Простейшие задачи динамики атмосферы, страница 4

Чтобы получить этот результат, нужно выразить величины  и u соответственно, из первого и второго уравнений движения, возвести в квадрат и сложить. В  Северном  полушарии  ветер  дует  так, что  область  высокого  давления  остается  справа  от  направления  ветра. Это непосредственно следует из условия равновесия сил Кориолиса и давления.

Скорость геострофического ветра обратно пропорциональна плотности воздуха. При одном и том же градиенте давления  летом она примерно на 10 % выше, чем зимой. По этой же причине при прочих равных условиях скорость ветра на высоте 7 км приблизительно вдвое больше, чем на высоте 1 км.

Ветер у земной поверхности всегда  отличается (над сушей больше, а над морем меньше) по скорости и направлению от геострофического вследствие влияния трения о подстилающую поверхность (см. ниже). Однако в свободной атмосфере, начиная с приблизительно 1000 м, действительный ветер уже очень близок к геострофическому.

На самом деле действительный ветер в свободной атмосфере все-таки отклоняется от изобар на угол, обычно не превышающий нескольких градусов. Такое отклонение обусловлено, в первую очередь, появляющимися и исчезающими ускорениями движения воздуха (вспомните, что геострофический ветер – движение воздуха без ускорений).

Небольшие отличия от геострофического ветра, возникающие в некоторых случаях, называются агеострофическим ветром или агеострофическим отклонением.  Как отмечалось, они являются следствием нестационарности атмосферных процессов, приводящих к ускоренному движению воздуха. Известную роль играет также турбулентная вязкость воздуха.

Обозначим горизонтальные составляющие действительного ветра  и . Тогда компоненты агеострофического отклонения есть , .  Из уравнений движения находим

Если пренебречь турбулентной вязкостью (что приемлемо для свободной атмосферы), то

                                    .

Отсюда следует

                                          ,

где  - величина агеострофического отклонения. Она пропорциональна величине ускорения потока и увеличивается по мере увеличения нестационарности движения. Нетрудно также увидеть, что вектор агеострофического отклонения перпендикулярен вектору ускорения.

В Северном полушарии агеострофические отклонения направлены влево (то есть, в область низкого давления) при ускоряющемся движении воздуха и вправо при замедляющемся. Изменение погоды, проявляющееся в изменении полей давления сопровождается возникновением агеострофических отклонений, позволяющих частицам воздуха пересекать изобары. С агеострофическими отклонениями связаны также упорядоченные вертикальные движения воздуха.

Наблюдаемые отклонения действительного ветра от изобар чаще всего составляют 0-20⁰, хотя в отдельных случаях наблюдались углы в 40-60⁰. Согласно наблюдениям, в нижней части тропосферы действительный ветер чаще всего больше геострофического, а в верхней меньше. Особенно велики агеострофические отклонения в развивающихся циклонах и антициклонах. Геострофическое приближение допускает также существование вертикальных движений воздуха. Однако, вертикальные токи, обусловленные отклонениями ветра от геострофического, существенно больше вертикальных токов при чисто геострофическом ветре. В связи с этим принято говорить, что вертикальные движения воздуха при геострофическом ветре отсутствуют.