VJETROVNE STRUJE

 

Energija vjetra koji puše nad površinom mora prenosi se dijelom u energiju kratkoperiodičkih površinskih valova, a dijelom u energiju vjetrovnih struja. Djelovanje vjetra na površinu mora rezultat je sile trenja, koju još nazivamo i napetost vjetra, a dana je relacijom

 

gdje je je U vektor vjetra, ρa gustoća zraka a CD koeficijent povlačenja ("drag coefficient“) čija vrijednost ovisi o atmosferskim uvjetima.

Pionirski rad o djelovanju vjetra na gibanja u moru načinio je V. W. Ekman 1905. godine. On je pretpostavio stacionarnost gibanja u dubokom homogenom moru, uzevši konstantnu vrijednost člana vertikalnog viskoziteta

 

gdje su Txz i Tyz komponente napetosti (viskoznosti) unutar mora gustoće ρ, a na površini predstavljaju komponente napetosti vjetra. Uz zanemarivanje ostalih članova, jednadžbe gibanja prelaze u

 

gdje je f Coriolisov parametar. U slučaju kada vjetar puše prema sjeveru (T=Tyz), rješenje je dano s

 

Pokrate Vo i a su dane kao 

 

 

gdje U predstavlja brzinu vjetra nad morem.

Glavna svojstva Ekmanovog rješenja vjetrovnih struja su:

  1. površinska struja je otklonjena za 45° na desno u odnosu na smjer puhanja vjetra, te
  2. brzina struje eksponencijalno opada s dubinom, dok se vektor struje zakreće u smjeru kazaljke na satu - tzv. Ekmanova spirala.

Vježba 1: Izvedite Ekmanovo rješenje vjetrovnih struja.
Vježba 2: Izračunajte brzinu površinske struje uzrokovane vjetrom brzine 15 ms-1 u Jadranu (f=10-4 s-1, Az=10-2 m2 s-1)
Vježba 3: Izračunajte dubinu na kojoj je struja suprotna površinskoj struji (tzv. dubina Ekmanovog sloja) za iste parametre kao u Vježbi 1.

 

Ukupan transport vodenih masa uzrokovan vjetrom usmjeren je 90° desno na sjevernoj polutci, pa se u slučaju kada vjetar puše duž obale ostavljajući je s desne strane javlja poniranje vode (downwelling), a kod suprotnog vjetra uviranje vode (upwelling). Također, na otvorenom moru se javlja tzv. Ekmanovo pumpanje ("Ekman pumping") koje uzrokuje vertikalna gibanja vode zbog horizontalne promjenjivosti polja vjetra nad određenim područjem.

 

Vjetrovne struje u površinskom sloju, Ekmanova spirala i transport vode.

 

Vezane stranice projekta