Johan Wilhelm Sandström (6 de junio de 1874, Degerfors , condado de Västerbotten - 12 de enero de 1947, Bromma , condado de Estocolmo ), generalmente citado como JW Sandström , fue un oceanógrafo y meteorólogo sueco . Es más conocido por realizar una serie de experimentos clásicos en la Estación de Investigación Marina de Bornö en Suecia publicados en 1908. Sus experimentos se centraron en las causas de las corrientes oceánicas, en particular las que se encuentran en los fiordos.
Sandström es hijo del carpintero Jonas Anton Sandström y de Greta Magdalena Sjögren. Asistió a la escuela primaria de Degerfors, pero tras la muerte de su padre, su madre trasladó a la familia a Sundsvall , donde Sandström trabajó en un aserradero mientras recibía clases particulares. Gracias a benefactores locales, ingresó en una escuela técnica de Estocolmo y, aunque nunca recibió un diploma oficial, destacó en matemáticas y frecuentó círculos científicos.
En 1899, Sandström se unió al servicio meteorológico nacional, donde conoció a Vilhelm Bjerknes , fundador de la Escuela de Meteorología de Bergen , quien cambió su carrera. El profesor de Física Matemática en Estocolmo estaba trabajando en la predicción del tiempo y la teoría de la circulación hidrodinámica generalizada a finales de la década de 1890. Con una beca del gobierno, Bjerknes contrata a Sandström en 1899 para que lo ayude en el estudio de la relación entre la presión atmosférica y las tormentas.
En una serie de publicaciones, Sandström analiza la circulación atmosférica general y desarrolla técnicas de predicción gráfica que le dan a conocer. Cuando la beca de Bjerknes terminó, fue contratado por Otto Pettersson como su asistente principal en la Comisión Hidrográfica y Biológica Sueca. Pettersson es el científico jefe de la flota de buques de investigación de la comisión. Sandström también recibe una oferta de Fridtjof Nansen en Bergen para ayudar con el libro "Lehrbuch der Cos-Physen Physik" de Svante Arrhenius (1903), para escribir la parte sobre masas de aire y meteorología dinámica.
Gracias a las subvenciones de la Carnegie Institution de Washington , Bjerknes volvió a contratar a Sandström para un nuevo y ambicioso proyecto en 1906. Al año siguiente, viajó con Bjerknes a Oslo , donde se ocuparon de la física y las matemáticas de la materia. En 1908, Sandström fue contratado como director técnico de la nueva Agencia Hidrográfica de Estocolmo, a pesar de no tener un diploma, con la ayuda de la recomendación de Bjerknes y de sus propias publicaciones.
En 1913, discutió a menudo con Nils Ekholm sobre el valor del trabajo meteorológico de Bjerknes para aplicaciones en la vida real. Sin embargo, cuando los marineros y los agricultores comenzaron a pedir más información meteorológica, pronto se convirtió en el director de la nueva "Oficina Meteorológica" dentro de la agencia en 1919.
Durante la década de 1920, la aviación empezó a ser un cliente importante, aportando nuevos datos y cambios organizativos. También se produjo un mayor uso de las tecnologías de telecomunicaciones, incluidas la telegrafía y la radiodifusión . La Agencia Meteorológica e Hidrológica de Estocolmo también necesitaba ampliar sus funciones hidrológicas. Sandström comenzó entonces a estudiar la Corriente del Golfo , junto con Pettersson y Ekholm, por sus influencias en el clima.
En 1929, Sandström dirigió una expedición al océano Ártico financiada por el estado y fundaciones privadas. Además de las expediciones y de una serie de viajes personales en barco por el Ártico, Sandström viajó varias veces en invierno a Bergen para reunirse con el profesor Bjerknes y discutir la teoría de los frentes meteorológicos y las masas de aire . Sus observaciones le proporcionaron datos sobre la tasa de conversión de energía entre la atmósfera y el océano, lo que le valió el reconocimiento internacional.
Sandström se interesó principalmente por el papel del calentamiento y el enfriamiento en el impulso de las corrientes oceánicas y, en general, en la circulación oceánica a gran escala. Afirmó que la circulación térmica puede causar una circulación vigorosa y constante solo si el calentamiento se produce a mayores profundidades que el enfriamiento. Esto se conoce hoy como el teorema de Sandström y representa un intento de extender el conocido resultado de la teoría termodinámica clásica de que para que un motor térmico realice trabajo positivo a lo largo de un ciclo, el trabajo de expansión debe producirse a una presión mayor que el trabajo de contracción.
Por lo tanto, el teorema de Sandström es técnicamente cierto, siempre que la expansión del fluido sea causada por el calentamiento y la contracción por el enfriamiento, y que las profundidades mayores se produzcan a presiones mayores. Sin embargo, existe una ambigüedad en cuanto al significado de los términos "calentamiento" y "enfriamiento" en el teorema de Sandström. Hasta ahora, el calentamiento y el enfriamiento siempre se han interpretado en la literatura como asociados con el "calentamiento de la superficie" y el "enfriamiento de la superficie", respectivamente.
Sin embargo, en fluidos reales, la difusión molecular y turbulenta siempre causa calentamiento/enfriamiento interno incluso en ausencia de calentamiento/enfriamiento externo, siempre que la temperatura del fluido considerado no sea uniforme. Como es bien sabido, la difusión molecular y turbulenta tiende a relajar el sistema hacia el equilibrio termodinámico, es decir, hacia un estado isotérmico, que para un fluido estáticamente estable, calentará el fluido a alta presión y lo enfriará a baja presión. Por lo tanto, debido al calentamiento/enfriamiento diabático interno por difusión molecular/turbulenta, el calentamiento general experimentado por un fluido estratificado siempre ocurre a mayor presión que el enfriamiento total, incluso si el calentamiento/enfriamiento externo ocurre a la misma presión.
Como resultado, el calentamiento/enfriamiento diabático interno debido a la difusión molecular explica por qué los experimentos de laboratorio muestran evidencia de circulaciones que se desarrollan como resultado del calentamiento/enfriamiento de la superficie (Park y Whitehead, 2000) o incluso cuando el calentamiento es superior al enfriamiento (Coman et al., 2006). La idea clave de Sandström (aunque no se expresó claramente) fue que en tales circulaciones, la circulación en su conjunto debe transportar agua ligera hacia abajo y agua densa hacia arriba. Esto significa que el efecto de la circulación es aumentar la energía potencial. Tal aumento requiere una fuente externa de energía. Trabajos recientes se han basado en esto para argumentar que la circulación oceánica en su conjunto está impulsada por estas fuentes externas de energía, ya sea el viento o las mareas, y trabajos más recientes sugieren que las fuentes internas y los sumideros de energía (como los que impulsan la difusión) también son potencialmente importantes.
En 1925, Sandström fue elegido miembro de la Real Academia Sueca de Ciencias .