Fysikaalinen oseanografia

Energia valtameren kiertoon (ja ilmakehän kiertoon) tulee auringon säteilystä ja auringon ja kuun vetovoimasta. Pinnalta imeytyvän auringonvalon määrä vaihtelee voimakkaasti leveysasteen mukaan, ollen suurempi päiväntasaajalla kuin napojen kohdalla, ja tämä synnyttää sekä ilmakehässä että meressä fluidiliikettä, joka vaikuttaa lämmön uudelleenjakamiseen päiväntasaajalta napoja kohti, mikä vähentää lämpötilagradientteja, jotka olisivat olemassa ilman fluidiliikettä. Ehkä kolme neljäsosaa tästä lämmöstä kulkeutuu ilmakehässä, loput meressä.

ilmakehä kuumenee alapuolelta, mikä johtaa konvektioon, jonka suurin ilmentymä on Hadleyn kierto. Sitä vastoin meri lämpenee ylhäältä päin, mikä pyrkii tukahduttamaan konvektiota. Sen sijaan valtamerten syvävettä muodostuu napa-alueilla, joissa kylmä suolainen vesi vajoaa melko suppeille alueille. Tästä alkaa termohaliinikierto.

valtamerten virtaukset johtuvat suurelta osin pintatuulen rasituksesta, joten ilmakehän suuri kierto on tärkeää valtamerten virtauksen ymmärtämiseksi. Hadleyn kierto johtaa itätuuliin tropiikissa ja läntisillä leveysasteilla. Tämä johtaa hitaaseen tasavirtaukseen suurimmassa osassa subtrooppista merialuetta (Sverdrupin tasapaino). Paluuvirtaus tapahtuu voimakkaassa, kapeassa, polewardisessa länsirajavirrassa. Meri on ilmakehän tavoin paljon leveämpi kuin syvä, ja siksi vaakasuora liike on yleensä paljon nopeampaa kuin pystysuuntainen liike. Eteläisellä pallonpuoliskolla on jatkuva valtamerivyöhyke, ja siksi läntiset keskileveysasteet pakottavat voimakkaaseen Etelämantereen Sirkumpolaariseen virtaukseen. Pohjoisella pallonpuoliskolla maamassat estävät tämän ja valtamerten kierto katkeaa pienemmiksi pyörteiksi Atlantin ja Tyynenmeren syvänteissä.

Coriolis-efekti

Coriolis-ilmiö johtaa fluidivirtojen taipumiseen (oikealle pohjoisella pallonpuoliskolla ja vasemmalle eteläisellä pallonpuoliskolla). Tällä on perinpohjaisia vaikutuksia merten virtauksiin. Se tarkoittaa erityisesti sitä, että virtaus kiertää korkea-ja matalapainejärjestelmiä, jolloin ne säilyvät pitkiä aikoja. Tämän seurauksena pienet paineen vaihtelut voivat tuottaa mitattavissa olevia virtauksia. Esimerkiksi yksi miljoonasosa merenpinnan korkeudesta aiheuttaa keskileveysasteilla 10 cm/s virran. Se, että Coriolis-ilmiö on suurin napojen kohdalla ja heikko päiväntasaajalla, johtaa jyrkkiin, suhteellisen tasaisiin länsirajan virtauksiin, jotka puuttuvat itärajoilta. Katso myös sekundaarikierron vaikutukset.

Ekman transportEdit

Ekman transport johtaa pintaveden nettokuljetukseen 90 astetta pohjoisella pallonpuoliskolla Tuulen oikealle puolelle ja 90 astetta eteläisellä pallonpuoliskolla Tuulen vasemmalle puolelle. Kun tuuli puhaltaa meren pinnan yli, se” tarttuu ” ohueen pintavesikerrokseen. Tuo ohut vesilevy puolestaan siirtää liike-energiaa sen alla olevaan ohueen vesikerrokseen ja niin edelleen. Coriolis-ilmiön vuoksi vesikerrosten kulkusuunta kuitenkin siirtyy hitaasti yhä kauemmas oikealle niiden syventyessä pohjoisella pallonpuoliskolla ja vasemmalle eteläisellä pallonpuoliskolla. Useimmiten Tuulen vaikutuspiirissä oleva aivan alin vesikerros on 100-150 metrin syvyydessä ja kulkee noin 180 astetta, täysin päinvastaisessa suunnassa kuin tuuli puhaltaa. Kaiken kaikkiaan veden nettokuljetus olisi 90 astetta alkuperäisestä tuulensuunnasta.

Langmuirin kiertokulku

Langmuirin kiertokulku johtaa siihen, että meren pinnalla on tuulen suunnan suuntaisia ohuita, näkyviä raitoja, joita kutsutaan tuuliviireiksi. Jos tuuli puhaltaa yli 3 m s-1, se voi luoda rinnakkaisia tuulenpuuskia, jotka vuorottelevat ylös-ja alaslaskua noin 5-300 metrin päässä toisistaan. Nämä tuulituolit syntyvät vierekkäisten munasolujen (ulottuu noin 6 m (20 ft) syvä) vuorotellen pyörivät myötäpäivään ja vastapäivään. Konvergenssivyöhykkeillä roskia, vaahtoa ja merilevää kertyy, kun taas divergenssivyöhykkeillä planktonia pyydystetään ja kuljetetaan pinnalle. Jos divergenssivyöhykkeellä on paljon planktonia, kaloja houkutellaan usein niiden ravinnoksi.

Ocean–atmosphere interfaceEdit

Hurrikaani Isabel Bahaman itäpuolella 15.syyskuuta 2003

valtamerten ja ilmakehän rajapinnalla vaihtavat lämmön, kosteuden ja liikemäärän virtoja.

lämpö

tärkeitä lämpötermejä pinnalla ovat järkevä lämpövuo, latentti lämpövuo, saapuva auringon säteily ja pitkäaaltoisen (infrapuna) säteilyn tasapaino. Yleensä trooppisilla valtamerillä on taipumus osoittaa lämmön nettovoittoa ja napamerillä nettohäviötä, joka on seurausta valtamerien energiapolewardien nettosiirrosta.

valtamerten suuri lämpökapasiteetti hillitsee valtamerten viereisten alueiden ilmastoa, mikä johtaa meri-ilmastoon tällaisissa paikoissa. Tämä voi johtua lämmön varastoitumisesta kesällä ja lämmön vapautumisesta talvella tai lämmön kuljetuksesta lämpimämmistä paikoista: erityisen merkittävä esimerkki tästä on Länsi-Eurooppa, jota ainakin osittain lämmittää Pohjois-Atlantin ajautuminen.

Momentum

Pintatuulet ovat yleensä kertaluokkaa metriä sekunnissa; merivirrat kertaluokkaa senttimetriä sekunnissa. Ilmakehän kannalta merta voidaan siis pitää tehokkaasti paikallaan pysyvänä; meren kannalta ilmakehä aiheuttaa pinnalleen merkittävän tuulirasituksen, mikä pakottaa valtamereen suuria virtauksia.

Tuulirasituksen kautta tuuli synnyttää meren pinta-aaltoja; pidemmillä aalloilla on tuulen nopeutta myötäilevä vaihenopeus. Pintatuulten liikemäärä siirtyy energiavuotoon meren pinta-aaltojen vaikutuksesta. Meren pinnan lisääntynyt karheus aaltojen mukana muuttaa tuulen pinnan lähellä.

Kosteus

valtameri voi saada kosteutta sateesta tai menettää sitä haihtumalla. Haihtumishäviö tekee valtamerestä suolaisemman; esimerkiksi Välimerellä ja Persianlahdella haihtumishäviö on voimakas; tästä aiheutuva suolaisen veden sakeus voidaan jäljittää Gibraltarinsalmen kautta Atlantin valtamereen. Yhteen aikaan uskottiin, että haihtuminen/sademäärä oli merkittävä merivirtojen ajuri; nykyään sen tiedetään olevan vain hyvin vähäinen tekijä.

Planetaariset aaltoaallot

Kelvin-aallot

Kelvin-aalto on mikä tahansa etenevä aalto, joka kanavoituu kahden rajan tai vastakkaisen voiman välillä (yleensä Coriolis-voiman ja rannikon tai Päiväntasaajan välillä). Niitä on kahta tyyppiä, rannikkoa ja päiväntasaajaa. Kelvin-aallot ovat gravitaatiovetoisia ja ei-dispersiivisiä. Tämä tarkoittaa, että Kelvin-aallot voivat säilyttää muotonsa ja suuntansa pitkiäkin aikoja. Ne syntyvät yleensä äkillisestä Tuulen muutoksesta, kuten pasaatituulten muutoksesta El Niño-Southern-oskillaation alussa.

rannikon Kelvin-aallot seuraavat rantaviivaa ja etenevät aina vastapäivään pohjoisella pallonpuoliskolla (rantaviiva kulkusuunnan oikealla puolella) ja myötäpäivään eteläisellä pallonpuoliskolla.

Päiväntasaajan Kelvin-aallot etenevät itään pohjoisella ja eteläisellä pallonpuoliskolla käyttäen päiväntasaajaa ohjenuorana.

Kelvin-aaltojen tiedetään olevan erittäin nopeita, tyypillisesti noin 2-3 metriä sekunnissa. Niiden aallonpituudet ovat tuhansia kilometrejä ja amplitudit kymmeniä metrejä.

Rossby-aallot

Rossby-aallot eli planetaariset aallot ovat valtavia, hitaita aaltoja, joita valtameren ja mantereiden väliset lämpötilaerot synnyttävät troposfäärissä. Niiden suurin palauttava voima on Coriolis-voiman muutos leveysasteella. Niiden aaltoamplitudit ovat yleensä kymmeniä metrejä ja hyvin suuria aallonpituuksia. Niitä tavataan yleensä matalilla tai keskileveysasteilla.

Rossby-aaltoja on kahta tyyppiä, barotrooppisia ja barokliinisiä. Barotrooppisilla Rossby-aalloilla on suurimmat nopeudet, eivätkä ne vaihtele pystysuunnassa. Barokliiniset Rossby-aallot ovat paljon hitaampia.

Rossby-aaltojen erityispiirre on se, että jokaisen yksittäisen aallon vaihenopeudella on aina länteen päin oleva komponentti, mutta ryhmänopeus voi olla mihin suuntaan tahansa. Yleensä lyhyemmillä Rossby-aalloilla on itään suuntautuva ryhmänopeus ja pidemmillä länteen suuntautuva ryhmänopeus.

ilmaston vaihteluedit

joulukuussa 1997 merien pintalämpötilan anomalia viimeisen voimakkaan El Niñon aikana

valtamerten virtauksen vuorovaikutus, joka toimii lämpöpumpun tyyppi ja biologiset vaikutukset, kuten hiilidioksidin pitoisuus, voivat aiheuttaa globaaleja ilmastonmuutoksia vuosikymmenten aikajänteellä. Tunnettuja ilmaston heilahteluja, jotka johtuvat näistä vuorovaikutuksista, ovat Tyynenmeren dekadaalinen oskillaatio, Pohjois-Atlantin oskillaatio ja arktinen oskillaatio. Termohaliinikierron merellinen prosessi on merkittävä osa lämmön uudelleenjakautumista eri puolilla maapalloa, ja tämän kierron muutoksilla voi olla merkittäviä vaikutuksia ilmastoon.

La Niña–El NiñoEdit

ja

Antarktinen ympyräpumpolaarinen aaltoaalto

Tämä on yhteenkytketty valtameri / ilmakehäaalto, joka kiertää eteläistä valtamerta noin kahdeksan vuoden välein. Koska kyseessä on Aalto-2-ilmiö (leveyspiirillä on kaksi huippua ja kaksi kaukaloa) jokaisessa avaruudessa olevassa kiinteässä pisteessä nähdään signaali, jonka kesto on neljä vuotta. Aalto liikkuu itään Etelämantereen Sirkumpolaarisen virran suuntaan.

Merivirta

tärkeimpiä merivirtoja ovat:

• Etelämantereen sirkumpolaarinen Virta
• syvänmeren (tiheysvetoinen)
• Länsirajavirta
  Golfvirta
• Kuroshionvirta
• Labradorinvirta
• Agulhasvirta
• Itä-Australian Virta

rajavirrat

• kalifornianvirta
• Kanarianvirta
• perunvirta
• Benguelan virta

Antarktis circumpolarEdit

Etelämannerta ympäröivä valtamerimuodostuma on tällä hetkellä ainoa yhtäjaksoinen vesimuodostuma, jossa on laaja avoveden leveysaste. Se yhdistää Atlantin, Tyynenmeren ja Intian valtameren ja tarjoaa keskeytymättömän venytyksen vallitseville länsituulille, jotta aaltojen amplitudit kasvaisivat merkittävästi. On yleisesti hyväksytty, että nämä vallitsevat tuulet ovat ensisijaisesti vastuussa circumpolar nykyisen liikenteen. Tämän virran arvellaan nyt vaihtelevan ajan myötä, mahdollisesti värähtelevällä tavalla.

Deep oceanEdit

Norjanmerellä haihtumisjäähdytys on vallitseva, ja uppoava vesimassa, Pohjois-Atlantin Syvävesi (NADW), täyttää altaan ja valuu etelään Grönlannin, Islannin ja Britannian yhdistävien merenalaisten siltojen railojen kautta. Sen jälkeen se virtaa Atlantin länsirajaa pitkin siten, että osa virtauksesta liikkuu päiväntasaajaa pitkin itään ja sitten polewardista valtamerten syvänteisiin. NADW on entrained osaksi Circumpolar nykyinen, ja voidaan jäljittää Intian ja Tyynenmeren altaat. Virtaus Jäämeren altaalta Tyyneenmereen on kuitenkin estetty Beringinsalmen kapeilla matalikoilla.

Katso myös merigeologia, joka tutkii merenpohjan geologiaa, mukaan lukien laattatektoniikka, joka luo syviä valtamerihautoja.

läntinen boundaryEdit

idealisoitu subtrooppinen valtameriallas, jonka tuulet pakottavat kiertämään Azorien ja Bermudan korkeapaineen kaltaisia korkeapainejärjestelmiä, kehittää hyrräkiertoa, jossa sisämaassa virtaa hitaita tasaisia virtauksia kohti päiväntasaajaa. Kuten Henry Stommel käsitteli, nämä virrat ovat tasapainossa länsirajan alueella, jossa kehittyy ohut nopea polewards-virtaus, jota kutsutaan länsirajan virraksi. Virtaus todellisessa meressä on monimutkaisempi, mutta Golfvirta, Agulhas ja Kuroshio ovat esimerkkejä tällaisista virtauksista. Ne ovat kapeita (läpimitta noin 100 km) ja nopeita (noin 1,5 m/s).

Tasasuuntaisia länsirajan virtauksia esiintyy trooppisilla ja polaarisilla paikoilla, esimerkiksi Itä-Grönlannin ja Labradorin virtauksissa, Atlantilla ja Oyashiossa. Ne pakotetaan tuulet kiertävät matalapaine (sykloni).

Golfvirta

Golfvirta yhdessä sen pohjoisen jatkeen, Pohjois-Atlantin Virran kanssa on voimakas, lämmin ja nopea Atlantin valtamerivirta, joka saa alkunsa Meksikonlahdelta, poistuu Floridansalmen kautta ja seuraa Yhdysvaltain itärannikoita ja Newfoundlandia koilliseen ennen Atlantin valtameren ylittämistä.

Kuroshionvirta

Kuroshionvirta on läntisellä Tyynellämerellä Taiwanin itärannikon edustalla esiintyvä Merivirta, joka virtaa koilliseen Japanin ohi, jossa se yhtyy pohjoisen Tyynenmeren virran itäiseen kulkeutumiseen. Se on analoginen Atlantin valtameren Golfvirran kanssa kuljettaen lämmintä, trooppista vettä pohjoiseen kohti napa-aluetta.