En comparació amb l'oceà obert, la plataforma continental i la zona costanera són ambients extraordinàriament energètics. Les variacions de la temperatura de l'aigua, de la salinitat, del nivell del mar i dels corrents hi són més acusats que lluny de la costa. Això és en part el resultat d'un augment de la resposta de la zona costanera al forçament experimentat en totes les regions oceàniques. Les marees, per exemple, són presents a tot l'oceà, però els corrents de marea són més forts a les proximitats de la costa.

Hi ha una altra classe de variabilitat dels corrents als mars costaners. Aquestes variacions no són degudes a una intensificació dels mecanismes que operen a tot l'oceà del món, sinó que són el resultat de les característiques de l'oceà costaner en si mateix. Comprendre la dinàmica d'aquests processos requereix d'una anàlisi avançat de la física de l'oceà i va més enllà dels límits del nivell d'introducció d'aquests apunts. En aquest capítol s'intenta donar un resum d'una classe important de les variacions del corrent coneguda com ones atrapades costaneres. Aquestes ones són responsables de la major part de la variabilitat observada dels corrents de plataforma en algunes regions, i és essencial incloure-les en una discussió sobre l'oceà costaner.

El punt de partida per a la comprensió de la generació i propagació de les ones atrapades costaneres és l'oceà obert, on l'equilibri bàsic de les forces és la geostrofia. Aquest equilibri s'estableix en una situació en què la força del gradient de pressió actua en una direcció perpendicular a la direcció del flux i s'equilibra amb la força de Coriolis, que també actua en una direcció perpendicular al flux i en la direcció oposada a la força del gradient de pressió. Com es va discutir al capítol 2, això condueix a una situació en què un corrent a l'hemisferi nord té la pressió alta a la seva dreta, i un corrent a l'hemisferi sud té la pressió alta a la seva esquerra.

Una conseqüència de la geostrofia és que a l'oceà obert els centres aïllats d'altes o baixes pressions formen cel·les tancades de circulació conegudes com remolins. La figura 8.1 mostra la circulació al voltant de remolins a l'hemisferi nord i sud. Les forces de fricció són generalment petites a l'oceà obert, i el corrent pot circular al voltant dels centres de pressió durant més d'un any amb molt poca pèrdua d'energia. Per tant una de les característiques dels remolins de mar obert és la seva llarga durada. Poden romandre al mateix lloc durant llargs períodes de temps i canviar la seva ubicació només quan es mouen al voltant d'un corrent oceànic (nota).

A l'oceà costaner els centres d'alta i baixa pressió no han d'estar envoltats d'una pressió uniforme per tots els costats (com és el cas dels remolins a l'oceà obert) però poden "anar contra la costa". Això significa que el corrent pot fluir al llarg de les isòbares en un sol costat dels centres de pressió però no té on anar quan va cap a la línia de costa. El resultat és un transport d'aigua des d'un costat del centre de pressió a l'altre, o una reducció del nivell del mar en un costat i un augment del nivell del mar a l'altre. Un canvi del nivell del mar és equivalent a un canvi en la pressió, de manera que els centres de pressió ja no són estacionaris, sinó que s'han de moure al llarg de la costa. La figura 8.2 mostra que això es tradueix en un moviment cap a l'equador al costat occidental i en un moviment cap als pols all costat oriental dels oceans. Noteu que la direcció del moviment és la mateixa pels centres d'altes pressiónes i pels centres de baixes pressions.

El moviment dels centres d'altes i baixes pressions al llarg de la costa es coneix com a ona de Kelvin. Les ones de Kelvin tenen la seva major amplitud a la costa. Al costat occidental d'un oceà només es poden propagar cap a l'equador, mentre que a la costa oriental només es propaguen cap a fora. La seva amplitud disminueix ràpidament (exponencialment) cap a mar obert, per la qual cosa la seva presència només es nota dins d'un segment d'amplada inferior a 100 km al llarg de la costa. El seu període està dins de l'interval entre alguns dies i vàries setmanes, que vol dir que es manifesten a través de canvis lents del nivell del mar i una inversió del corrent cap la costa a un ritme d'una vegada per setmana o menys, a mesura que les regions successives d'altes i baixes pressions passen pel punt d'observació.

Una situació especial és l'equador. Aquí les regions d'altes i baixes pressions, no poden recolzar-se en la costa, però el corrent no pot circular al voltant d'ells perquè la força de Coriolis actua en direccions oposades als dos hemisferis i el balanç geostròfic s'inverteix. Com a resultat el corrent flueix cap a l'est a cada costat d'una cel·la d'alta pressió i cap a l'oest a banda i banda d'una de baixa pressió (figura 8.2). Això comporta de nou un transport net d'aigua i un desplaçament dels centres de pressions, que ara és cap a l'est, tant pels centres d'altes i baixes pressions. Aquestes ones són conegudes com a ones de Kelvin equatorials. Tenen periodicitat similar a les ones de Kelvin costaneres però es propaguen a una velocitat molt més gran. Una ona de Kelvin equatorial travessa tot l'Oceà Pacífic en menys de dos mesos.

La figura 8.3 mostra les observacions d'ones de Kelvin que viatgen al llarg de la costa oriental de l'Oceà Atlàntic. Es creu que les ones es generen a la regió equatorial de la costa del Brasil i viatgen al llarg de la línia equatorial per arribar a l'Àfrica en qüestió de setmanes. Quan arriben a la costa africana segueixen cap als pols al llarg de la costa, fins arribar a la costa de Ghana, on la costa té una orientació zonal de manera que les ones allà es propaguen cap a l'est.

Les ones de Kelvin costaneres depenen de l'existència d'una costa contra la qual puguin "anar" però no requereixen l'existència d'una regió de plataforma. Poden existir igualment bé a les regions on el continent cau a gran profunditat en fosses profundes com és el cas, per exemple, al llarg de la costa de Xile i Perú (figura 8.4). La presència d'una plataforma dóna lloc a una altra classe d'ones conegudes com a ones costaneres atrapades. L'existència d'aquestes ones depèn enterament de la presència d'una regió de l'oceà poc profund entre la costa i l'oceà profund. Per a ser més específics, aquestes ones existeixen perquè la plataforma no té una profunditat uniforme però cau gradualment cap al fons de l'oceà. En altres paraules, un ingredient important de la seva dinàmica és la presència d'un talús marí inclinat o de forma genèrica un gradient del fons.

Per entendre com aquestes ones es generen hem de començar per examinar la situació general a la plataforma. Per una Terra amb rotació el vent produeix moviment de l'aigua a la capa d'Ekman. La direcció del corrent a la capa d'Ekman varia amb la profunditat, però l'efecte net del moviment a la capa és perpendicular al vent. Si una regió de la plataforma s'exposa a un vent variable, de manera que la component de vent paral·lel a la costa varia de forma periòdica en el temps, això produirà aflorament periòdic i enfonsament a la costa. Sota la capa d'Ekman això es tradueix en moviment periòdic de la columna d'aigua cap a terra i cap a fora de la costa (figura 8.5).

Si la profunditat de la plataforma és constant, l'aigua per sota de la capa de mescla simplement entrarà i sortirà com a resposta passiva al forçament del vent i l'aflorament i enfonsament periòdics associats. En una plataforma amb un fons inclinat la columna d'aigua creixerà en longitud i s'aprimarà a mesura que avança mar endins i s'encongirà i s'eixamplarà a mesura que es mou cap a la costa. Ja que la columna d'aigua es troba en una Terra amb rotació, porta una certa quantitat de moment angular. La conservació del moment angular és una de les lleis bàsiques de la física, de manera que la columna d'aigua no pot canviar el seu moment angular a voluntat. Igual que un patinador sobre gel, en realitzar una pirueta manté el moment angular girant més ràpid quan recull els braços i més lentament quan els estén cap a fora, la columna d'aigua començarà a girar quan es fa més prima i més lentament quan s'eixampla. El grau de rotació al voltant d'un eix vertical es mesura amb una quantitat coneguda com la vorticitat. El moviment a alta mar i prop de la costa d'una columna d'aigua en una plataforma inclinada per sota de la capa d'Ekman s'associa amb un canvi continu de la vorticitat. La figura 8.6 mostra això per a una situació en què s'alterna la direcció del vent entre l'equador i els pols al llarg de la costa a una distància de prop de 2000 km, la típica grandària dels sistemes climàtics atmosfèrics que afecten la zona costanera. Això demostra que una línia imaginària paral·lela a la costa en algun lloc, en una ubicació al mig de la plataforma, es deforma en una línia ondulada en resposta al forçament del vent.

En un plataforma amb una profunditat constant, la línia imaginària oscil·larà en resposta al forçament periòdic del vent entre dues línies ondulades com les cordes d'una guitarra o un violí. En altres paraules, estaria sotmesa a una oscil·lació estacionària. La figura 8.7 mostra com la tendència del moviment de l'aigua per a induir canvis en la vorticitat en una plataforma inclinada, es tradueix en un moviment de l'aigua al llarg de la costa. El resultat és una oscil·lació propagant-se: la línia ondulada no torna a la seva posició original, però canvia al llarg de la costa.

Notar que hem suposat que el forçament del vent és periòdic, però estacionari pel que fa a la plataforma; el vent canvia des dels pols cap a l'equador i a l'inrevés en funció del temps, però el camp de vent no es mou al llarg de la costa. La presència d'una plataforma inclinada resulta en la generació d'ones propagant-se que deixaran la regió del forçament periòdic del vent i s'observarà com un moviment addicional periòdic de l'aigua al llarg de la costa, on les variacions en el camp de vent ja no estan relacionades amb ell. Aquest moviment de l'aigua és l'ona atrapada a la costa, la figura 8.8 mostra la seva forma.

Igual que les ones de Kelvin, les ones costaneres atrapades només poden propagar-se cap a l'equador a la costa oest dels oceans i cap als pols a la costa est dels oceans (no poden, òbviament, existir a l'equador). Tenen períodes similars als de les ones de Kelvin costaneres (diversos dies a 2-3 setmanes) i longituds d'ona similars (de l'ordre de 2000 km, determinades pels patrons del temps atmosfèric) però diferents perfils d'ona (amb un màxim relatiu d'oscil·lació del nivell del mar sobre la vora de la plataforma). Si l'estratificació de les aigües de la plataforma es té en compte, la seva forma i corrents associades es van modificant de nou, i poden tenir forts corrents a mitja fondària. A causa de l'estratificació de les aigües somes es veuen fortament afectades per les estacions de l'any, l'efecte de les ones costaneres atrapades pels corrents de la plataforma i les variacions del nivell del mar poden variar amb les estacions.

Les ones costaneres atrapades poden fer una contribució significativa a la variabilitat observada del nivell del mar i els corrents a la plataforma. La figura 8.9 ho demostra amb les observacions de la part sud de la costa est d'Austràlia, on un experiment específic per a l'estudi d'aquestes ones es va dur a terme en la dècada dels 1980. Quan l'experiment es va dissenyar es va suposar que les ones eren forçades localment per les fluctuacions del vent. Des de llavors s'ha fet evident que les ones continuen com ones lliures cap a l'equador, s'observen al llarg de la part nord de la costa (figura 8.10) i no estan relacionades amb les variacions locals del vent. Les variacions del nivell del mar al llarg de la costa de l'Oceà Índic d'Austràlia poden seguir-se al llarg de la meitat del continent, com a ones atrapades costaneres (figura 8.11). No hi ha dubte que les ones costaneres atrapades són una característica important de la majoria de les plataformes continentals somes.