กระแสน้ำจีโอสโทรฟิก

โครงสร้างนี้จะสลายตัวไปในที่สุดจากแรงเสียดทานและการผสมคุณสมบัติของน้ำ

กระแสน้ำจีโอสโทรฟิก () คือกระแสน้ำในมหาสมุทรที่แรงความต่างของความดันถูกปรับสมดุลด้วยแรงโคริออลลิส ทิศทางของการไหลแบบจีโอสโทรฟิกจะขนานกับเส้นความกดอากาศ โดยที่ความกดอากาศสูงจะอยู่ทางขวาของการไหลในซีกโลกเหนือ และอยู่ทางซ้ายในซีกโลกใต้ แนวคิดนี้เป็นที่รู้จักดีจากแผนที่อากาศ ซึ่งแสดงลมจีโอสโทรฟิกตามเส้นความกดอากาศ การไหลแบบจีโอสโทรฟิกอาจเป็นแบบบาโรทรอปิกหรือบาโรคลินิกก็ได้ กระแสน้ำจีโอสโทรฟิกยังสามารถถูกมองว่าเป็นคลื่นน้ำตื้นที่หมุนด้วยความถี่เท่ากับศูนย์

หลักการของจีโอสโทรฟีหรือสมดุลจีโอสโทรฟิกนั้นมีประโยชน์ต่อนักสมุทรศาสตร์ เนื่องจากช่วยให้สามารถอนุมานกระแสน้ำในมหาสมุทรได้จากการวัดระดับผิวน้ำทะเล (โดยใช้การวัดระดับด้วยดาวเทียมร่วมกับการวัดแรงโน้มถ่วง) หรือจากความหนาแน่นของน้ำทะเลที่วัดจากเรือหรือทุ่นสำรวจอัตโนมัติ กระแสน้ำหลักของมหาสมุทรทั่วโลก เช่น กระแสน้ำกัลฟ์สตรีม, กระแสน้ำคุโรชิโอะ, กระแสน้ำอกูลฮัส และกระแสน้ำหมุนเวียนรอบทวีปแอนตาร์กติก ต่างก็อยู่ในสมดุลจีโอสโทรฟิกโดยประมาณ และถือเป็นตัวอย่างของกระแสน้ำจีโอสโทรฟิก

 คำอธิบายอย่างง่าย 
น้ำทะเลมีแนวโน้มจะไหลจากบริเวณที่มีความกดดันสูง (หรือระดับน้ำทะเลสูง) ไปยังบริเวณที่มีความกดดันต่ำ (หรือระดับน้ำทะเลต่ำ) โดยแรงความต่างของความกดดันคือแรงที่ผลักดันน้ำไปยังบริเวณที่มีความกดดันต่ำ อย่างไรก็ตาม ในการไหลแบบจีโอสโทรฟิก น้ำจะไม่ไหลตรงจากความกดดันสูงไปหาความกดดันต่ำ แต่จะไหลไปตามเส้นความกดดันที่เท่ากัน (เส้นความกดอากาศ) แทน

สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากโลกหมุน การหมุนของโลกทำให้เกิด "แรง" ที่กระทำต่อน้ำที่กำลังเคลื่อนที่จากบริเวณที่มีความกดดันสูงไปยังบริเวณที่มีความกดดันต่ำ ซึ่งแรงนี้เรียกว่าแรงโคริออลลิส แรงโคริออลลิสจะกระทำในมุมฉากกับทิศทางการไหล และเมื่อมันหักล้างกับแรงความต่างของความกดดัน การไหลที่เกิดขึ้นจึงเรียกว่า "การไหลแบบจีโอสโทรฟิก"

ดังที่กล่าวไว้ ทิศทางการไหลจะมีบริเวณที่มีความกดดันสูงอยู่ทางขวาของการไหลในซีกโลกเหนือ และอยู่ทางซ้ายของการไหลในซีกโลกใต้ ทั้งนี้ทิศทางของแรงโคริออลลิสจะแตกต่างกันระหว่างสองซีกโลก จึงทำให้ทิศทางของการไหลแตกต่างกันไปตามซีกโลกเช่นกัน

 การตั้งสมการ 
สมการจีโอสโทรฟิกเป็นรูปแบบที่ง่ายของสมการนาเวียร์–สโตกส์ในกรอบอ้างอิงที่หมุน โดยเฉพาะ กำหนดให้ไม่มีความเร่ง (ภาวะคงที่), ไม่มีความหนืด และความดันเป็นแบบสมดุลไฮโดรสแตติก สมดุลที่ได้คือ (Gill, 1982):

โดยที่

 คือพารามิเตอร์โคริออลลิส

 คือความหนาแน่น

 คือความดัน

 คือความเร็วในทิศทาง  และ  ตามลำดับ

คุณสมบัติพิเศษประการหนึ่งของสมการจีโอสโทรฟิกคือ มันสอดคล้องกับสมการความต่อเนื่องของการไหลที่ไม่อัดตัว ซึ่งคือ:

 คลื่นหมุนที่ความถี่เป็นศูนย์ 
สมการที่ใช้อธิบายคลื่นน้ำตื้นที่มีการหมุนในรูปแบบเชิงเส้นคือ:

โดยหากสมมุติว่าไม่มีความเร่งสุทธิ (ไม่มีความเร่งสุทธิ):

หรือในอีกทางหนึ่ง เราสามารถสมมุติให้พฤติกรรมของคลื่นมีความถี่แบบเป็นคาบ:

ในกรณีนี้ หากเรากำหนด  เราจะย้อนกลับไปสู่สมการจีโอสโทรฟิกเดิม ดังนั้นกระแสน้ำจีโอสโทรฟิกสามารถมองได้ว่าเป็นคลื่นน้ำตื้นที่มีการหมุนโดยมีความถี่เป็นศูนย์

 อ้างอิง 

หมวดหมู่:กระแสน้ำ