Estudio experimental de la circulación general atmosférica y oceánica a escala de laboratorio

Abstract

The visualization of the relation between atmospheric and oceanic circulation it is too difficult because it occurs in a large scale. Therefore, this study pretends to design a laboratory scale model which allows us to recreate the main characteristics of the general atmospheric and oceanic circulation that is developed on a planetary scale. To design the model, the two main variables that we must take into account are: (a) the Earth’s rotation, and (b) the differential heating (ie the thermal gradient between the equator and the poles). The rotating ocean is simulated by a rotating table, and on its surface there is a circular tank where the water is deposited. The angular velocity of rotation is proportional to the Coriolis acceleration, and it permits us to simulate different latitudes regions of the Earth. Also, the thermal gradient that exists between the poles and the equator, is recreated by ice blocks situated in the center of the tank, the ice simulates the pole. The fluids’ movements are visualized using some different methods (colorants, particles in suspension). The studied situations include experiments of Hadley’s circulation in 2 and 3 dimensions, the extra-tropical circulation, the thermal wind, the baroclinic instability and the generation of fronts

La visualización de la relación existente entre la circulación oceánica y atmosférica presenta cierta dificultad debido a que se produce a gran escala. Por ello, en este trabajo se pretende diseñar un modelo a escala de laboratorio que permita recrear las características principales de la circulación general atmosférica y oceánica que se desarrolla a escala planetaria. Para la elaboración del modelo se han tenido en cuenta las dos variables principales que controlan dicha circulación general: (a) la rotación de la Tierra, y (b) el calentamiento diferencial (es decir, el gradiente térmico existente entre el ecuador y los polos). El océano en rotación se simula mediante una superficie giratoria sobre la que se deposita un tanque circular con una cierta cantidad de agua. La velocidad de rotación es proporcional a la aceleración de Coriolis, lo que permite simular diferentes regiones de la Tierra a distintas latitudes. Asimismo, los gradientes de temperatura observados entre el polo y el ecuador se recrean mediante bloques de hielo en el centro del tanque, el cual se corresponde con uno de los polos. Los movimientos del fluido se visualizan mediante distintos métodos (colorantes, partículas en suspensión). Entre los fenómenos estudiados se encuentran experimentos en 2 y 3 dimensiones de la circulación de Hadley y la circulación extra-tropical, el viento térmico, la inestabilidad baroclínica y la formación de frentes.