceano com variações laterais de densidade).
Em condições de equilíbrio geostrófico a água move-se segundo
um ângulo recto (90º) para a direita (esquerda) da força do
gradiente horizontal de pressão no Hemisfério Norte (Hemisfério
Sul). Como o equilíbrio geostrófico, representado no seguinte
esquema
g tan θ
⊗
r
f VH
resulta do balanço entre a força do gradiente horizontal de pressão e a força de Coriolis, verifica-se a seguinte relação,
designada por Equação do Gradiente
r
g tan θ = f VH
CONDIÇÕES BAROTRÓPICAS E BAROCLÍNICAS
Condições Barotrópicas:
• Em condições reais, para oceano homogéneo, a densidade aumenta com a
profundidade devido à compressão causada pelo peso da água suprajacente; as
superfícies isobáricas (isóbaras, superfícies de igual pressão) são paralelas à
superfície do mar e às superfícies isopícnicas (isopicnas, superfícies de igual
densidade) ⇒ está-se perante Condições Barotrópicas.
• Em condições barotrópicas, a variação de pressão sobre uma superfície
horizontal (a uma dada profundidade) é determinada apenas pelo declive da
superfície do mar, pois as isóbaras são paralelas à superfície do mar.
Condições Baroclínicas:
• Qualquer variação da densidade vai afectar o peso da água suprajacente e,
consequentemente, a pressão que actua numa dada superfície horizontal.
Quando existem variações laterais de densidade, as isóbaras não são paralelas
à superfície do mar; as isóbaras intersectam as isopicnas, com declives em
sentidos opostos. A inclinação das isóbaras relativamente às isopicnas
caracteriza o que se designa por Condições Baroclínicas.
CONDIÇÕES BAROTRÓPICAS E BAROCLÍNICAS
Relação entre as isóbaras e as isopicnas: (a) condições barotrópicas - a distribuição de
densidade (indicada pela intensidade do sombreado a azul) não influencia a forma das
superfícies isobáricas; (b) condições baroclínicas - as variações laterais de densidade
afectam a forma das superfícies isobáricas.
CONDIÇÕES BAROTRÓPICAS E BAROCLÍNICAS
CONDIÇÕES BAROTRÓPICAS
CONDIÇÕES BAROCLÍNICAS
superfícies
isobáricas
superfícies
isobáricas
b
horizontal
superfícies
isopícnicas
densidade crescente
densidade crescente
a
horizontal
superfícies
isopícnicas
No escoamento barotrópico as superfícies isopícnicas e isobáricas são paralelas e o declive relativamente à
horizontal mantém-se constante em profundidade. Assim, como o declive das superfícies isobáricas é
constante em profundidade, o gradiente horizontal de pressão de B para A, logo a corrente geostrófica,
também é constante em profundidade.
No escoamento baroclínico as superfícies isopícnicas intersectam as superfícies isobáricas. A pequenas
profundidades, as superfícies isobáricas são paralelas à superfície do oceano, mas com o aumento de
profundidade os seus declives vão diminuindo, porque a densidade média da coluna de água em A é maior
que em B (em condições barotrópicas estas densidades médias seriam iguais). À medida que as superfícies
isobáricas se vão tornando horizontais, o gradiente horizontal de pressão, logo a corrente geostrófica,
diminui, até que a alguma profundidade as superfícies isobáricas são horizontais e a corrente geostrófica é
nula.