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El Sistema Climático 2015
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Práctico 2
Circulación de la atmósfera y el océano
Nota: Los ejercicios marcados con (E) deben ser entregados antes del 15 de mayo de 2015.
1. Considere una circulación zonalmente simétrica en la atmósfera. En la atmósfera libre se
puede despreciar la fricción y el flujo conserva el momento angular
L= a2 cos 2 ua cos  donde  es la latitud, Ώ la velocidad angular de la Tierra
y a el radio terrestre.
a) Use la conservación del momento angular para describir el movimiento de una
parcela de aire inicialmente en reposo en el Ecuador que comienza a moverse hacia
un polo. Encuentre una expresión para la velocidad zonal en función de la latitud, Ώ y
a.
b) Calcule la velocidad zonal en 30N y compare con las velocidades típicas de la
corriente en chorro.
2. (E) Se considera un sistema de presión cuya expresión en superficie es:
p 0 (x , y )=
x2
+ y2
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a) Asumiendo que la densidad del aire tiene un valor constante ρ = 1.03 kg/m3 y que se
puede suponer la atmósfera se encuentra en equilibrio hidrostático, obtener la
expresión del campo de presiones en cualquier nivel z: p (x , y , z )
b) Bosquejar la dependencia de p con la altura para el punto x=0, y=0.
c) Bosquejar las curvas de nivel de p (x , y , z ) en el nivel z=500m.
d) Suponiendo que el sistema se encuentra localizado en latitud 45ºS, calcular la
expresión para el viento geostrófico en el nivel z = 500m y bosquejar.
3. El promedio vertical de la temperatura de la atmósfera por debajo de la superficie de 200
mb es de 265 K en el Ecuador y 235 K en el polo de invierno.
a) Calcule la diferencia de altura de la superficie de 200 mb asumiendo que en superficie
la presión es 1000 mb en todos lados.
b) Asumiendo que la superficie de presión constante de 200 mb es paralela a la
superficie en todos lados excepto entre los 30° y 60° de latitud use la relación del
−g ∂ z
viento geostrófico dada por u=
para calcular el viento geostrófico medio
f ∂y
en 45° en el hemisferio de invierno. En la ecuación z es la altura de la superficie de
presión y dy= a dφ donde a es al radio terrestre.
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4. Las temperaturas de la siguiente tabla fueron observadas para las latitudes de 50° N y 40°
N y longitud de 0° E. Dado que el viento zonal (dirección oeste-este) en (45°N, 0°E) a
una presión de 10 hPa es de 25 m/s, estimar el viento zonal en (45°N, 0°E) a una presión
de 1 hPa.
Presión (hPa)
10
1
Temperatura en 50 N (K)
217
252
Temperatura en 40 N (K)
224
261
Sugerencia: Considere la relación de viento térmico
usando la aproximación
∂u
R ∂T
=
∂ln p f ∂ y
∫a F  x dx= 12  F bF a b−a
b
e intégrela
.
5. Considere un mar marginal al cual entra agua a una razón de 1x109 kg/s (transporte de
masa). La temperatura media del flujo entrante es 20 °C. El mar se puede considerar
como una caja cuadrada de lados de 100 km y una profundidad de 5 km (ver figura). La
pérdida de calor promedio es de 90 W/m2.
a) Asumiendo estado estacionario calcule la temperatura del agua que sale.
b) Asuma que el agua entrante tiene oxígeno con una concentración de 200 μmol/kg.
¿Cuál es el transporte de oxígeno en molec/s entrando en el mar?
6. Considere una columna de agua de 100 m de altura (área unidad) con salinidad inicial 35.
Si 2 cm de agua son evaporados de la columna, ¿cuál es la salinidad final?
7. Considere una corriente muy simplificada que se asemeja a la corriente del Golfo. Asuma
que tiene 100 km de ancho y, que la superficie del mar es 2m más alto del lado este que
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del lado oeste. Asuma también que no hay rotación, no hay advección y no hay
viscosidad.
a) ¿Qué balance de fuerzas usa para calcular la presión en 100 m, 1000 m, 4000 m, etc,
bajo la corriente?
b) Calcule la presión del lado oeste y del lado este de la corriente del Golfo a una
profundidad de 4000 m. Asuma que g=9.8 m/s2, y que la densidad es constante e igual
a 1025 kg/m3.
c) ¿Qué balance de fuerzas usa para calcular la aceleración este-oeste que se debe a la
diferencia de presión calculada en b?
d) ¿Cuál sería la velocidad resultante debido a la diferencia de presión calculada en b)
luego de 1 año?
8. La siguiente figura muestra la trayectoria de una boya derivante que dio una vuelta y
media alrededor de Antártida entre marzo de 1995 y marzo de 2000. Los puntos rojos
marcan la posición de la boya en intervalos de 30 días.
a) Calcule la velocidad media de la boya en los 5 años.
b) Asumiendo que la corriente zonal media en el fondo de los océanos es cero, use el
viento térmico (desprecie los efecto de la salinidad) para calcular el gradiente de
temperatura promedio en la columna de agua a través de la Corriente Circumpolar
Antártica. Estime la diferencia de temperatura a través del Estrecho de Drake que
tiene 600 km de ancho. Datos: α=2x10-4 K-1.
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9. (E) Considere al océano Atlántico norte como una cuenca rectangular centrada en 35ºN,
de dimensión longitudinal Lx=5000 km y latitudinal Ly=3000 km. Sobre el océano
soplan vientos en la dirección oeste-este de la forma
 x  y=− s cos 
y

Ly
 y  y=0
donde τs=0.1 N/m . Asuma un valor constante de f apropiado para 35° N y que el océano
tiene densidad uniforme 1000 kg/m3.
a) Calcule el transporte de Ekman
b) Calcule el bombeo de Ekman
c) Realice un bosquejo de la estructura espacial del bombeo de Ekman, del nivel
del mar y las corrientes geostróficas asociadas.
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10. (E) La figura muestra el campo de esfuerzo de superficie por los vientos promediado
anualmente. La escala se encuentra en el extremo inferior derecho de la figura. Considere
Ώ=7.27*10-5 1/s, ρ_oceano=1025 kg/m3
a. Indique las regiones de afloramiento y subducción en el océano Atlántico, ya sea en
regiones costeras así como en el océano profundo.
b. Calcule valor, dirección y sentido del bombeo de Ekman en el océano Atlántico en
30°S en el centro de la cuenca. Considere únicamente la componente zonal del esfuerzo
de los vientos.
c. Considerando la distribución del bombeo de Ekman en el océano Atlántico, ¿dónde es
esperable una mayor altura del nivel del mar? ¿En profundidad estas zonas de mayor
altura del nivel del mar se corresponden con una termoclina profunda o somera?
Justifique.