A teoria de Ekman nos mostra que a velocidade da corrente na superfície do oceano forma um ângulo de 45^{\circ} com a direção da tensão de cisalhamento do vento local. Entretanto, observações (como aquelas originalmente relatadas por Nansen) indicam que esse ângulo é menor, entre 20^{\circ} e 40^{\circ}. Explique, que fatores podem, teoricamente, justificar tal diferença.

Passo 1

O enunciado trata da teoria de Ekman, que prediz que a corrente de superfície gira \,45^\circ em relação à tensão de cisalhamento do vento e da observação de Nansen de que, na prática, esse ângulo fica entre \,20^\circ e \,40^\circ. O conteúdo necessário envolve a dinâmica de camada limite oceânica de Ekman e as hipóteses em que ela se baseia.

Passo 2

Revisão das hipóteses clássicas de Ekman:
\bullet viscosidade turbulenta constante ao longo da coluna de água ( \nu_t= const),
\bullet fluxo unidimensional em regime estacionário,
\bullet densidade homogênea (ausência de estratificação),
\bullet profundidade efetivamente infinita.
Sob essas condições, a solução analítica da espiral de Ekman mostra deflexão de \,45^\circ no topo.

Passo 3

Variação vertical da viscosidade turbulenta
Na realidade, \nu_t decresce com a profundidade por causa da mistura mais intensa próxima à interface ar–água. Se modelarmos \nu_t=\nu_t(z), a espiral de Ekman “gira” menos ao longo da camada, reduzindo o ângulo de deflexão no topo para valores abaixo de \,45^\circ.

Passo 4

Estratificação baroclínica
Quando há variação de densidade \rho(z) (camada de mistura superficial mais leve sobre águas mais densas), a espessura efetiva da camada de Ekman diminui. Uma camada menos espessa gera menor rotação do fluxo, contribuindo para ângulos de \,20^\circ a \,40^\circ.

Passo 5

Forçamento não estacionário e turbulência de superfície
Variações temporais do vento (rajadas, mudanças de direção), ondas de superfície e circulação de Langmuir alteram o perfil de velocidade e misturam a camada de Ekman. Esse forçamento dinâmico faz com que a corrente de superfície se alinhe mais com o vento, reduzindo a deflexão.

Passo 6

Efeitos de contorno e profundidade finita
Próximo a costas ou em bacias rasas, a interação com o fundo e as margens laterais introduz fricção adicional e advecção horizontal, distorcendo a espiral ideal e diminuindo o ângulo entre vento e corrente.

Resposta

Os principais fatores teóricos que justificam um ângulo de deflexão menor que \,45^\circ são:
– viscosidade turbulenta que varia com a profundidade ( \nu_t(z));
– estratificação baroclínica (perfil de densidade \rho(z));
– forçamento não estacionário (variações do vento, ondas, Langmuir);
– efeitos de contorno lateral e profundidade finita.

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