Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Концепция в атмосферной науке
Concept in atmospheric science
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.
In atmospheric science, geostrophic flow (,/dʒ//iː//ə/'/s//t//r//ɒ//f//ɪ//k//, /,/dʒ//iː//oʊ// //, // /'/s//t//r//oʊ// /) is the theoretical wind that would result from an exact balance between the Coriolis force and the pressure gradient force. This condition is called geostrophic equilibrium or geostrophic balance (also known as geostrophy). The geostrophic wind is directed parallel to isobars (lines of constant pressure at a given height). This balance seldom holds exactly in nature. The true wind almost always differs from the geostrophic wind due to other forces such as friction from the ground. Thus, the actual wind would equal the geostrophic wind only if there were no friction (e. g. above the atmospheric boundary layer) and the isobars were perfectly straight. Despite this, much of the atmosphere outside the tropics is close to geostrophic flow much of the time and it is a valuable first approximation. Geostrophic flow in air or water is a zero frequency inertial wave.
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.
A useful heuristic is to imagine air starting from rest, experiencing a force directed from areas of high pressure toward areas of low pressure, called the pressure gradient force. If the air began to move in response to that force, however, the Coriolis force would deflect it, to the right of the motion in the northern hemisphere or to the left in the southern hemisphere. As the air accelerated, the deflection would increase until the Coriolis force's strength and direction balanced the pressure gradient force, a state called geostrophic balance. At this point, the flow is no longer moving from high to low pressure, but instead moves along isobars. Geostrophic balance helps to explain why, in the northern hemisphere, low pressure systems (or cyclones) spin counterclockwise and high pressure systems (or anticyclones) spin clockwise, and the opposite in the southern hemisphere.
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.
Flow of ocean water is also largely geostrophic. Just as multiple weather balloons that measure pressure as a function of height in the atmosphere are used to map the atmospheric pressure field and infer the geostrophic wind, measurements of density as a function of depth in the ocean are used to infer geostrophic currents. Satellite altimeters are also used to measure sea surface height anomaly, which permits a calculation of the geostrophic current at the surface.
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.
The effect of friction, between the air and the land, breaks the geostrophic balance. Friction slows the flow, lessening the effect of the Coriolis force. As a result, the pressure gradient force has a greater effect and the air still moves from high pressure to low pressure, though with great deflection. This explains why high pressure system winds radiate out from the center of the system, while low pressure systems have winds that spiral inwards. The geostrophic wind neglects frictional effects, which is usually a good approximation for the synoptic scale instantaneous flow in the midlatitude mid troposphere. Although ageostrophic terms are relatively small, they are essential for the time evolution of the flow and in particular are necessary for the growth and decay of storms. Quasigeostrophic and semi geostrophic theory are used to model flows in the atmosphere more widely. These theories allow for a divergence to take place and for weather systems to then develop.