- •Лекция 14. Ветер
- •1. Скорость и направление ветра
- •1.1. Скорость ветра
- •1.2. Направление ветра
- •1.3. Влияние препятствий на ветер
- •2. Силы, действующие в атмосфере:
- •2.1. Сила горизонтального барического градиента.
- •2.2. Сила Кориолиса
- •2.3. Геострофический ветер
- •2.4. Центробежная сила
- •2.5. Градиентный ветер
- •2.6. Термический ветер
- •2.7. Сила трения
- •3. Режим ветра в рб
2.5. Градиентный ветер
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).
Рисунок
58 – Термический ветер
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).