กระแสน้ำจีโอสโทรฟิก

[right|400px|ตัวอย่างการไหลแบบจีโอสโทรฟิกใน[ซีกโลกเหนือ]] [thumb|[ไจร์ในสมดุลจีโอสโทรฟิกของซีกโลกเหนือ; น้ำที่จางกว่าจะมีความหนาแน่นน้อยกว่าน้ำที่เข้มกว่า แต่มีความหนาแน่นมากกว่าอากาศ; ความชันของความกดดันที่เบี่ยงออกภายนอกถูกหักล้างโดยแรงโคริออลลิสซึ่งเบี่ยงเบนไปทางขวา 90 องศาจากทิศทางการไหล

โครงสร้างนี้จะสลายตัวไปในที่สุดจากแรงเสียดทานและการผสมคุณสมบัติของน้ำ]]

**กระแสน้ำจีโอสโทรฟิก** () คือกระแสน้ำในมหาสมุทรที่แรงความต่างของความดันถูกปรับสมดุลด้วยแรงโคริออลลิส ทิศทางของการไหลแบบจีโอสโทรฟิกจะขนานกับเส้นความกดอากาศ โดยที่ความกดอากาศสูงจะอยู่ทางขวาของการไหลในซีกโลกเหนือ และอยู่ทางซ้ายในซีกโลกใต้ แนวคิดนี้เป็นที่รู้จักดีจากแผนที่อากาศ ซึ่งแสดงลมจีโอสโทรฟิกตามเส้นความกดอากาศ การไหลแบบจีโอสโทรฟิกอาจเป็นแบบบาโรทรอปิกหรือบาโรคลินิกก็ได้ กระแสน้ำจีโอสโทรฟิกยังสามารถถูกมองว่าเป็นคลื่นน้ำตื้นที่หมุนด้วยความถี่เท่ากับศูนย์

หลักการของ**[[จีโอสโทรฟี]]**หรือ**สมดุลจีโอสโทรฟิก**นั้นมีประโยชน์ต่อนักสมุทรศาสตร์ 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):

: fv = \frac{1}{\rho} \frac{\partial p}{\partial x}
: fu = -\frac{1}{\rho} \frac{\partial p}{\partial y}

โดยที่

f คือพารามิเตอร์โคริออลลิส

\rho คือความหนาแน่น

p คือความดัน

u,v คือความเร็วในทิศทาง x และ y ตามลำดับ

คุณสมบัติพิเศษประการหนึ่งของสมการจีโอสโทรฟิกคือ มันสอดคล้องกับสมการความต่อเนื่องของการไหลที่ไม่อัดตัว ซึ่งคือ:

: \nabla \cdot \mathbf{u} = 0 
: \frac{\partial u}{\partial x} + \frac{\partial v}{\partial y} = 0 

### คลื่นหมุนที่ความถี่เป็นศูนย์
สมการที่ใช้อธิบายคลื่นน้ำตื้นที่มีการหมุนในรูปแบบเชิงเส้นคือ:

: \frac{\partial u}{\partial t} - fv = -\frac{1}{\rho} \frac{\partial p}{\partial x} 
: \frac{\partial v}{\partial t} + fu = -\frac{1}{\rho} \frac{\partial p}{\partial y} 

โดยหากสมมุติว่าไม่มีความเร่งสุทธิ (**<u>ไม่มีความเร่งสุทธิ</u>**):

: \frac{\partial u}{\partial t} = \frac{\partial v}{\partial t} = 0 

หรือในอีกทางหนึ่ง เราสามารถสมมุติให้พฤติกรรมของคลื่นมีความถี่แบบเป็นคาบ:

: u \propto v \propto e^{i \omega t} 

ในกรณีนี้ หากเรากำหนด \omega = 0 เราจะย้อนกลับไปสู่สมการจีโอสโทรฟิกเดิม ดังนั้นกระแสน้ำจีโอสโทรฟิกสามารถมองได้ว่าเป็นคลื่นน้ำตื้นที่มีการหมุนโดยมีความถี่เป็นศูนย์

## อ้างอิง
*

หมวดหมู่:กระแสน้ำ