Samodzielne obliczanie gradientu barycznego z mapy pola ciśnienia

         (mapy dolnej)

   

Poziomy gradient baryczny jest wektorem, prostopadłym do izobar, skierowanym w stronę niższego ciśnienia, którego wartość charakteryzuje spadek ciśnienia na jednostkę odległości (dp/dl) i jest mianowana w hPa na 1° na kole wielkim. Istnienie gradientów barycznych powoduje poziomy ruch powietrza (wiatr). Od wartości gradientu barycznego zależy prędkość wiatru, od zwrotu gradientu - kierunek wiatru (pomija się tu działanie innych sił). Do samodzielnego obliczania prędkości wiatru niezbędna jest umiejętność obliczenia gradientu barycznego (patrz "prędkość wiatru przywodnego").

Obliczanie gradientu prowadzi się w sposób następujący:

1. określa się wartość cięcia izobar na mapie faksymilowej (czyli różnicę ciśnienia między sąsiadującymi izobarami, jeszcze inaczej - co ile hPa prowadzone są izobary na danej mapie). Tu uważaj - zazwyczaj izobary prowadzi się co 5.0 lub co 4.0 hPa, są jednak wydawane mapy mapy z cięciem izobar co 2.0 lub 2,5 hPa, niektóre mapy obejmujące duże obszary mają cięcie 10 hPa !). Różnicę ciśnienia między izobarami na danej mapie zapisujemy jako Dp [są to hPa].

2. identyfikujemy cięcie równoleżników na tej samej mapie (co ile stopni prowadzone są równoleżniki). Wartość tą zapisujemy jako D(fi) [są to stopnie na kole wielkim].

3. mierzymy nanośnikiem (przenośnikiem) odległość między sąsiadującymi izobarami na obszarze zainteresowania, tak, aby zmierzyć minimalną odległość między izobarami (do stycznej w punkcie).

4. na najbliższym pomiarowi łuku południka między kolejnymi równoleżnikami w tej samej strefie szerokości, w której zmierzyliśmy odległość między izobarami, kroczkujemy zmierzoną odległością między izobarami, określając, ile odłożeń mieści się w D(fi). Wymagana dokładność szacunku do 0.1 odłożenia (interpolujemy ostatnie, niepełne odłożenie). Liczbę odłożeń zapisujemy jako N

5. Liczymy:
- krok pierwszy: D(fi) / N = L [w tym kroku obliczamy odległość między izobarami w ° na kole wielkim (południku)],
- krok drugi i ostatni: Dp / L = GB  [w tym kroku obliczyliśmy gradient baryczny; dzieląc różnicę ciśnienia między izobarami (hPa) przez odległość w stopniach, jaka jest między nimi (°), otrzymujemy różnicę ciśnienia, jaka przypada na 1° na kole wielkim.

I to wszystko. Opowieść o tym, jak to się robi trwa znacznie dłużej od określenia gradientu.

Krótki komentarz:
Mapy faksymilowe wydawane są w różnych projekcjach, w związku z czym mają bardzo różne charakterystyki zniekształceń odległościowych. Mierząc wartość N na najbliższym łuku południka, minimalizujemy błąd zniekształecnia odległościowego wynikający z zastosowanej na mapie siatki (tak samo zniekształcona jest odległość między izobarami, jak i długość łuku południka). Mapy wydawane są w różnych skalach, nawet ta sama mapa, odbierana na różnych odbiornikach, lub drukowana na różnych drukarkach, będzie w innej skali. Nie mamy co zawracać sobie głowy skalą mapy - odcinek łuku południka (między równoleżnikami) traktujemy tu jako podziałkę liniową mapy, wiedząc, jaką ma on długość w ° (D(fi)). Znajomość rzeczywistej skali mapy ani odległości między izobarami w Mm czy w kilometrach, wbrew temu co piszą uczeni w niektórych polskich podręcznikach, nie jest nam do niczego potrzebna. Wymagana dokładność, z jaką obliczamy gradient wynosi 2 miejsca po przecinku (setne). Jest oczywistym, że dokładność pomiaru określona będzie przez precyzję odłożeń zmierzonych odległości między izobarami na łuku południka oraz dokładność oszacowania części dziesiątych ostatniego odłożenia (od nóżki nanośnika do równoleżnika wyznaczającego koniec odcinka łuku). Te pomiary należy wykonać starannie.

Przykłady obliczeń (wprawki oswajające z techniką liczenia)

1. mapa A. Cięcie między izobarami - 4 hPa (wartości kolejnych izobar 1016, 1020, 1024 ... Dp = 4 hPa). Równoleżniki prowadzone co 5° (D(fi) = 5°).  Liczba odłożeń = 2.1 (N = 2.1):
krok 1: 5 / 2.1 = 2.38; krok 2: 4 / 2.38 = 1.68 [hPa / 1°]

2. mapa B. Cięcie między izobarami 5.0 hPa (wartości kolejnych izobar: 990, 985, 980, ... Dp = 5 hPa). Równoleżniki prowadzone co 10° (40, 50, 60°, D(fi) = 10). Liczba odłożeń 7.7 (N = 7.7):
krok 1: 10 / 7.7 = 1.298, zaokrąglamy do 1.30; krok 2: 5 / 1.30 = 3.846, zaokrąglamy do 3.85 [hPa / 1°]

Przykłady obliczeń z mapy (wprawki do pomiarów na mapie):

Mapa przedstawia fragment mapy pola ciśnienia (analiza), wydanej przez Bracknel w dniu 21.02.2001.

A. Chcemy określić gradient baryczny w obszarze A (niebieska linia między izobarami). Sprawdzamy cięcie izobar: oznaczenia izobar 1020, 1016, 1012, .... Cięcie izobar (Dp) = 4.0 hPa. Sprawdzamy jaka jest na tej mapie wartość (D(fi); odległości w stopniach między równoleżnikami; opis 50, 60, ... wskazuje, że D(fi) = 10°. Mierzymy nanośnikiem odległość między izobarami (linia A) i odkładamy te odległości na najbliższym odcinku łuku południka w tej samej strefie szerokości (tu na 040°W). Odłożenia oznaczone są niebieskimi kreskami, cyfry obok są numerami kolejnych odłożeń. N = 5.1. Obliczmy:
krok 1: D(fi) / N = L; 10 / 5.1 = 1.96; L = 1.96° (odległość między izobarami w stopniach na kole wielkim),
krok 2: Dp [hPa] / L [ ° ] = GB; 4.0 / 1.96 = 2.04 [hPa / 1°]; GB = 2.04 hpa / 1°

B. Szacujemy gradient baryczny w obszarze B (czerwona linia między izobarami). Wartości Dp i D(fi) pozostają takie same jak w przykładzie A. Mierzymy odległośc między izobarami i kroczkujemy tą odległością łuk południka (tu 010°W). Kolejne odłożenia oznaczone są czerwonymi kreskami. Liczba odłożeń wynosi 9.0 (N = 9.0). Obliczamy:
krok 1: 10 / 9 = 1.11 (L = 1.11°)
krok 2: 4.0 / 1.11 =  3.6 (GB = 3.6 hPa / 1°).

   

Analizując rozkład gradientów barycznych na przedstawionej mapie zauważamy, że największe gradienty baryczne występują nad środkową i wschodnią Grenlandią, tam bowiem odległości między izobarami są najmniejsze. Tam też wystąpią najsilniejsze wiatry (siła huraganu). Strefa dość dużego gradientu barycznego występuje nad Północnym Atlantykiem między Grenlandią a Półwyspem Skandynawskim. W tym rejonie wiatry osiągają siłę sztormu między Grenlandią a Islandią, dalej na wschód od 7 do 6°B, nad Morzem Północnym 5 - 6°B. Najmniejsze gradienty baryczne, w tym i obszary bezgradientowe, związane są z wyżem, którego centrum (1041 hPa) znajduje się w rejonie 48°N, 017°W i klinem wyżowym z nim związanym, którego centrum (1035 hPa) oznaczone jest w rejonie 56°N, 025°W. W tym obszarze występują cisze i słabe wiatry (1-3°B). Proszę jednak zwrócić uwagę, że na skraju wyżu występują już dość duże gradienty baryczne (rejon A).

---