Cân bằng gió địa chuyển và gió nhiệt

Ở quy mô lớn hơn một cơn giông, khí quyển đạt đến trạng thái gần cân bằng giữa các lực, do đó, việc biết trường áp suất và cách nhiệt độ thay đổi theo độ cao cho phép người dự báo tái tạo lại chính gió.

Definition

Cân bằng địa chuyển là sự gần bằng nhau của lực gradient áp suất ngang và lực Coriolis; gió nhiệt là sự thay đổi của gió địa chuyển theo độ cao, tỷ lệ thuận với gradient nhiệt độ ngang.

Scope

Chủ đề này bao gồm cân bằng địa chuyển giữa lực gradient áp suất và lực Coriolis, cân bằng thủy tĩnh theo chiều dọc, mối quan hệ gió nhiệt liên kết sự thay đổi theo chiều dọc của gió địa chuyển với gradient nhiệt độ ngang, và các cân bằng gradient và xoáy thuận liên quan cho dòng chảy cong.

Core questions

• Sự cân bằng giữa lực gradient áp suất và lực Coriolis thiết lập gió quy mô lớn như thế nào?
• Tại sao sự tương phản nhiệt độ ngang lại ngụ ý sự thay đổi gió theo chiều dọc?
• Khi nào dòng chảy cân bằng bị phá vỡ, và điều gì xảy ra sau đó?
• Độ cong và hiệu ứng ly tâm làm thay đổi cân bằng địa chuyển như thế nào?

Key theories

Xấp xỉ địa chuyển

Đối với các chuyển động có quy mô lớn và thay đổi chậm, gia tốc nhỏ so với các lực chi phối, do đó gió được xấp xỉ tốt bằng giá trị địa chuyển thổi song song với các đường đẳng áp.

Mối quan hệ gió nhiệt

Kết hợp cân bằng địa chuyển và thủy tĩnh cho thấy sự thay đổi theo chiều dọc của gió địa chuyển được thiết lập bởi gradient nhiệt độ ngang, giải thích tại sao các dòng tia mạnh ở tầng trên nằm phía trên các vùng tương phản nhiệt độ sắc nét.

Mechanisms

Khi không khí tích tụ thành áp suất cao, lực gradient áp suất đẩy nó về phía áp suất thấp hơn, nhưng sự quay của Trái Đất làm lệch hướng không khí chuyển động cho đến khi lực Coriolis cân bằng lực đẩy và gió thổi dọc theo các đường đẳng áp. Bởi vì các bề mặt áp suất nghiêng dốc hơn ở nơi không khí bên dưới lạnh và đặc, gió địa chuyển này phải thay đổi theo độ cao tỷ lệ thuận với gradient nhiệt độ ngang, tức là gió nhiệt, đó là lý do tại sao dòng tia nằm phía trên những vùng có sự tương phản nhiệt độ mạnh nhất.

Clinical relevance

Cân bằng gió địa chuyển và gió nhiệt cho phép các nhà dự báo suy ra gió trên cao từ các phân tích nhiệt độ và áp suất, xác định vị trí các dòng tia, và chẩn đoán nơi khí quyển đang lệch khỏi trạng thái cân bằng, những vùng mà sự chuyển động lên và sự phát triển thời tiết tập trung.

History

Định luật thực nghiệm của Buys Ballot vào thế kỷ XIX rằng gió thổi với áp suất thấp ở bên trái ở Bắc bán cầu đã báo trước cân bằng địa chuyển; sự hình thức hóa các mối quan hệ gió địa chuyển và gió nhiệt vào đầu thế kỷ XX, và vai trò trung tâm của chúng trong phân tích quy mô của Charney, đã biến chúng thành những nền tảng của khí tượng động lực học.

Key figures

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

Seminal works

• holton2013
• martin2006

Frequently asked questions

Nếu tôi biết mô hình áp suất, tôi có thể ước tính gió không?

Có. Ở quy mô lớn, mối quan hệ địa chuyển cho biết tốc độ gió từ mức độ chặt chẽ của các đường đẳng áp và hướng của nó song song với chúng, với áp suất thấp ở bên trái ở Bắc bán cầu.

Tại sao dòng tia lại nằm ở vị trí đó?

Mối quan hệ gió nhiệt liên kết sự tăng của gió theo độ cao với sự tương phản nhiệt độ ngang, do đó, những luồng gió mạnh nhất ở tầng trên, tức là dòng tia, hình thành phía trên ranh giới sắc nét giữa các khối khí nóng và lạnh.