3. Градиентный и геострофический ветер.
Из формулы (11) следует, что направление силы горизонтального барическою градиента совпадает с направлением самого градиента. Следовательно, направление градиентного ветра всегда совпадало бы с направлением барического градиента, если бы на частицу воздуха действовала только одна сила.
Известно, что все тела, движущиеся относительно земной поверхности, испытывают связанное с вращением Земли ускорение (ускорение Кориолиса), направленное перпендикулярно к вектору-скорости вправо в северном полушарии и влево – в южном. Горизонтальная составляющая ускорения Кориолиса
K = 2ωύ sinφ,
где ω – угловая скорость вращения Земли; •
ύ – скорость ветра,
φ – географическая широта.
При средней угловой скорости вращения Земли ω = 2π Х 86164с-1 = 7,29Х 10-5 с-1 и скорости ветра 10 м/с на полюсах величина ускорения, сообщаемого воздуху отклоняющей силой вращения Земли, оказывается равной 1,5Х10-1 см/с2 и, таким образом, является величиной того же порядка, что и ускорение, создаваемое в атмосфере барическими градиентами.
Самым простейшим видом движения воздуха является прямолинейное равномерное движение без трения. Такое движение называют геострофическим ветром. Поскольку движение предполагается равномерным, обе силы (градиента и силы Кориолиса) уравновешиваются, т. е. равны по направлению и направлены взаимно противоположно (рис. 11):
2ωύgsinq = - (12)
Для практических целей и для стандартной плотности воздуха скорость геострофического ветра (м/с) на уровне моря определяется, выражая барический градиент в гПа на градус меридиана:
ύg = 4,8 ∆p
sinφ ∆n (13)
Решения уравнения (13) для различных широт и барических градиентов приводятся в виде градиентных линеек на призменных синоптических (факсимильных) картах.
В случае криволинейных движений (в циклонах и антициклонах), но без действия силы трения на воздушный поток, кроме силы барического градиента и отклоняющей силы вращений Земли, начинает действовать центробежная сила С, равная
С=
,
(14)
где r – радиус траектории движущегося воздушного потока.
Установившееся горизонтальное движение воздуха по круговым изобарам при отсутствии сил трения называется геоциклострофическим ветром (рис. 12).
При установившемся движении равнодействующая всех сил равна нулю, поэтому соотношение ускорений этих сил можно записать следующим образом:
- 2ωυg
sin
φ
±
= 0 (15)
где знак плюс у последнего члена относится к случаю антициклона, а минус – к случаю циклона.
Таким образом, видно, что при одном и том же барическом градиенте скорость ветра больше в антициклоне, чем в циклоне. Однако горизонтальный барический градиент всегда больше в циклоне за счет меньших размеров самого вихря и скорость реального ветра больше в циклоне, чем в антициклоне.