Ekmanspiral

Ekmanspiralen er en modell for forholdet mellom retningen på den vinden som driver en havstrøm og strømretningen på vannet. Modellen ble utforma av den svenske oseanografen Vagn Walfrid Ekman i 1902. Foranledningen til modellen var observasjoner gjort av Fridtjof Nansen under Fram-ekspedisjonen i 1893. Ekman fikk oppdraget med å gjøre beregninger på Nansens observasjoner.

Modellen forutsetter et idealisert hav der en rent vinddreven strøm får utvikle seg, dvs. at den ser bort fra temperaturforskjeller o.a. tetthetsforskjeller ned gjennom vannmassene, og at ingen friksjonskrefter virker fra havbunn eller kyst.

Ekman fant at på hver vannpartikkel i vannsøylen virker det tre krefter: friksjonskrafta fra partiklene over, corioliskrafta og friksjonskrafta fra vannet under. På havoverflata vil vinden være den overliggende friksjonskrafta. Disse tre kreftene trekker på vannpartikkelen i ulike retninger, med en innbyrdes vinkel på 120°. Summen av disse tre kreftene får vannet på overflata til å bevege seg 45° til side for vindretningen – på den nordlige halvkula til høyre og på den sørlige til venstre. Corioliskrafta vil alltid virke vinkelrett på strømretningen. Nedover i vannlaga vil strømmen ha et stadig større avvik fra vindretningen – samtidig som hastigheten svekkes – inntil strømmen på et visst dyp går motsatt av overflatestrømmen. Fenomenet kalles ekmanvridningen. En avbildning av strømretningens vektorer nedover i vannsøylen tar seg dermed ut som en vindeltrapp med stadig smalere trinn.

Det dypet der strømmen går motsatt av overflatestrømmen kalte Ekman D-dypet; vannlaget ned til dette dypet har fått benevnelsen ekmanlaget eller ekmandypet. Eksempelvis vil en vindhastighet på 7 m/s på 50° bredde gi et ekmanlag på 60 m. På D-dypet vil strømhastigheten være 1/23 av overflatestrømmens.

Den gjennomsnittlige strømretningen for hele ekmanlaget vil på den nordlige halvkula være 90° til høyre for vindretningen, og på den sørlige 90° til venstre. Det forklarer den virkninga vinder parallelt med kysten har på de havstrømmene som stryker langs kontinentenes vestkyster fra høyere mot lavere breddegrader (Benguelastrømmen og Perustrømmen på den sørlige halvkula, Kanaristrømmen og Californiastrømmen på den nordlige). Når vindretningen går mot ekvator, trekkes vannet vekk fra kysten, og erstattes med kaldt og næringsrikt dypvann – såkalt oppstrømning. Denne vinddrevne oppstrømningen har benevnelsen ekmanpumping.

Ekmans modell har samme gyldighet i gasser som i væsker, og også atmosfæren har sin ekmanvridning og sitt ekmanlag.

Litteratur
V. W. Ekman, Om jordrotationens inverkan på vindströmmar i hafvet, Nyt Magazin f. Naturvidenskab, bd. 40, h. 1, Kristiania 1902. Doktorsdisputation i Uppsala 26. april 1902.

Mekanikk
fysisk oseanografi