Geostrofik shamol - Geostrophic wind

The geostrofik oqim (/ˌdʒiːəˈstrɒfɪk,ˌdʒiːoʊ-,-ˈstroʊ-/^[1]^[2]^[3]) nazariy hisoblanadi shamol bu aniq muvozanat natijasida yuzaga keladi Koriolis kuchi va bosim gradyani kuch. Ushbu shart deyiladi geostrofik muvozanat yoki geostrofik muvozanat (shuningdek, nomi bilan tanilgan geostrofiya). Geostrofik shamol yo'naltirilgan parallel ga izobarlar (doimiy chiziqlar bosim berilgan balandlikda). Ushbu muvozanat kamdan-kam hollarda tabiatda saqlanadi. Haqiqiy shamol deyarli har doim boshqa kuchlar tufayli geostrofik shamoldan farq qiladi ishqalanish erdan. Shunday qilib, agar ishqalanish bo'lmasa (masalan, yuqorida), haqiqiy shamol geostrofik shamolga tenglashadi Atmosferaning chegara qatlami ) va izobarlari juda to'g'ri edi. Shunga qaramay, atmosferaning katta qismi tashqarida tropiklar ko'p vaqt geostrofik oqimga yaqin va bu juda qimmatli birinchi taxmin. Havodagi yoki suvdagi geostrofik oqim nol chastotadir inertial to'lqin.

Kelib chiqishi

Tasavvur qilish uchun foydali evristik havo dam olishdan boshlab, yuqori joylardan yo'naltirilgan kuchni boshdan kechirish bosim deb nomlangan past bosimli joylarga qarab bosim gradyani kuch. Agar havo bu kuchga javoban harakatlana boshlagan bo'lsa, ammo Coriolis "kuch" uni harakatning o'ng tomoniga burib yuboradi shimoliy yarim shar yoki chap tomonda janubiy yarim shar. Havoning tezlashishi bilan burilish Coriolis kuchining kuchi va yo'nalishi bosim gradiyenti kuchini muvozanatlashguncha kuchayadi, bu holat geostrofik muvozanat deb nomlanadi. Shu nuqtada oqim endi yuqori bosimdan past bosimga o'tmaydi, aksincha birga harakatlanadi izobarlar. Geostrofik muvozanat nima uchun shimoliy yarim sharda past bosimli tizimlar (yoki tsiklonlar ) soat sohasi farqli ravishda aylantiring va yuqori bosimli tizimlar (yoki antisiklonlar ) soat yo'nalishi bo'yicha aylaning, aksincha janubiy yarimsharda.

Geostrofik oqimlar

Okean suvining oqimi ham asosan geostrofikdir. Atmosferadagi bosim maydonini xaritada ko'rsatish va geostrofik shamol haqida xulosa chiqarish uchun bosimni atmosferadagi balandlik funktsiyasi sifatida o'lchaydigan bir nechta ob-havo sharlari ishlatilgani kabi, zichlik o'lchovlari geostrofik oqimlarni xulosa qilish uchun okeandagi chuqurlik funktsiyasi sifatida ham qo'llaniladi. Sun'iy yo'ldosh altimetrlari shuningdek, dengiz sathidagi balandlik anomaliyasini o'lchash uchun ishlatiladi, bu esa yerdagi geostrofik oqimni hisoblash imkonini beradi.

Geostrofik yaqinlashishning cheklovlari

Havo va quruqlik o'rtasidagi ishqalanish ta'siri geostrofik muvozanatni buzadi. Ishqalanish oqimni sekinlashtiradi, Coriolis kuchining ta'sirini kamaytiradi. Natijada, bosim gradyan kuchi ko'proq ta'sir ko'rsatadi va havo katta burilish bilan bo'lsa ham, yuqori bosimdan past bosimga o'tadi. Bu nima uchun yuqori bosimli tizim shamollari tizimning markazidan tarqalishini, past bosimli tizimlarda esa ichkariga spiral aylanadigan shamollarni tushuntiradi.

Geostrofik shamol e'tiborsiz qoldiradi ishqalanish effektlar, bu odatda yaxshi taxminiy uchun sinoptik shkala o'rta balandlikdagi bir lahzali oqimtroposfera.^[4] Garchi ageostrofik atamalar nisbatan kichik, ular oqimning vaqt evolyutsiyasi uchun, xususan, bo'ronlarning o'sishi va parchalanishi uchun zarurdir. Kvazigeostrofik va semigeostrofik nazariya atmosferadagi oqimlarni kengroq modellashtirish uchun ishlatiladi. Ushbu nazariyalar divergensiyani yuzaga keltirishiga va keyinchalik ob-havo tizimlarining rivojlanishiga imkon beradi.

Formulyatsiya

Nyutonning ikkinchi qonuni dadil belgilar vektor bo'lgan havo uchastkasida faqat bosim gradyenti, tortishish kuchi va ishqalanish ta'sir qilsa, quyidagicha yozish mumkin:

{ displaystyle { frac { mathrm {D} { boldsymbol {U}}} { mathrm {D} t}} = - 2 { boldsymbol { Omega}} times { boldsymbol {U}} - { frac {1} { rho}} nabla p + mathbf {g} + mathbf {F} _ { mathrm {r}}}

Bu yerda U bu havoning tezligi maydoni, Ω bu sayyoramizning burchak tezlik vektori, r havoning zichligi, p havo bosimi, F_r ishqalanish, g bo'ladi tortishish kuchi tufayli tezlanish vektori va D./D.t bo'ladi moddiy hosila.

Mahalliy ravishda bu kengaytirilishi mumkin Dekart koordinatalari, ijobiy bilan siz sharqiy yo'nalishni va ijobiyni ifodalaydi v shimoliy yo'nalishni ifodalaydi. Tomonidan asoslantirilgan ishqalanish va vertikal harakatga beparvolik Teylor-Proudman teoremasi, bizda ... bor:

{ displaystyle { begin {aligned} { frac { mathrm {D} u} { mathrm {D} t}} & = - { frac {1} { rho}} { frac { qism P } { qismli x}} + f cdot v [5px] { frac { mathrm {D} v} { mathrm {D} t}} & = - { frac {1} { rho} } { frac { qisman P} { qisman y}} - f cdot u [5px] 0 & = - g - { frac {1} { rho}} { frac { qisman P} { qisman z}} end {hizalangan}}}

Bilan f = 2Ω gunoh φ The Coriolis parametri (taxminan 10⁻⁴ s⁻¹, kenglik bo'yicha o'zgarib turadi).

Geostrofik muvozanatni nazarda tutadigan bo'lsak, tizim harakatsiz va dastlabki ikkita tenglama quyidagicha bo'ladi:

{ displaystyle { begin {aligned} f cdot v & = ; ; , { frac {1} { rho}} { frac { qismli P} { qismli x}} [5px] f cdot u & = - { frac {1} { rho}} { frac { qisman P} { qisman y}} end {aligned}}}

Yuqoridagi uchinchi tenglamadan foydalanib, biz quyidagilarga egamiz:

{ displaystyle { begin {aligned} f cdot v & = - g { frac {; { frac { qismli P} { qisman x}} ;} {; { frac { qisman P} { z z}} ;}} = g { frac { qisman Z} { qisman x}} [5px] f cdot u & = g { frac {; { frac { qisman P } { qisman y}} ;} {; { frac { qismli P} { qismli z}} ;}} = - g { frac { qismli Z} { qismli y}} oxiri {moslashtirilgan}}}

bilan Z doimiy bosim sathining balandligi (geopotentsial balandlik ), qoniqarli

{ displaystyle { frac { qisman P} { qismli x}} mathrm {d} x + { frac { qisman P} { qisman y}} mathrm {d} y + { frac { qisman P } { qismli z}} mathrm {d} Z = 0}

Bu bizni geostrofik shamol komponentlari uchun quyidagi natijaga olib keladi (siz_g, v_g):

{ displaystyle { begin {aligned} u _ { mathrm {g}} & = - { frac {g} {f}} { frac { qismli Z} { qismli y}} [5px] v_ { mathrm {g}} & = ; ; , { frac {g} {f}} { frac { qisman Z} { qismli x}} end {hizalanmış}}}

Ushbu taxminning haqiqiyligi mahalliyga bog'liq Rossbi raqami. Bu ekvatorda yaroqsiz, chunki f u erda nolga teng va shuning uchun odatda tropiklar.

Tenglamaning boshqa variantlari ham mumkin; masalan, geostrofik shamol vektori ning gradyenti bilan ifodalanishi mumkin geeopotentsial Constant doimiy bosim yuzasida:

{ displaystyle mathbf {V} _ { mathrm {g}} = { frac { hat { mathbf {k}}} {f}} times nabla _ {p} Phi}

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

^ "geostrofik". Dictionary.com Ta'mirlashsiz. Tasodifiy uy. Olingan 2016-01-22.
^ "geostrofik". Oksford lug'atlari Buyuk Britaniya lug'ati. Oksford universiteti matbuoti. Olingan 2016-01-22.
^ "geostrofik". Merriam-Vebster lug'ati. Olingan 2016-01-22.
^ Xolton, Jeyms R.; Hakim, Gregori J. (2012). "2.4.1 Geostrofik yaqinlashuv va geostrofik shamol". Dinamik meteorologiyaga kirish. Xalqaro geofizika. 88 (5-nashr). Akademik matbuot. 42-43 betlar. ISBN 978-0-12-384867-3.

Tashqi havolalar

[1] "geostrofik". Dictionary.com Ta'mirlashsiz. Tasodifiy uy. Olingan 2016-01-22.

[2] "geostrofik". Oksford lug'atlari Buyuk Britaniya lug'ati. Oksford universiteti matbuoti. Olingan 2016-01-22.

[3] "geostrofik". Merriam-Vebster lug'ati. Olingan 2016-01-22.

[4] Xolton, Jeyms R.; Hakim, Gregori J. (2012). "2.4.1 Geostrofik yaqinlashuv va geostrofik shamol". Dinamik meteorologiyaga kirish. Xalqaro geofizika. 88 (5-nashr). Akademik matbuot. 42-43 betlar. ISBN 978-0-12-384867-3.

[1]

[2]

[3]

[4]