Dòng chảy mặt được cuốn đi chủ yếu bởi ma sát giữa gió thổi trên bề mặt biển và bề mặt nước. Gió thổi nhẹ nhàng trên bề mặt biển theo cùng một hướng.Hình 16.14, đường màu xanh chỉ hướng gió chính phổ biến ở Phía Bắc và Nam biển Đại Tây Dương. Những đường màu vàng chỉ dòng chảy mặt theo hình Elip được gọi là gyres (sự xoay tròn) ở những vùng giống nhau, đơn giản hóa của hình 16.13. Phía Bắc Đại Tây Dương lưu thông xoay tròn theo chiều kim của đồng hồ, và phía nam xoay tròn ngược chiều kim đồng hồ. Nhưng dòng nước không chảy theo một hướng xác định như hướng gió. Thay vào đó, dòng chảy mặt theo hướng đông tây ở bán cầu bắc đi chệch hướng gió. Khi dòng chảy của chúng bị chặn bởi lục địa Bắc Mỹ, dòng chảy đổi hướng theo chiều kim đồng hồ và tiếp tục hành trình của chúng. Ở phía nam bán cầu dòng chảy lệch về bên trái của hướng gió vầ chuyển hướng ngược chiều kim đồng hồ khi chúng chạm đất liền. Những sự khác biệt này giữa hướng gió phổ biến và hướng dòng chảy của dòng chảy mặt đưa ra giả thuyết rằng khác nhau về lực và gió ảnh hưởng lớn đến dòng chảy.
One of those forces that deflect the gyres away from the prevailing winds is the Coriolis effect. To understand this effect, consider the rotating Earth: The circumference of Earth is greatest at the equator and decreases to zero at the poles. But all parts of the planet make one complete rotation every day.
Therefore, a point on the equator must travel farther and faster than any point closer to the poles. At the equator, all objects move eastward with a velocity of about 1,600 kilometers per hour; at the poles there is no eastward movement at all and the velocity is 0 kilometers per hour.
Một trong những lực đó làm trệch hướng vòng quay ra xa những hướng gió phổ biến là ảnh hưởng Coriolis. Để hiểu những ảnh hưởng trên, chúng ta cần hiểu trái đất quay tròn: Chu vi của trái đất lớn nhất tại xích đạo và giảm dần xuống còn 0 đại bắc cực. Nhưng tất cả những phần trên hành tinh này một vòng quay được hoàn thành trong ngày. Chính vì vậy, tại điểm trên xích đạo nó phải quay xa hơn và nhanh hơn bất kỳ điểm nào gần bắc cực. Tại xích đạo, tất cả những vật thể di chuyên về hướng đồng với vận tốc khoảng 1600km/h, còn tại bắc cực nó không di chuyển tý nào về phía đông vì vậy vận tốc là 0 km/h
Now imagine a rocket fired from the equator toward the North Pole. Before it was launched it was traveling eastward at 1,600 kilometers per hour with the rotating Earth. As it takes off, it is moving eastward at 1,600 kilometers per hour and northward at its launch speed. As it moves north from the equator, it is still traveling eastward at 1,600 kilometers per hour, but points on Earth beneath it move eastward at a slower and slower speed as the rocket approaches the pole. As a result, the rocket curves toward the east, or the right. In a similar manner, a mass of water or air deflects in an easterly direction as it moves poleward from the equator, as shown in ~ Figure 16.15A.
Hãy tưởng tượng bây giờ một tên lửa được bắn từ xích đạo và hướng về Bắc cực. Trước khi phóng nó đã di chuyển hướng về phía đông với vận tốc 1600km/h với vòng quay của trái đất. Khi nó bay trên không, nó di chuyển hướng về phía đông với vận tốc 1600km/h và phía bắc cũng với tốc độ như vậy. Khi di chuyển từ xích đạo về phía bắc, nó vẫn di chuyển theo hướng đông với vận tốc 1600km/h, nhưng
tại những điểm nằm dưới trái đất nó di chuyền về phía đông với tốc chậm hơn như tên lửa thăm dò (tới gần) bắc cực. Với kết quả như vậy, tên lửa di chuyên theo
đường cong hướng về phía đông, hay bên phải. Tương tự như vây, khối lượng riêng của nước hay không khí uốn cong theo hướng đông khi nó di chuyển hướng về địa cực từ xích đạo, như hình 16.15A
Conversely, consider an ocean current flowing southward from the Arctic Ocean toward the equator. Since it started near the North Pole, this water moves more slowly than Earth's surface near the equator, and therefore the current veers toward the west, or to the right, as shown in ~ Figure 16.15B. Thus, north-south currents always veer to the right in the Northern Hemisphere. In the Southern Hemisphere currents turn toward the left for the same reason.
Ngược lại, coi như dòng chảy ở đại dương chảy phía nam từ Biển Bắc cực hướng về xích đạo. Từ khi nó bắt đầu chảy từ Cực Bắc, dòng nước này di chuyển chậm hơn dòng chảy trên bề mặt trái đất gần với xích đạo, chính vì vậy
sự đổi hướng của dòng chảy hướng về phía tây, hay về bên phải của bán cầu bắc. Dòng chảy ở bán cầu nam đổi hướng về ben trái với cũng lý do như trên. At the sea surface, current directions are affected by both the prevailing winds and the Coriolis effect. However, below the surface, the water doesn't "feel" the wind; it only "feels" the movement of water directly above. But the Coriolis effect is as strong at depth as it is at the sea surface. As a result, each successively deeper layer is less affected by the wind and more affected by the Coriolis effect. Consequently, deeper layers of water in the surface currents are deflected even more to the right in the Northern Hemisphere, and to the left in the Southern Hemisphere, than is the shallowest water. The net effect of this process on the flow directions of the gyres, down to a depth of about 100 meters, is called Ekman transport, after the Swedish scientist who developed the mathematics that describe the process.
Trên bề mặt biển, hướng của dòng chảy bị ảnh hưởng bởi cả hướng gió phổ biến và hiệu ứng Coriolis. Tuy nhiên, bên dươi bề mặt biển, dòng nước không bị ảnh hưởng bởi gió, nó chỉ bị ảnh hưởng bởi sự chuyển động trực tiếp của dòng nước phía bên trên. Nhưng hiệu ứng Coriolis chịu ảnh hưởng mạnh theo độ sâu như là ảnh hưởng ở trên bề mặt biển. Kế quả là lớp nước sâu hơn hì ít bị ảnh hưởng bởi gió và bị ảnh hưởng nhiều bởi hiệu ứng Coriolis, Do vậy, những lớp nước sâu hơn ở dòng chảy mặt thì di chuyển lệch nhiều hơn về phía bán cầu bắc và phía bên trái của Nam bán cầu, hơn là những chỗ nông. Ảnh hưởng cuối cùng của quá trình này lên hướng dòng chảy của sự quay tròn, xuống sâu tới độ sâu 100m gọi là quá trình vận chuyển Ekman, sau khi nhà khoa học thụy điển phá triển những tính toán toán học để mieu tả quá trình này.
Yet another factor deflects surface currents. The combination of wind and Ekman transport cause the sea surface to pile up and form a hill of water in the middle of the North Atlantic Ocean. It isn't a big hill as hills on land go; it is only 2 meters high and slopes gradually from the middle of the ocean near the Sargasso Sea to land on both sides of the North Atlantic. It is so subtle that it can be detected only by satellite imaging of the sea surface. However, as surface currents flow toward the mound of water, they veer away from the hill ~ rather than flowing uphill. This process deflects surface currents from directions controlled by prevailing winds and Ekman transport. In theory, Ekman transport should deflect surface currents 90 degrees to the right of the prevailing wind direction in the Northern Hemisphere, and 90 degrees left of prevailing winds in the Southern Hemisphere. However, the actual deflection of water flow from the prevailing wind direction due to Ekman transport is 45 degrees or less because of the topography of the sea surface. Surface current gyres controlled by the combination of wind, the Coriolis effect modified by Ekman transport, and sea surface topography are called geostrophic gyres (geos for Earth, and strophe for turning). Of the six great surface currents in the world oceans shown in Figure 16.13-two in the Northern Hemisphere and four in the Southern Hemisphere-five
are geostrophic gyres. The sixth, the West Wind Drift, or Antarctic Circumpolar Current, is driven by strong, ceaseless westerly winds in that inhospitable part of the world.
Tuy nhiên có những nhân tố khác làm lệch hướng dòng chảy. Sự kết hợp giữa gió và sự vận chuyển Ekman là nguyên nhân mặt biển được kéo lên và tạo thành mô nước ở giữa biển Bắc Đại tây dương. Nó không lơn như những cái đồi ở trên mặt đất, với chỉ 2 mét chiều cao và thoải dần dần từ giữa đại dương gần biển Sargasso cho tới vùng đất nằm giữa hai bên bờ của biển Đại tây dương. Nó mỏng manh đến nỗi mà có thể được nhìn thấy bằng ảnh vệ tinh bề mặt biển. Tuy nhiên, khi dòng chảy mặt hướng về những mô (gò) nước, chúng chuyển hướng ra xa di xuống hơn là đi lên. Quá trình này làm lệch hướng dòng chảy do được điều chỉnh bởi những cơn gió chính và quá trình vận chuyên Ekman. Theo lý thuyết quá trình vận chuyển Ekman làm thay đổi dòng chảy mặt tới 90 độ về phía bên phải của hướng gió chính trong bán cầu Bắc, và 90 độ phía bên trái của những cơn gió chính ở bán cầu Nam. Tuy nhiên độ cong thực tế của dòng nước bắt nguồn từ những cơn gió chính vì quá trình vận chuyển Ekman chỉ là 45 độ hay nhỏ hơn do cấu tạo của mặt biển. Quá trình xoay vòng của dòng chảy được điều kiển bởi sự kết hợp giữa gió và hiệu ứng Coriolis được thay đổi bởi quá trình vận chuyên Ekman, và bề cấu tạo mặt biển được gọi là geostrophic gyres (geos for Earth, and strophe for turning). Tổng số trong 6 hướng của dòng chảy mặt trên đại dương trái đất ở hình 16.13- hai ở bán cầu băc và 4 ở bán cầu nam- 5 là geostrophic gyres. Cái thứ 6m , khuynh hướng gió theo hướng tây hay dòng chảy quanh Nam cực, chuyển động mạnh mẽ, gió thổi về phía tây không dứt là một phần khí hậu của thế giới.