Геострофический ветер

Простейшее движение воздуха, которое можно предположить теоретически – это прямолинейное, равномерное, без трения. Такое движение при отклоняющей силе отличной от нуля называют геострофическим ветром. В реальной атмосфере он имеет место на высотах более 1000 – 1500 метров.

В однородном барическом поле градиентная сила направлена везде одинакова по направлению и величине. При отсутствии силы трения на движущийся воздух действует градиентная сила F_G, направленная перпендикулярно изобарам и отклоняющая сила А, направленная перпендикулярно движению.

П ри установившемся движении градиентная и отклоняющие силы уравновешивают друг друга (одинаковы по величине, но противоположны по знаку), поэтому в Северном полушарии сила Кориолиса всегда направлена вправо от вектора скорости под прямым углом. Отсюда следует, что сила градиента направлена под прямым углом к скорости влево. Таким образом, геострофический ветер дует вдоль изобар. ; .

Рис. 9 Градиентная сила

Скорость геострофического ветра прямо пропорциональна барическому градиенту и обратно пропорциональна плотности воздуха и географической широте.

Ветер у земной поверхности всегда отличается от геострофического по скорости и направлению, так как сила трения у поверхности велика, а для геострофического ветра предполагается равной нулю.

Движение ветра в криволинейных изобарах

В случае криволинейных изобар направление градиента давления, а значит и градиента силы, будет меняться от одной точки к другой, поэтому движение воздуха будет криволинейным.

При отсутствии силы трения на движение воздуха действуют:

1. Градиентная F_G

2. Отклоняющая А

3. Центробежная С

Скорость в любой точке направлена по касательной, отклоняющая сила направлена под прямым углом к скорости. В области барического минимума (циклон) градиентная сила направлена от периферии к центру барической системы и уравновешивается центробежной и отклоняющей силами, совпадающими по направлению. В случае антициклона отклоняющая сила уравновешивается градиентной и центробежной силами.

Такой теоретический случай равномерного движения воздуха по круговым орбитам без учёта влияния трения называют градиентным ветром. Скорость градиентного ветра легко рассчитать по формуле:

F_G - А  С = 0

Движение при наличии трения

Рис. 10 Движение воздуха при наличии трения

Движение воздуха у земной поверхности сопровождается силой трения. Рассмотрим установившееся движение воздуха при прямолинейных и параллельных изобарах. Для случая прямолинейных изобар движение воздуха будет прямолинейным и равномерным, но направление не будет совпадать с направлением изобар. На движение воздуха в точке О действуют:

1. Градиентная сила F_G

2. Отклоняющая сила А, направленная перпендикулярно вектору скорости вправо от него

3) R – сила трения противоположна вектору скорости

Угол между и тем больше, чем больше широта и меньше трение. На экваторе, где  = 0 и  = 0, направление движения совпадает с градиентом. В умеренных широтах угол над океанами составляет 60-70, а над сушей 45-50.