Градиентный ветер

Центробежная сила

Если изобары криволинейные, то на движение воздуха оказывает влияние центробежная сила. Эта сила направлена от центра окружности (эллипса) к периферии по радиусу кривизны движения воздуха.

Центробежная сила определяется выражением: С =v²/r, где v – скорость, r – радиус кривизны.

Если принять, что движение воздуха происходит по окружности, то скорость его в любой точке будет направлена по касательной к окружности. Сила Кориолиса А направлена под углом 90°к вектору скорости по радиусу вправо (в северном полушарии). Центробежная сила С всегда направлена от центра к периферии.

В случае циклона сила горизонтального барического градиента G направлена к центру вихря. Она должна уравновешивать геометрическую сумму силы Кориолиса и центробежные силы и находиться на радиусе окружности. Все 3 силы в этом случае связаны уравнением:

.

Скорость градиентного ветра в циклоне определяется из квадратного уравнения:

.

Следовательно:

Таким образом, ветер направлен перпендикулярно градиенту давления. Поскольку под прямым углом к горизонтальному барическому градиенту лежит касательная к изобаре, то и ветер направлен по изобаре.

Такой теоретический случай горизонтального движения воздуха в системе без трения по кривым траекториям называется градиентным ветром (геоциклострофическим). Частным случаем градиентного ветра можно считать геострофический ветер (радиус кривизны =0).

В случае антициклона давление самое высокое в центре, а к периферии убывает. G направлен от центра к периферии, как и С, следовательно А должна уравновешивать геометрическую сумму G +С. Вектор скорости в Северном полушарии отклоняется от А влево, поэтому в антициклонах в Северном полушарии ветры дуют по часовой стрелке.

Уравнение в этом случае будет иметь следующий вид:

.

Скорость градиентного ветра в антициклоне можно вычислить, решая квадратное уравнение:

.

Отсюда:

При одной и той же величине горизонтального барического градиента скорость ветра в антициклоне будет больше, а в циклоне меньше, чем скорость геострофического ветра.

В Южном полушарии, где отклоняющая сила вращения Земли направлена влево от скорости движения. Градиентный ветер отклоняется от градиента давления влево. Поэтому ветер в циклоне направлен по часовой стрелке, а в антициклоне – против.

Вне действия силы трения (выше 1 км) ветер по направлению и скорости приближается к градиентному. Разница между характеристиками реального и теоретического ветров обычно невелика.

При расчетах характеристик градиентного ветра на высоте необходимо делать поправку на дополнительную составляющую, которую барический градиент получает в соответствии с теоретическим градиентом.

2.6. Термический ветер

Дополнительная составляющая скорости, направленная по средней изотерме рассматриваемого слоя, называется термическим ветром. Ее необходимо добавить к градиентному ветру на нижнем уровне V₀, чтобы получить градиентный ветер на верхнем уровне V (рисунок 58).

Если горизонтальный барический градиент совпадает на нижнем уровне с термическим градиентом, то он с высотой сохраняет направление и растет абсолютному значению. Изобары на всех уровнях совпадают с изотермами, следовательно, скорость ветра растет с высотой и не меняется его направление.

Если горизонтальный барический градиент противоположен термическому градиенту, то он убывает с высотой. Поэтому убывает и ветер, пока не прекратится и не изменит свое направление на противоположное.

Если векторы горизонтальный барический градиент и термический градиент образуют угол, меньше 180°, то термический ветер будет отклонятся вправо или влево относительно ветра на нижнем уровне. Поэтому ветер на высоте отклонится от направления на нижнем уровне вправо (правое вращение) или влево (левое).

Дата добавления: 2014-01-04