Ola de Kelvin

Una onda de Kelvin es una onda en el océano o la atmósfera que equilibra la fuerza de Coriolis de la Tierra contra un límite topográfico como una línea costera o una guía de ondas como el ecuador. Una característica de una onda de Kelvin es que no es dispersiva , es decir, la velocidad de fase de las crestas de la onda es igual a la velocidad de grupo de la energía de la onda para todas las frecuencias. Esto significa que conserva su forma a medida que se mueve en dirección costera a lo largo del tiempo.

Una onda de Kelvin ( dinámica de fluidos ) es también un modo de perturbación a gran escala de un vórtice en la dinámica de superfluidos ; en términos de la derivación meteorológica u oceanográfica, se puede suponer que el componente de velocidad meridional desaparece (es decir, no hay flujo en la dirección norte-sur, lo que simplifica mucho las ecuaciones de momento y continuidad ). Esta ola lleva el nombre del descubridor, Lord Kelvin (1879). ^{[1] [2]}

Ola de Kelvin costera

En un océano estratificado de profundidad media H , las ondas libres se propagan a lo largo de los límites costeros (y por lo tanto quedan atrapadas en las proximidades de la costa) en forma de ondas Kelvin internas en una escala de unos 30 km. Estas ondas se denominan ondas Kelvin costeras y tienen velocidades de propagación de aproximadamente 2 m / s en el océano. Partiendo del supuesto de que la velocidad a través de la costa v es cero en la costa, v  = 0, se puede resolver una relación de frecuencia para la velocidad de fase de las ondas Kelvin costeras, que se encuentran entre la clase de ondas llamadas ondas de contorno, ondas de borde , atrapadas ondas u ondas superficiales (similares a las ondas Lamb ). ^[3] Las ecuaciones primitivas ( linealizadas ) se convierten en las siguientes:

• la ecuación de continuidad (teniendo en cuenta los efectos de la convergencia y divergencia horizontal):

${\displaystyle {\frac {\partial u}{\partial x}}+{\frac {\partial v}{\partial y}}={\frac {-1}{H}}{\frac {\partial \eta }{\partial t}}}$

• la ecuación del momento u (componente zonal del viento):

${\displaystyle {\frac {\partial u}{\partial t}}=-g{\frac {\partial \eta }{\partial x}}+fv}$

• la ecuación v -momentum (componente del viento meridional):

${\displaystyle {\frac {\partial v}{\partial t}}=-g{\frac {\partial \eta }{\partial y}}-fu.}$

Si se supone que el coeficiente de Coriolis f es constante a lo largo de las condiciones de contorno correctas y que la velocidad del viento zonal se establece en cero, entonces las ecuaciones primitivas se convierten en las siguientes:

• la ecuación de continuidad:

${\displaystyle {\frac {\partial v}{\partial y}}={\frac {-1}{H}}{\frac {\partial \eta }{\partial t}}}$

• la ecuación del momento u :

${\displaystyle g{\frac {\partial \eta }{\partial x}}=fv}$

• la ecuación v -momentum:

${\displaystyle {\frac {\partial v}{\partial t}}=-g{\frac {\partial \eta }{\partial y}}}$.

La solución de estas ecuaciones produce la siguiente velocidad de fase: c ²  =  gH , que es la misma velocidad que para las ondas de gravedad de aguas poco profundas sin el efecto de la rotación de la Tierra. ^[4] Es importante tener en cuenta que para un observador que viaja con la ola, el límite costero (amplitud máxima) siempre está a la derecha en el hemisferio norte y a la izquierda en el hemisferio sur (es decir, estas olas se mueven hacia el ecuador - fase negativa speed - en un límite occidental y hacia el polo - velocidad de fase positiva - en un límite oriental; las olas se mueven ciclónicamente alrededor de una cuenca oceánica) ^[3]

Onda ecuatorial de Kelvin

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Una onda Kelvin ecuatorial, capturada a través de anomalías en la altura de la superficie del mar