Геострофический и градиентный ветер

Отклоняющая сила вращения Земли.

Если v - угловая скорость вращения Земли, `c - скорость частицы относительно Земли, то согласно теоретической механике, на единицу ее массы действует сила:

`A=[`c*2v] - сила Кориолиса или отклоняющая сила вращения Земли, она перпендикулярна`c и v,(v параллельна земной оси и направлена с юга на север).

`A направлена вправо от вектора скорости в северном полушарии и влево – в южном.`A действует только на тела, движущиеся относительно вращающейся Земли.

В правой системе координат

Тогда: w_x = -wCosj

w_y = 0

w_z = wSinj

где w=2p/86164c=7,2921*10^-5 [1/c], v- вектор скорости вращения Земли.

По правилу векторного умножения: A_x = 2(c_yw_z-c_zw_y) = 2wvSinj

A_y = 2(c_zw_x-c_xw_z) = -2wwCosj - 2wuSinj

A_z = 2(c_xw_y-c_yw_x) = 2wvCosj

u,v,w - проекции скорости с на оси x,y и z.

A_z направлена всегда вверх при западном ветре, вниз – при восточном.

На экваторе из при горизонтальных движениях (т.е. w=0) A_x=A_y=0, а при вертикальных движениях w¹0, A_y¹0, так что восходящие потоки отклоняются на запад, а нисходящие на восток.

Геострофический и градиентный ветер.

Прямолинейное равномерное движение воздуха под действием силы Кориолиса и горизонтального градиента давления называется геострофическим ветром.

Пусть сила градиента давления направлена вдоль оси x. Если она уравновешена силой Кориолиса, для движения вдоль оси y имеем:

, что дает:

для движения вдоль оси x аналогично

здесь l = 2wSin(j), а u_g и v_g – составляющие геострофического ветра.

Геострофический ветер направлен перпендикулярно градиенту давления, т.е. вдоль изобар, оставляя низкое давление слева (в южном полушарии справа).

Очень часто, особенно на больших высотах, изобары проходят прямолинейно и параллельно друг другу. При такой их конфигурации центробежная сила либо отсутствует, либо столь мала, что ею можно пренебречь. Так возникает геострофический ветер — прямолинейное движение воздуха вдоль изобар, т. е. перпендикулярное к направлению градиента давления. При геострофическом ветре сила Кориолиса точно уравновешивает силу градиента давления и воздух движется так, будто на него не действуют никакие силы. При рассогласовании поля давления и ветра геострофическое равновесие восстанавливается за 1-2 часа.

Понятие геострофического ветра теряет смысл на экваторе, здесь l = 0. При j < 15° понятие геострофического ветра трудно применять.

Если частицы воздуха движутся со скоростью v по криволинейной траектории с радиусом кривизны r, возникает центробежная сила, равная v²/r на единицу массы. При этом устанавливается движение воздуха под действием сил градиента, Кориолиса и центробежной, которое называют циклострофическим или градиентным ветром.

Градиентный ветер направлен всегда по касательной к изобаре в данной точке. Геострофический и циклострофический ветер объединяются общим названием - градиентный ветер, под которым понимается ветер без учёта силы трения.

В циклоне – в области пониженного давления – сила градиента давления направлена к ее центру, силы Кориолиса и центробежная – наружу, так что:

и

В антициклоне (область повышенного давления):

и