Equilíbrio Geostrófico e do Vento Térmico

Em escalas maiores que uma tempestade, a atmosfera atinge um quase-equilíbrio entre as forças, de modo que o conhecimento do campo de pressão e de como a temperatura varia com a altura permite a um meteorologista reconstruir o próprio vento.

Definition

O equilíbrio geostrófico é a igualdade aproximada da força horizontal do gradiente de pressão e da força de Coriolis; o vento térmico é a mudança resultante do vento geostrófico com a altura, que é proporcional ao gradiente horizontal de temperatura.

Scope

Este tópico abrange o equilíbrio geostrófico entre as forças do gradiente de pressão e de Coriolis, o equilíbrio hidrostático na vertical, a relação do vento térmico que liga o cisalhamento vertical do vento geostrófico aos gradientes horizontais de temperatura, e os equilíbrios de gradiente e ciclostrófico relacionados para o fluxo curvo.

Core questions

• Como o equilíbrio das forças do gradiente de pressão e de Coriolis estabelece o vento em grande escala?
• Por que o contraste horizontal de temperatura implica cisalhamento vertical do vento?
• Quando o fluxo equilibrado se rompe, e o que se segue?
• Como a curvatura e os efeitos centrífugos modificam o equilíbrio geostrófico?

Key theories

Aproximação geostrófica

Para movimentos de grande escala e lentos para mudar, a aceleração é pequena em comparação com as forças dominantes, então o vento é bem aproximado pelo valor geostrófico soprando paralelamente às isóbaras.

Relação do vento térmico

A combinação do equilíbrio geostrófico e hidrostático mostra que o cisalhamento vertical do vento geostrófico é determinado pelo gradiente horizontal de temperatura, explicando por que os fortes jatos de nível superior se situam acima de contrastes de temperatura acentuados.

Mechanisms

Onde o ar se acumula como alta pressão, a força do gradiente de pressão o empurra em direção à baixa pressão, mas a rotação da Terra desvia o ar em movimento até que a força de Coriolis equilibre o empurrão e o vento flua ao longo das isóbaras. Como as superfícies de pressão se inclinam mais acentuadamente onde o ar abaixo é frio e denso, este vento geostrófico deve mudar com a altura em proporção ao gradiente horizontal de temperatura, o vento térmico, razão pela qual a corrente de jato se encontra acima dos contrastes de temperatura mais fortes.

Clinical relevance

O equilíbrio geostrófico e do vento térmico permite aos meteorologistas inferir os ventos em altitude a partir de análises de temperatura e pressão, localizar correntes de jato e diagnosticar onde a atmosfera está se desviando do equilíbrio, as regiões onde o movimento ascendente e o desenvolvimento do tempo estão concentrados.

History

A lei empírica de Buys Ballot do século XIX de que o vento sopra com baixa pressão à esquerda no Hemisfério Norte prefigurou o equilíbrio geostrófico; a formalização das relações do vento geostrófico e térmico no início do século XX, e seu papel central na análise de escala de Charney, as tornaram pilares da meteorologia dinâmica.

Key figures

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

Seminal works

• holton2013
• martin2006

Frequently asked questions

Se eu souber o padrão de pressão, posso estimar o vento?

Sim. Em grandes escalas, a relação geostrófica fornece a velocidade do vento a partir de quão compactas as isóbaras estão e sua direção paralela a elas, com baixa pressão à esquerda no Hemisfério Norte.

Por que a corrente de jato está localizada onde está?

A relação do vento térmico associa o aumento do vento com a altura aos contrastes horizontais de temperatura, de modo que os ventos de nível superior mais rápidos, a corrente de jato, se formam acima da fronteira nítida entre massas de ar quentes e frias.