التوازن الجيوستروفي والرياح الحرارية
على نطاقات أكبر من العواصف الرعدية، يستقر الغلاف الجوي في حالة شبه توازن بين القوى، بحيث يتيح لمعظم المتنبئين الجويين إعادة بناء الرياح نفسها بمعرفة مجال الضغط وكيفية تغير درجة الحرارة مع الارتفاع.
Definition
التوازن الجيوستروفي هو المساواة التقريبية بين قوة تدرج الضغط الأفقي وقوة كوريوليس؛ والرياح الحرارية هي التغير الناتج في الرياح الجيوستروفية مع الارتفاع، والذي يتناسب مع تدرج الحرارة الأفقي.
Scope
يغطي هذا الموضوع التوازن الجيوستروفي بين قوة تدرج الضغط وقوة كوريوليس، والتوازن الهيدروستاتيكي في الاتجاه الرأسي، وعلاقة الرياح الحرارية التي تربط القص الرأسي للرياح الجيوستروفية بتدرجات الحرارة الأفقية، والتوازنات المتدرجة والدورانية ذات الصلة للتدفق المنحني.
Core questions
- كيف يحدد توازن قوى تدرج الضغط وكوريوليس الرياح واسعة النطاق؟
- لماذا يعني التباين الأفقي في درجة الحرارة قصًا رأسيًا للرياح؟
- متى ينهار التدفق المتوازن، وماذا يتبع ذلك؟
- كيف تعدل الانحناءات وتأثيرات القوة الطاردة المركزية التوازن الجيوستروفي؟
Key theories
- التقريب الجيوستروفي
- بالنسبة للحركات واسعة النطاق وبطيئة التغير، يكون التسارع صغيرًا مقارنة بالقوى المهيمنة، لذا فإن الرياح تُقرب جيدًا بالقيمة الجيوستروفية التي تهب موازية لخطوط تساوي الضغط.
- علاقة الرياح الحرارية
- يُظهر الجمع بين التوازن الجيوستروفي والهيدروستاتيكي أن القص الرأسي للرياح الجيوستروفية يتحدد بتدرج الحرارة الأفقي، مما يفسر سبب وجود التيارات النفاثة القوية في المستويات العليا فوق التباينات الحادة في درجة الحرارة.
Mechanisms
حيث تتراكم الكتل الهوائية على شكل ضغط مرتفع، تدفعها قوة تدرج الضغط نحو الضغط المنخفض، لكن دوران الأرض يحرف الهواء المتحرك حتى توازن قوة كوريوليس الدفعة وتتدفق الرياح على طول خطوط تساوي الضغط. ولأن أسطح الضغط تميل بشكل أكثر حدة حيث يكون الهواء بالأسفل باردًا وكثيفًا، يجب أن تتغير هذه الرياح الجيوستروفية مع الارتفاع بما يتناسب مع تدرج الحرارة الأفقي، أي الرياح الحرارية، وهذا هو السبب في أن التيار النفاث يقع فوق أقوى تباينات درجة الحرارة.
Clinical relevance
يتيح التوازن الجيوستروفي والرياح الحرارية للمتنبئين الجويين استنتاج الرياح في المستويات العليا من تحليلات درجة الحرارة والضغط، وتحديد مواقع التيارات النفاثة، وتشخيص المناطق التي ينحرف فيها الغلاف الجوي عن التوازن، وهي المناطق التي يتركز فيها الارتفاع وتطور الطقس.
History
قانون بويز بالوت التجريبي في القرن التاسع عشر الذي ينص على أن الرياح تهب مع الضغط المنخفض إلى اليسار في نصف الكرة الشمالي، كان بمثابة إرهاص للتوازن الجيوستروفي؛ وقد أدى إضفاء الطابع الرسمي على علاقات الرياح الجيوستروفية والحرارية في أوائل القرن العشرين، ودورها المركزي في تحليل مقياس تشارني، إلى جعلها حجر الزاوية في الأرصاد الجوية الديناميكية.
Key figures
- Christophe Buys Ballot
- Carl-Gustaf Rossby
- Jule Charney
Related topics
Seminal works
- holton2013
- martin2006
Frequently asked questions
- إذا عرفت نمط الضغط، هل يمكنني تقدير الرياح؟
- نعم. على نطاقات واسعة، تعطي العلاقة الجيوستروفية سرعة الرياح من مدى تكتل خطوط تساوي الضغط واتجاهها الموازي لها، مع وجود ضغط منخفض إلى اليسار في نصف الكرة الشمالي.
- لماذا يقع التيار النفاث في مكانه الحالي؟
- تربط علاقة الرياح الحرارية زيادة الرياح مع الارتفاع بالتباينات الأفقية في درجة الحرارة، لذا تتشكل أسرع الرياح في المستويات العليا، أي التيار النفاث، فوق الحدود الحادة بين الكتل الهوائية الدافئة والباردة.