Ветер в циклонах и антициклонах: геострофический и градиентный

Геострофический ветер. Геострофический ветер возникает в системе прямолинейных изобар. При установившемся движении силы G и К должны уравновешивать друг друга (рис. 114), т. е. G = -К.

Подставив значения этих сил, получим

откуда скорость геострофического ветра будет

где dp/dn горизонтальный градиент давления.

Таким образом:
1) скорость геострофического ветра обратно пропорциональна расстоянию между изобарами;

2) с увеличением высоты скорость геострофического ветра (при прочих равных условиях) возрастает, так как плотность воздуха уменьшается;

3) при одном и том же градиенте давления в низких широтах скорость ветра больше, чем в высоких;

4) направление геострофического ветра совпадает с направлением изобар.

Если стать спиной к ветру, то в северном полушарии низкое давление (Н) лежит слева, а высокое (В) — справа. В южном полушарии— низкое давление справа, а высокое — слева от направления ветра. Это положение носит название барического закона ветра. Оно обусловлено тем, что под влиянием силы Кориолиса ветер отклоняется от направления барического градиента на 90° в северном полушарии вправо, а в южном — влево.

Рассмотрим установившееся горизонтальное движение в барических системах, имеющих круговые изобары, отдельно для циклонов и антициклонов.

Градиентный ветер в циклоне. В циклоне с круговыми изобарами барический градиент давления направлен к его центру, поэтому

При установившемся движении должно сохраниться равновесие сил, в данном случае: барического градиента, кориолисовой и центробежной сил (рис. 115). Следовательно,

Решая полученное квадратное уравнение, будем иметь

Чтобы определить знак перед радикалом, допустим, что др/дr = 0, тогда U = 0, а это возможно лишь в случае, когда перед радикалом будет положительный знак. Таким образом, скорость установившегося ветра в циклоне будет:

Из формулы (13, 20) следует, что при r = 0 (центр циклона) U_ц = 0 т. е. в центре циклона должен наблюдаться штиль.

Далее, из рис. 115 видно, что в циклоне градиентный ветер направлен вдоль изобары, причем перемещение воздуха происходит в северном полушарии против часовой стрелки, а в южном — по часовой стрелке. Теперь сравним градиентный ветер в циклоне е геострофическим ветром при равенстве горизонтальных барических градиентов. Для геострофического ветра мы имеем

а для градиентного ветра в циклоне

Разделив второе уравнение на первое, получим

Таким образом, при одном и том же горизонтальном барическом градиенте скорость ветра в циклоне будет меньше, чем при прямолинейных изобарах.

Градиентный ветер в антициклоне. В антициклоне барический градиент направлен от центра к периферии, так как давление убывает в том же направлении, поэтому

Рассуждая так же, как и в случае циклона, для скорости ветра в антициклоне получим следующую формулу:

Заметим, что мнимое значение второго члена правой части (13,23) не имеет физического смысла, поэтому

а это значит, что т. е. в антициклоне барический градиент не может иметь значения больше некоторого критического, равно как и ветер, максимальная скорость которого U_max = ωr sin ϕ.

Поскольку для установившегося ветра в антициклоне имеет место соотношение , то при одном и том же значении барического градиента в антициклоне скорость ветра будет больше, чем: при прямолинейных изобарах. В антициклоне градиентный ветер также направлен вдоль изобары, а перемещение воздуха происходит в северном полушарии по часовой стрелке, в южном — против часовой стрелки.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Н. И. Егоров, И. М. Безуглый, В. А. Мнежинский, и др.

Источник: Морская гидрометеорология

Данные публикации будут полезны для курсантав морских учебных заведений и капитанаов/штурманов гражданского флота, интересующимся глубоким пониманием гидрометеорологии