تعادل ژئوستروفیک و باد حرارتی

در مقیاس‌های بزرگ‌تر از یک توفان تندری، اتمسفر به تعادلی نزدیک بین نیروها می‌رسد، به طوری که با دانستن میدان فشار و چگونگی تغییر دما با ارتفاع، یک پیش‌بینی‌کننده می‌تواند خود باد را بازسازی کند.

Definition

تعادل ژئوستروفیک برابری تقریبی نیروی گرادیان فشار افقی و نیروی کوریولیس است؛ باد حرارتی تغییر حاصل از باد ژئوستروفیک با ارتفاع است که متناسب با گرادیان دمای افقی است.

Scope

این موضوع تعادل ژئوستروفیک بین نیروهای گرادیان فشار و کوریولیس، تعادل هیدرواستاتیک در راستای عمودی، رابطه باد حرارتی که برش عمودی باد ژئوستروفیک را به گرادیان‌های دمایی افقی مرتبط می‌کند، و تعادل‌های گرادیانی و سیکلوستروفیک مرتبط برای جریان خمیده را پوشش می‌دهد.

Core questions

• چگونه تعادل نیروهای گرادیان فشار و کوریولیس، باد در مقیاس بزرگ را تنظیم می‌کند؟
• چرا تضاد دمایی افقی به معنای برش باد عمودی است؟
• چه زمانی جریان متعادل از بین می‌رود و چه چیزی به دنبال آن می‌آید؟
• چگونه انحنا و اثرات گریز از مرکز، تعادل ژئوستروفیک را تغییر می‌دهند؟

Key theories

تقریب ژئوستروفیک

برای حرکت‌هایی که در مقیاس بزرگ هستند و به آرامی تغییر می‌کنند، شتاب در مقایسه با نیروهای غالب کوچک است، بنابراین باد به خوبی با مقدار ژئوستروفیک که موازی با ایزوبارها می‌وزد، تقریب زده می‌شود.

رابطه باد حرارتی

ترکیب تعادل ژئوستروفیک و هیدرواستاتیک نشان می‌دهد که برش عمودی باد ژئوستروفیک توسط گرادیان دمای افقی تعیین می‌شود، که توضیح می‌دهد چرا جریان‌های قوی بالایی (جت استریم) بالای تضادهای دمایی شدید قرار می‌گیرند.

Mechanisms

جایی که هوا به صورت پرفشار انباشته می‌شود، نیروی گرادیان فشار آن را به سمت فشار کمتر هل می‌دهد، اما چرخش زمین هوای متحرک را منحرف می‌کند تا زمانی که نیروی کوریولیس این فشار را متعادل کند و باد در امتداد ایزوبارها بوزد. از آنجا که سطوح فشار در جایی که هوای زیرین سرد و متراکم است، شیب بیشتری دارند، این باد ژئوستروفیک باید با ارتفاع متناسب با گرادیان دمای افقی، یعنی باد حرارتی، تغییر کند، به همین دلیل است که جریان جتی بالای قوی‌ترین تضادهای دمایی قرار می‌گیرد.

Clinical relevance

تعادل ژئوستروفیک و باد حرارتی به پیش‌بینی‌کنندگان امکان می‌دهد تا بادهای بالایی را از تحلیل‌های دما و فشار استنباط کنند، جریان‌های جتی را مکان‌یابی کنند و مناطقی را که اتمسفر از تعادل خارج می‌شود، یعنی مناطقی که حرکت صعودی و توسعه آب و هوا در آنجا متمرکز است، تشخیص دهند.

History

قانون تجربی بویس بالوت در قرن نوزدهم که باد با فشار کم به سمت چپ در نیمکره شمالی می‌وزد، پیش‌درآمد تعادل ژئوستروفیک بود؛ رسمیت بخشیدن به روابط باد ژئوستروفیک و حرارتی در اوایل قرن بیستم، و نقش محوری آن‌ها در تحلیل مقیاس چارنی، آن‌ها را به سنگ بنای هواشناسی دینامیکی تبدیل کرد.

Key figures

• Christophe Buys Ballot
• Carl-Gustaf Rossby
• Jule Charney

Seminal works

• holton2013
• martin2006

Frequently asked questions

اگر الگوی فشار را بدانم، آیا می‌توانم باد را تخمین بزنم؟

بله. در مقیاس‌های بزرگ، رابطه ژئوستروفیک سرعت باد را از میزان فشردگی ایزوبارها و جهت آن را موازی با آن‌ها، با فشار کم به سمت چپ در نیمکره شمالی، به دست می‌دهد.

چرا جریان جتی در مکان فعلی خود قرار دارد؟

رابطه باد حرارتی افزایش باد با ارتفاع را به تضادهای دمایی افقی مرتبط می‌کند، بنابراین سریع‌ترین بادهای بالایی، یعنی جریان جتی، بالای مرز تیز بین توده‌های هوای گرم و سرد تشکیل می‌شوند.