Una corriente geostrófica es una corriente oceánica en la que la fuerza del gradiente de presión está equilibrada por el efecto Coriolis . La dirección del flujo geostrófico es paralela a las isobaras , con la alta presión a la derecha del flujo en el hemisferio norte y la alta presión a la izquierda en el hemisferio sur . Este concepto resulta familiar por los mapas meteorológicos , cuyas isobaras muestran la dirección de los vientos geostróficos . El flujo geostrófico puede ser barotrópico o baroclínico . También se puede considerar una corriente geostrófica como una onda giratoria en aguas poco profundas con una frecuencia cero.
El principio de geostrofia o equilibrio geostrófico es útil para los oceanógrafos porque les permite inferir las corrientes oceánicas a partir de mediciones de la altura de la superficie del mar (mediante altimetría satelital y gravimetría combinadas ) o de perfiles verticales de la densidad del agua de mar tomados por barcos o boyas autónomas. Las principales corrientes de los océanos del mundo , como la Corriente del Golfo , la Corriente de Kuroshio , la Corriente de Agulhas y la Corriente Circumpolar Antártica , están todas aproximadamente en equilibrio geostrófico y son ejemplos de corrientes geostróficas.
El agua de mar tiende naturalmente a pasar de una región de alta presión (o alto nivel del mar) a una región de baja presión (o bajo nivel del mar). La fuerza que empuja el agua hacia la región de baja presión se llama fuerza de gradiente de presión. En un flujo geostrófico, en lugar de que el agua se mueva de una región de alta presión (o alto nivel del mar) a una región de baja presión (o bajo nivel del mar), se mueve a lo largo de líneas de igual presión ( isobaras ). Esto ocurre porque la Tierra está girando. La rotación de la Tierra da como resultado una "fuerza" que el agua siente al moverse de arriba a abajo, conocida como fuerza de Coriolis . La fuerza de Coriolis actúa en ángulo recto con respecto al flujo y, cuando equilibra la fuerza del gradiente de presión, el flujo resultante se conoce como geostrófico.
Como se indicó anteriormente, la dirección del flujo es con la alta presión a la derecha del flujo en el hemisferio norte , y la alta presión a la izquierda en el hemisferio sur . La dirección del flujo depende del hemisferio, porque la dirección de la fuerza de Coriolis es opuesta en los diferentes hemisferios.
Las ecuaciones geostróficas son una forma simplificada de las ecuaciones de Navier-Stokes en un sistema de referencia giratorio. En particular, se supone que no hay aceleración (estado estacionario), que no hay viscosidad y que la presión es hidrostática . El saldo resultante es (Gill, 1982):
donde es el parámetro de Coriolis , es la densidad, es la presión y son las velocidades en las direcciones -respectivamente.
Una propiedad especial de las ecuaciones geostróficas es que satisfacen la versión de estado estacionario de la ecuación de continuidad. Eso es:
Las ecuaciones que gobiernan una onda lineal y giratoria en aguas poco profundas son:
El supuesto de estado estacionario realizado anteriormente (sin aceleración) es:
Alternativamente, podemos asumir una dependencia periódica en forma de onda en el tiempo:
En este caso, si establecemos , volvemos a las ecuaciones geostróficas anteriores. Por tanto, se puede considerar una corriente geostrófica como una onda giratoria en aguas poco profundas con una frecuencia cero.
