Ondas internas e níveis de transição

Abstract

O objetivo principal desse trabalho foi reunir material, de forma didática, sobre a propagação horizontal das ondas de gravidade internas que existem no interior de oceanos estavelmente estratificados. Em particular, a presença de níveis de transição onde a frequência da onda iguala, localmente,à frequência de Brunt-Vaissalla (N )é considerada usando separadamente dois modelos, tratados com o método dos modos normais verticais. A primeira simulaçãoé numérica e supõe a existência de uma termoclina; foi baseada indiretamente em dados para o Canal de Faeroe-Shetland, um cânion submarino que se estende de (61,29 N, 4,03 E)à (61,40 N, 6,13 E). A segunda simulação considera um perfil linearmente decrescente de N 2 com a profundidade eé resolvido analiticamente (exceto pela determinação dos autovalores) envolvendo a aproximação clássica de WKB e o uso das funções de Airy. Palavras-chave: funções de Airy, método WKB, modos normais, ondas de gravidade internas oceânicas, termoclina.The main objective of this work was to amass didatical material on the horizontal propagation of internal gravity waves within stably stratified oceans. In particular, the presence of turning levels, where the wave frequency locally equals the Brunt-Vaissalla frequency (N ) is examined using two distinct models, both using the vertical normal modes technique. The first simulation is numerical and concerns a thermocline in the FaeroeShetland Channel extending from (61.29 N, 4.03 E) to (61,40 N, 6,13 E). The second simulation uses a linearly decreasing profile of N 2 with respect to depth and is solved analytically (except for the eigenvalue calculation) with the classical WKB approximation and use of Airy functions. Keywords: Airy functions, normal modes, ocean internal gravity waves, thermocline, WKB method. IntroduçãoTodos estão familiarizados com as ondas de natureza eólica que se manifestam na superfície dos oceanos, porém o objetivo desse trabalho diz referênciaàs ondas que se propagam no interior dos oceanos. Difíceis de serem detectadas a olho nu (se bem que algumas vezes, elas produzem uma resposta visível na superfície, como mostrado em imagens de satélites) elas devem sua existênciaà força de flutuação. Através desse mecanismo restaurador, uma parcela quando deslocada de sua posição encontra um meio ambiente com diferente densidade; no caso de uma estratificação estável, a força de flutuação sempre age no sentido de trazer a parcela para sua posição original, dando origemàs oscilações conhecidas por ondas de gravidade internas.Ondas internas já eram conhecidas desde 1847 (Stokes e seu estudo sobre ondas na interface de dois fluidos de diferentes densidades), mas uma importante contribuição viria de Rayleigh que, em 1883 introduziu o conceito de modos verticais normais considerando uma estratificação contínua. Do ponto de vista observacional, podem ser citados dois registros de expedições oceanográficas: a) Nansen, que em 1902 notou a presença dessas flutuações em perfis de variáveis oceanográficas com a profundidade e b) [1] que fizer...