Ondas Kelvin: Circulación Oceánica, Impacto Climático y Dinámicas. Aprende sobre la influencia de estas ondas en el océano y el clima global.
Ondas Kelvin: Circulación Oceánica, Impacto Climático y Dinámicas
Las ondas Kelvin son un fenómeno fundamental en la física de los fluidos que desempeña un papel crucial en la circulación oceánica y, por consiguiente, en el clima global. Estas ondas, nombradas en honor a Lord Kelvin (William Thomson), se forman en entornos donde la rotación de la Tierra afecta los movimientos de los fluidos, como los océanos y la atmósfera. Este artículo se centrará en las bases teóricas, las fórmulas y las dinámicas asociadas con las ondas Kelvin, junto con su impacto en la circulación oceánica y el clima.
Conceptos Básicos de las Ondas Kelvin
Las ondas Kelvin se caracterizan por su tendencia a adherirse a las costas o fronteras físicas como el ecuador y son guiadas por estas. Una propiedad clave de estas ondas es que en el hemisferio norte, la dirección del movimiento está hacia la derecha respecto al movimiento de la onda, mientras que en el hemisferio sur, está hacia la izquierda. Este comportamiento se debe a la fuerza de Coriolis, que es una fuerza aparente resultante de la rotación de la Tierra.
Ecuaciones y Teorías Fundamentales
Para describir matemáticamente las ondas Kelvin, se utilizan las ecuaciones fundamentales de la hidrodinámica geofísica. Las ecuaciones de movimiento en un sistema rotatorio, considerando la fuerza de Coriolis (\( f \)), son las siguientes:
\[ \frac{\partial u}{\partial t} + (u\frac{\partial u}{\partial x} + v\frac{\partial u}{\partial y}) – \beta v = -\frac{1}{\rho}\frac{\partial p}{\partial x} – \nu \nabla^2 u \]
\[ \frac{\partial v}{\partial t} + (u\frac{\partial v}{\partial x} + v\frac{\partial v}{\partial y}) + \beta u = -\frac{1}{\rho}\frac{\partial p}{\partial y} – \nu \nabla^2 v \]
Aquí, \( u \) y \( v \) son las componentes de la velocidad en las direcciones \( x \) y \( y \), respectivamente, \( \beta \) es el parámetro de gradiente de coriolis, \( \rho \) es la densidad del fluido, \( p \) es la presión y \( \nu \) es el coeficiente de viscosidad del fluido.
Además, la ecuación de continuidad, que describe la conservación de la masa para un fluido incompresible, se expresa como:
\[ \frac{\partial u}{\partial x} + \frac{\partial v}{\partial y} = 0 \]
Para simplificar estas ecuaciones en el contexto de las ondas Kelvin, consideramos una onda en donde la velocidad en dirección \( y \) (v) es despreciable y la variación en la presión puede ser descrita de forma lineal. Bajo estas suposiciones, las soluciones de las ecuaciones resultan en una onda de la forma \( e^{\omega t – kx} \) a lo largo de la dirección costera.
Características de las Ondas Kelvin
Las ondas Kelvin tienen varias características distintivas. En primer lugar, se propagan a lo largo de las líneas costeras o del ecuador con el lado más alto de la onda hacia la costa. Además, en estas ondas, la fuerza de Coriolis equilibra el gradiente de presión resultante de la onda, lo que permite que la onda se mantenga adherida a la costa.
Velocidad de Propagación
La velocidad de fase de las ondas Kelvin (c) en un entorno barotrópico puede aproximarse mediante la siguiente fórmula:
\[ c = \sqrt{\frac{gH}{f_{eff}}} \]
Aquí, \( g \) es la aceleración de la gravedad, \( H \) es la profundidad del fluido y \( f_{eff} \) es una frecuencia de Coriolis promedio. Esta fórmula implica que la velocidad de las ondas Kelvin depende de la profundidad del agua y la fuerza de Coriolis.
Ondas Kelvin Barotrópicas y Baroclínicas
Es importante destacar que existen dos tipos principales de ondas Kelvin en el océano: las barotrópicas y las baroclínicas. La distinción entre estas dos se basa en cómo varían con la profundidad.
- Ondas Kelvin Barotrópicas: Estas tienen una estructura uniforme con la profundidad del océano y son influenciadas principalmente por la variación en la densidad superficial.
- Ondas Kelvin Baroclínicas: Estas ondas tienen variaciones significativas en la velocidad y la presión con la profundidad, afectando la termoclina (la capa donde la temperatura cambia rápidamente con la profundidad).
Importancia en la Circulación Oceánica
Las ondas Kelvin juegan un papel crucial en la dinámica de la circulación oceánica global. Son componentes esenciales en el transporte de calor y energía a través de los océanos y pueden influir significativamente en los fenómenos climáticos como El Niño y La Niña en el Océano Pacífico.
Particularmente, durante eventos de El Niño, las ondas Kelvin pueden transportar grandes cantidades de aguas cálidas desde el Pacífico occidental hacia el Pacífico oriental, alterando significativamente los patrones climáticos globales. Estas ondas también tienen efectos en fenómenos como las corrientes de marea y la propagación de las fluctuaciones estacionales en el nivel del mar a lo largo de las costas.
Hasta aquí hemos cubierto algunos fundamentos sobre las ondas Kelvin, su caracterización y su relevancia en la circulación oceánica. En la siguiente parte del artículo abordaremos más detalles sobre su impacto climático y las dinámicas asociadas.