สมดุลลมตามความกดอากาศและลมจากความร้อน

ในระดับที่ใหญ่กว่าพายุฝนฟ้าคะนอง บรรยากาศจะเข้าสู่ภาวะสมดุลเกือบสมบูรณ์ระหว่างแรงต่างๆ ดังนั้น การทราบสนามความกดอากาศและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิตามความสูงจะช่วยให้นักพยากรณ์สามารถสร้างภาพลมขึ้นมาใหม่ได้

Definition

สมดุลตามความกดอากาศคือความเท่าเทียมกันโดยประมาณของแรงไล่ระดับความกดอากาศในแนวราบและแรงโคริออลิส; ลมจากความร้อนคือการเปลี่ยนแปลงของลมตามความกดอากาศที่เกิดขึ้นตามความสูง ซึ่งเป็นสัดส่วนกับความชันของอุณหภูมิในแนวราบ

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงสมดุลตามความกดอากาศระหว่างแรงไล่ระดับความกดอากาศและแรงโคริออลิส, สมดุลอุทกสถิตในแนวตั้ง, ความสัมพันธ์ของลมจากความร้อนที่เชื่อมโยงการเปลี่ยนแปลงความเร็วลมตามความกดอากาศในแนวตั้งเข้ากับความชันของอุณหภูมิในแนวราบ, และสมดุลเกรเดียนต์และไซโคลสโทรฟิกที่เกี่ยวข้องสำหรับการไหลแบบโค้ง

Core questions

• สมดุลของแรงไล่ระดับความกดอากาศและแรงโคริออลิสกำหนดลมขนาดใหญ่ได้อย่างไร?
• เหตุใดความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวราบจึงบ่งชี้ถึงการเปลี่ยนแปลงความเร็วลมในแนวตั้ง?
• เมื่อใดที่การไหลที่สมดุลจะเสียสมดุล และจะเกิดอะไรขึ้นตามมา?
• ความโค้งและผลกระทบจากแรงสู่ศูนย์กลางปรับเปลี่ยนสมดุลลมตามความกดอากาศได้อย่างไร?

Key theories

การประมาณค่าตามความกดอากาศ

สำหรับการเคลื่อนที่ที่มีขนาดใหญ่และเปลี่ยนแปลงช้า ความเร่งจะมีค่าน้อยเมื่อเทียบกับแรงหลัก ดังนั้นลมจึงถูกประมาณค่าได้ดีด้วยค่าตามความกดอากาศที่พัดขนานกับเส้นไอโซบาร์

ความสัมพันธ์ของลมจากความร้อน

การรวมสมดุลลมตามความกดอากาศและสมดุลอุทกสถิตแสดงให้เห็นว่าการเปลี่ยนแปลงความเร็วลมตามความกดอากาศในแนวตั้งถูกกำหนดโดยความชันของอุณหภูมิในแนวราบ ซึ่งอธิบายได้ว่าทำไมกระแสลมกรดระดับบนที่รุนแรงจึงอยู่เหนือบริเวณที่มีความแตกต่างของอุณหภูมิที่ชัดเจน

Mechanisms

เมื่ออากาศสะสมตัวเป็นความกดอากาศสูง แรงไล่ระดับความกดอากาศจะผลักอากาศไปยังความกดอากาศต่ำ แต่การหมุนของโลกจะเบี่ยงเบนอากาศที่เคลื่อนที่ไปจนกระทั่งแรงโคริออลิสสมดุลกับแรงผลัก และลมจะพัดไปตามเส้นไอโซบาร์ เนื่องจากพื้นผิวความกดอากาศเอียงชันมากขึ้นในบริเวณที่อากาศด้านล่างเย็นและหนาแน่น ลมตามความกดอากาศนี้จึงต้องเปลี่ยนแปลงตามความสูงเป็นสัดส่วนกับความชันของอุณหภูมิในแนวราบ ซึ่งก็คือลมจากความร้อน นี่คือเหตุผลที่กระแสลมกรดอยู่เหนือบริเวณที่มีความแตกต่างของอุณหภูมิมากที่สุด

Clinical relevance

สมดุลลมตามความกดอากาศและลมจากความร้อนช่วยให้นักพยากรณ์สามารถอนุมานลมในระดับสูงจากการวิเคราะห์อุณหภูมิและความกดอากาศ ระบุตำแหน่งกระแสลมกรด และวินิจฉัยว่าบรรยากาศกำลังเบี่ยงเบนจากสมดุลในบริเวณใด ซึ่งเป็นพื้นที่ที่การเคลื่อนที่ขึ้นและการพัฒนาของสภาพอากาศมักจะเกิดขึ้น

History

กฎเชิงประจักษ์ของ Buys Ballot ในศตวรรษที่สิบเก้าที่ว่าลมพัดโดยมีความกดอากาศต่ำอยู่ทางซ้ายในซีกโลกเหนือได้ปูทางไปสู่สมดุลลมตามความกดอากาศ; การกำหนดความสัมพันธ์ของลมตามความกดอากาศและลมจากความร้อนอย่างเป็นทางการในช่วงต้นศตวรรษที่ยี่สิบ และบทบาทสำคัญของพวกมันในการวิเคราะห์ขนาดของ Charney ทำให้พวกมันเป็นรากฐานสำคัญของอุตุนิยมวิทยาพลวัต

Key figures

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

Seminal works

• holton2013
• martin2006

Frequently asked questions

ถ้าฉันทราบรูปแบบความกดอากาศ ฉันสามารถประมาณค่าลมได้หรือไม่?

ได้ ในระดับใหญ่ ความสัมพันธ์ตามความกดอากาศจะให้ความเร็วลมจากความหนาแน่นของเส้นไอโซบาร์และทิศทางที่ขนานกับเส้นเหล่านั้น โดยมีความกดอากาศต่ำอยู่ทางซ้ายในซีกโลกเหนือ

เหตุใดกระแสลมกรดจึงตั้งอยู่ในตำแหน่งปัจจุบัน?

ความสัมพันธ์ของลมจากความร้อนเชื่อมโยงการเพิ่มขึ้นของลมตามความสูงเข้ากับความแตกต่างของอุณหภูมิในแนวราบ ดังนั้นลมระดับบนที่เร็วที่สุด ซึ่งก็คือกระแสลมกรด จึงก่อตัวขึ้นเหนือขอบเขตที่ชัดเจนระหว่างมวลอากาศอุ่นและเย็น