Brisa marina
Introducción
El papel del término solenoidal en la ecuación de la vorticidad muestra cómo la generación de rotación puede manifestarse a través de la brisa marina. La situación de la brisa marina se muestra en la figura siguiente. Para facilitar el análisis, se han omitido el término de la divergencia y el de la inclinación.
Debido al fuerte calentamiento de la superficie terrestre, la temperatura media del aire sobre el mar es menor que la temperatura del aire sobre la tierra. Así, si la distribución de la presión en superficie es prácticamente uniforme, las isobaras algo más altas en la atmósfera se inclinan hacia abajo de manera que se dirigen directamente hacia el mar. Sin embargo, las superficies de igual densidad (llamadas isostéricas), se inclinan en la dirección opuesta, es decir, hacia tierra (debido a que allí la temperatura es mayor) . Esto significa que las superficies isobáricas e isostéricas no coinciden, lo que da lugar a la generación de circulación o vorticidad. Para estimar la aceleración debida a la intersección de las superficies isobáricas e isostéricas, se integra la ecuación de la vorticidad en toda el área. Aplicando el teorema de Stokes al lado izquierdo de la ecuación, resulta:
Integrar sobre todo el área la variación de la vorticidad es equivalente a integrar la velocidad a lo largo del contorno que encierra dicho área. Esta integral de la velocidad a lo largo de un contorno cerrado es la circulación, que es el equivalente macroscópico de la vorticidad. Aplicando el teorema de Stokes a la parte izquierda de la ecuación queda:
La evaluación de esta integral a lo largo del contorno cerrado, muestra que solamente contribuyen a ella los tramos verticales del contorno. Esto es debido a que los segmentos horizontales se han tomado sobre superfices isobáricas y se ha despreciado la inclinación de las superficies isostéricas respecto a las isobáricas. Así el incremento en la circulación resultante es:
Si V es la velocidad tangencial media a lo largo del contorno, se sigue que :
Tomando los siguientes valores: P0=1000 hPa, P1=900 hPa, T2-T1=10 K, L=100 km, h=1 km, resulta una variación de la velocidad de unos 1.5 x 10-3 m s-2. Tomando como valor inicial V=0, significa que después de una hora, aproximadamente, la velocidad aumentará en unos 10 m/s. En realidad, con el aumento de la velocidad del viento también aumentará la fricción, y se desarrollará una situación más o menos estacionaria. El efecto de la brisa se puede observar generalmente a lo largo de las costas. Es además una circulación típica de mesoescala impulsada por el término solenoidal. El mismo fenómeno se observa en zonas de valle y de montaña. Debido al fuerte calentamiento de la falda de la montaña que se encuentra de cara al sol, se produce una diferencia de temperatura con otras partes del valle y se genera así la circulación de montaña.
Efecto de la fuerza de Coriolis
Una vez desarrollada la circulación a mesoescala, comienza a actuar la fuerza de Coriolis. Debido al término solenoidal se genera una circulación en el plano vertical. Sin embargo, cerca del suelo el aire fluye con velocidad creciente desde el mar hacia la tierra y en la dirección contraria en capas más altas de la atmósfera. En el Hemisferio Norte la fuerza de Coriolis cambia la dirección del flujo desviándolo hacia la derecha. De esta manera se crea una circulación en un plano perpendicular al plano en el cual la brisa se desarrolló originalmente. Fijándonos en el término de la inclinación se deduce que la componente vertical de la vorticidad aumenta, es decir, que el plano de circulación de la brisa comienza a girar alrededor de un eje vertical centrado en el borde del agua. Este efecto es observado frecuentemente en las brisas marinas. Según se va desarrollando la brisa, el viento también gira (en sentido horario en el Hemisferio Norte, es decir, del oeste al norte).
