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Troca de momento

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A troca de momento entre a atmosfera e o oceano refere-se ao processo pelo qual a atmosfera impulsiona o oceano, gerando as correspondentes correntes marítimas.

Ocean-Atmosphere Interactions of Gases and Particles, Peter S. Liss, Martin T. Johnson (eds.). Springer, 2014

Chapter: Transfer Across the Air-Sea Interface

>Modelo

ID:(1631, 0)



Mecanismos

Conceito

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Código
Conceito

Mecanismos

ID:(15638, 0)



Tensão superficial

Descrição

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O vento sobre a superfície do oceano é composto por um grande número de moléculas que periodicamente colidem com as moléculas de água na superfície.

Dessa forma, parte da energia cinética das moléculas de ar é transferida para as moléculas de água, o que pode ser representado como uma tensão exercida pelo ar sobre a água.

O efeito resultante é a criação de redemoinhos superficiais que, por sua vez, afetam camadas mais profundas, transferindo a velocidade do vento para uma camada superficial do oceano. Isso permite que a energia do vento seja transferida para uma camada próxima à superfície do oceano, aumentando a velocidade da água nessa região.

ID:(12303, 0)



Esquema geral dos tipos de perturbações

Imagem

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Geralmente, ao observar o oceano, diversos mecanismos de geração de vórtices e turbulências são evidentes, contribuindo para os processos de mistura.

Dentro da camada superficial, destacam-se:

• Ondas superficiais geradas pelos ventos.
• A circulação de Langmuir, que forma fileiras visíveis do ar.
• O rompimento das ondas superficiais.

Enquanto isso, entre o limite inferior da camada de mistura e a termoclina, características importantes incluem:

• Turbulências devido ao cisalhamento no limite superior.
• Ondas internas quebrando no limite inferior.
• Convecção.
• Instabilidades verticais.

Esses fenômenos são representados no seguinte diagrama:

ID:(12180, 0)



Ondas estáveis de Langmuir

Descrição

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Um dos fenômenos originados pelas correntes superficiais induzidas pelo vento é a chamada circulação de Langmuir:



Essa circulação se origina de forma semelhante ao transporte de Ekman, em que devido à força de Coriolis, há zonas de afundamento que, ao se afundarem, geram bolhas. A circulação se fecha, criando uma zona de surgência:

No artigo citado na próxima imagem, conclui-se que existem condições para a formação da circulação de Langmuir, as quais dependem das condições e da própria oscilação.

ID:(12221, 0)



Modelo

Conceito

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Variáveis

Símbolo
Texto
Variáveis
Unidades
$k_w$
k_w
Taxa de transferência de gás na água
m/s

Parâmetros

Símbolo
Texto
Variáveis
Unidades
$Sc$
Sc
Número Schmidt
-


Parâmetro selecionado

Símbolo
Variáveis
Valor
Unidades
Valeur MKS
Unidades MKS

Cálculos

Símbolo
Equação
Resolvido
Traduzido

Equação

#
Equação

$ k_w = ( u_a - u_w ) \beta Sc ^ n $

k_w = ( u_a - u_w )* beta * Sc ^ n


$ La = \sqrt{\displaystyle\frac{ u_a }{ u_w }}$

La = sqrt( u_a / u_w )


$ \tau = \tau_t + \tau_w + \tau_{\eta} $

tau = tau_t + tau_w + tau_eta


$ \tau_t = \rho_a C_D ( u_a - u_w )^2$

tau_t = rho_a * C_D * ( u_a - u_w )^2


$ \tau_t = \rho_a u_a ^2 $

tau_t = rho_a * u_a ^2


$ \displaystyle\frac{ u_a ^2 }{ u_w ^2 } = \displaystyle\frac{ \rho_w }{ \rho_a }$

u_a ^2/ u_w ^2 = rho_w / rho_a

ID:(15643, 0)



Perfil de velocidade na camada superficial (MOST)

Equação

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A força ($$) exercida sobre a superfície pode ser modelada de acordo com a teoria da similaridade de Monin-Obukhov (MOST) como a transferência de energia cinética do ar para a camada superior do oceano.

Para isso, assume-se que ($$) é proporcional a ($$) e à diferença ao quadrado entre ($$) e ($$). A proporcionalidade é considerada pela introdução de ($$), o que leva à seguinte conclusão:

$ \tau_t = \rho_a C_D ( u_a - u_w )^2$

ID:(12222, 0)



Tensão superficial (MAIS)

Equação

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O modelo de Teoria da Similaridade de Monin-Obukhov (MOST) modela a tensão superficial proporcional ao quadrado de ($$) na superfície e a ($$).

Neste caso, estima-se a fração superficial através da densidade de energia cinética, que se correlaciona com a tensão superficial.

Portanto, estima-se que ($$) seja

$ \tau_t = \rho_a u_a ^2 $

ID:(12220, 0)



Tensão total na interface

Equação

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O termo ($$) inclui ($$), ($$) e ($$). Portanto, pode ser expresso como:

$ \tau = \tau_t + \tau_w + \tau_{\eta} $

ID:(12232, 0)



Taxa de velocidade

Equação

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Se assumirmos que há uma transição contínua na densidade de energia na interface entre o ar e a água, e considerarmos que essa energia é de natureza cinética, então com ($$), ($$) e ($$), ($$) podemos estabelecer a seguinte relação:

$\rho_a u_a^2=\rho_w u_w^2$



Portanto, podemos estabelecer a relação:

$ \displaystyle\frac{ u_a ^2 }{ u_w ^2 } = \displaystyle\frac{ \rho_w }{ \rho_a }$

Além disso, podemos considerar que a densidade de energia tem a mesma unidade que a tensão superficial, o que explica a igualdade em função de que, em um sistema em equilíbrio, as tensões devem ser iguais.

ID:(12234, 0)



Número de Langmuir

Equação

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Die Beziehung zwischen ($$) und ($$) wird durch ($$) untersucht. Daher kann die Langmuir-Zahl als das Verhältnis der Quadratwurzel beider Geschwindigkeiten definiert werden:

$ La = \sqrt{\displaystyle\frac{ u_a }{ u_w }}$

ID:(12219, 0)



Troca de CO2, velocidade da água

Equação

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O parâmetro do gás la taxa de transferência de gás na água ($k_w$) é descrito em termos de ($$), ($$), o número Schmidt ($Sc$), ($$) e ($$) da seguinte forma:

$ k_w = ( u_a - u_w ) \beta Sc ^ n $

$Sc$
Número Schmidt
$-$
$k_w$
Taxa de transferência de gás na água
$m/s$

ID:(12215, 0)