Введение

Концепция в атмосферной науке

В атмосферной науке геострофический поток (,/dʒ//iː//ə/'/s//t//r//ɒ//f//ɪ//k//, /,/dʒ//iː//oʊ// //, // /'/s//t//r//oʊ// /) – это теоретический ветер, который возникает при точном балансе между силой Кориолиса и градиентом давления. Это состояние называется геострофическим равновесием или геострофическим балансом (также известным как геострофия). Геострофический ветер направлен параллельно изобарам (линиям постоянного давления на определенной высоте). В природе этот баланс редко соблюдается в точности. Реальный ветер почти всегда отличается от геострофического из-за влияния других сил, таких как трение о земную поверхность. Таким образом, фактический ветер будет равен геострофическому только при отсутствии трения (например, над атмосферным пограничным слоем) и идеально прямых изобар. Несмотря на это, значительная часть атмосферы вне тропиков большую часть времени близка к геострофическому потоку, и он является ценным первым приближением. Геострофический поток в воздухе или воде представляет собой инерциальную волну с нулевой частотой.

Происхождение

Полезная эвристика — представить воздух, начинающий движение из состояния покоя, под воздействием силы, направленной из областей высокого давления в области низкого давления, которая называется силой градиента давления. Однако, если бы воздух начал двигаться под действием этой силы, сила Кориолиса отклоняла бы его вправо от направления движения в Северном полушарии или влево — в Южном. По мере ускорения воздуха отклонение возрастало бы до тех пор, пока величина и направление силы Кориолиса не уравновесили силу градиента давления, состояние, называемое геострофическим равновесием. В этот момент поток перестает двигаться от областей высокого давления к областям низкого, а движется вдоль изобар. Геострофическое равновесие помогает объяснить, почему в Северном полушарии циклоны (системы низкого давления) вращаются против часовой стрелки, а антициклоны (системы высокого давления) — по часовой стрелке, и наоборот в Южном полушарии.

Геострофические течения

Поток океанской воды также в значительной степени геострофический. Подобно тому, как множество метеозондов, измеряющих давление как функцию высоты в атмосфере, используются для построения поля атмосферного давления и определения геострофического ветра, измерения плотности как функции глубины в океане используются для определения геострофических течений. Спутниковые альтиметры также используются для измерения аномалии высоты уровня моря, что позволяет вычислить геострофическое течение на поверхности.

Ограничения геострофической приближенности

Эффект трения между воздухом и земной поверхностью нарушает геострофический баланс. Трение замедляет поток, ослабляя эффект силы Кориолиса. В результате, сила градиента давления оказывает большее влияние, и воздух продолжает перемещаться от областей высокого давления к областям низкого давления, хотя и с существенным отклонением. Это объясняет, почему ветры в антициклонах расходятся от центра системы, а в циклонах закручиваются к центру. Геострофический ветер не учитывает влияние трения, что обычно является хорошим приближением для мгновенного потока синоптического масштаба в средней тропосфере умеренных широт. Хотя агеострофические члены относительно невелики, они необходимы для временного развития потока и, в частности, для формирования и ослабления штормов. Квазигеострофическая и полугеострофическая теории используются для более широкого моделирования потоков в атмосфере. Эти теории допускают дивергенцию и, как следствие, развитие погодных систем.