9.7. Сталий рух при кругових ізобарах

При русі повітряних часток по криволінійному шляху, крім розглянутих сил, виникає ще центр обіжної сили, величина якої

с =  ² / r [см/с²], (14.14)

де  - лінійна швидкість частки повітря, r – радіус кривизни траєкторії частки.

Величина центробіжної сили в умовах атмосфери мала, так як траєкторія часток повітря має невелику кривизну. Напрямок центробіжної сили знаходиться завжди по радіусу кривизни від центра траєкторії.

Розглянемо співвідношення сил, діючих на рухому частку повітря при кругових ізобарах, спочатку при відсутності тертя. При циклонічних ізобарах (рис. 14.8) в області баричного мінімуму сила баричного градієнту направлена в сторону низького тиску, тобто до центу баричної системи. У випадку сталого руху без тертя сила Коріоліса А та центробіжна сила с направлені в бік, протилежний напрямку силі баричного градієнту й урівноважуються останньою. Рух повітря у цьому випадку відбувається повздовж ізобар, проти часової стрілки (в північній півкулі). Такий рух в області баричного мінімуму називають циклонічним. У південній півкулі відбувається у зворотному напрямку.

У випадку антициклону (рис. 14.9) сила баричного градієнту направлена по радіусу від центру баричної системи. В тому ж напрямку діє і центробіжна сила. При сталому русі відхиляюча сила направлена в сторону, протилежну першим двом і урівноважує їх. У цих умовах рух повітря відбувається повздовж ізобар, по часовій стрілці (в північній півкулі). Такий рух називають антициклонічним.

Рис. 14.8 Сталий рух без тертя в циклоні

Рис. 14.9 Сталий рух без тертя в антициклоні

При сталому русі як в циклоні, так і в антициклоні рівнодіюча всіх сил дорівнює нулю. Тому співвідношення прискорень цих сил можна записати у вигляді:

1/ * p/n - 2   Sin  ² / r =0. (14.15)

Знак „+” – для антициклону, „-” – для циклона. Градієнтний вітер, що дує по криволінійним ізобарам, називають геоциклострофічним вітром.

Дією тертя можна знехтувати при вивченні повітряних потоків у вільній атмосфері, але у земної поверхні слід її враховувати.

Р озглянемо співвідношення сил, діючих на рухому частку в циклоні при наявності сили тертя (рис. 14.10). Сила баричного градієнту направлена до центру по нормалі до ізобар. Напрямок вітру при наявності тертя відхиляється вправо від напрямку баричного градієнту на кут . Сила Коріоліса А та центробіжна сила с направлені по потоку, що рухається. Сила тертя R приймаємо направленою проти руху. При сталому русі кут відхилення напрямку вітру від вектору баричного градієнту визначається напрямком рівнодіючої всіх сил, діючих на рухому частку: силою Коріоліса А, центробіжною силою с та силою тертя R.

В

Рис. 14.10 Сталий рух при наявності сили тертя в циклоні

раховуючи, що в будь-якій точці баричної системи вітер відхилений від напрямку баричного градієнту на деякий кут  ( 90⁰), можна позначити стрілками напрямок вітру у всій баричній області. (рис. 14.11).

Рис. 14.11 Циркуляция повітря в циклоні

Рис. 14.12 Лінії токів у циклоні

Як видно з рисунка, вітер у циклоні дує до центру баричної області, причому загальний потік направлений проти часової стрілки навкруги центру. Напрямок повітряних потоків у циклоні можна представити за допомогою ліній току. Лініями току називають такі лінії, дотичні до яких у кожній точці співпадають з напрямком вітру в даний момент. У циклоні лінії току – це криві, що сходяться до центру у вигляді спіралей проти часової стрілки (рис. 14.12).

В антициклоні при кругових ізобарах сила баричного градієнту направлена від центру до радіусу (рис. 14.13). Направлення руху відхилюється вправо на кут  від баричного градієнту. Відхиляюча сила оберту Землі та центробіжна сила с направлені перпендикулярно напрямку руху, але у протилежному напрямку. Силу тертя приймаємо направленою проти руху. Позначивши стрілками напрямок вітру по всій баричній області (рис. 14.14), бачимо, що в циклоні вітер дує від центру до периферії, причому загальний потік направлений по часовій стрілці. Лінії токів у антициклоні мають вид кривих, які сходяться від його центру та загинаються по часовій стрілці (рис. 14.15).

З

Рис. 14.13 Сталий рух при наявності тертя в антициклоні

наючи напрямок вітру, можна приблизно визначити положення баричних областей, якщо стати спиною до вітру, то низький тиск буде зліва та трохи спереду, а високий – справа та трохи ззаду. Це правило називають законом Бейс-Балло.

Рис. 14.14 Циркуляція повітря в антициклоні

Рис. 14.15 Лінії току в антициклоні

9