1
Wiatr geostroficzny, geotryptyczny i gradientowy
Wiatr geostroficzny, geotryptyczny i gradientowy
Siły wpływające na wiatr
Wiatr jest to poziomy ruch powietrza spowodowany różnicą ciśnień.
Odbywa się on pod wpływem 4 sił:
Siła gradientu  jest to podstawowa siła wywołująca poziomy ruch powietrza o kierunku
zgodnym z kierunkiem gradientu barycznego.
Poziomy gradient baryczny jest to wektor prostopadły do powierzchni izobarycznej zwrócony
w kierunku niższych wartości ciśnienia. Określa on zmianę ciśnienia przypadającą na
jednostkę odległości, w kierunku największego spadku ciśnienia (zwrot wektora gradientu
określa kierunek, w którym ciśnienie maleje najszybciej).
p1 -ð p2
G =ð ·ð111,2
[hPa/deg] deg = 1°ð Å‚uku poÅ‚udnika
d
Wielkość gradientu jest wprost proporcjonalna do różnicy ciśnienia między dwoma
dowolnymi punktami na Ziemi (p1  p2) i odwrotnie proporcjonalna do odległości (d)
podzielonej przez Å›redniÄ… dÅ‚ugość Å‚uku poÅ‚udnika odpowiadajÄ…cÄ… 1°ð (ok. 111,2 km).
Gdyby na powietrze oddziaływała tylko siła gradientu, to wiatr wiałby ze stałym
przyspieszeniem (prędkość rosłaby w nieskończoność) w kierunku prostopadłym do izobar.
Siła Coriolisa  jest następstwem ruchu obrotowego Ziemi. Działanie jej stanowi dodatkowe
przyspieszenie dla poruszającego się ciała, przyłożone prostopadle do wektora jego prędkości,
co powoduje odchylenie wektora prędkości od wektora siły gradientu na półkuli północnej w
prawo, a na południowej w lewo.
Wielkość siły Coriolisa można wyznaczyć ze wzoru:
C = 2 * V * wð * sinjð
V  prędkość ruchu ciała
wð - prÄ™dkość kÄ…towa ruchu Ziemi
Przyspieszenie wywołane siłą Coriolisa jest funkcją prędkości ruchu i szerokości
geograficznej, bowiem prędkość kątowa ruchu obrotowego Ziemi jest stała.
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
2
Wiatr geostroficzny, geotryptyczny i gradientowy
Siła odśrodkowa  oddziałuje na ciała poruszające się po torach
v2
krzywoliniowych. Siła ta skierowana jest wzdłuż promienia krzywizny w stronę
F =ð
r
wypukłości toru. Wielkość jej jest wprost proporcjonalna do kwadratu
prędkości ruch ciała (V) a odwrotnie proporcjonalna do promieni krzywizny toru (r).
Siła tarcia wywiera wyraz
ny wpływ na poziomy ruch powietrza w przyziemnej warstwie
troposfery o miąższości 500  1500 m, nazywanej warstwą tarcia. Jej miąższość zależy od
rodzaju podłoża (większa nad lądami, mniejsza nad morzami) Siła tarcie przyczynia się do
zmniejszenia prędkości, a także w pewnym stopniu do zmiany kierunku ruchu cząsteczek
powietrza.
Siły Coriolisa, odśrodkowa i tarcia działają modyfikująco na skutki oddziaływania poziomego
gradientu barycznego. W rezultacie ich działania nie następuje przemieszczanie się powietrza
po najkrótszej drodze od wyżu do niżu, a więc wiatr nie wieje prostopadle do izobar. Ponadto
notowane prędkości wiatru są ograniczone i tylko sporadycznie osiagają kilkadziesiąt m/s.
Wiatr geostroficzny
Założenia:
·ð Powietrze porusza siÄ™ ruchem jednostajnym
·ð Izobary sÄ… prostoliniowe i równolegÅ‚e
·ð Nie dziaÅ‚a siÅ‚a tarcia
G G
p - 2 p - 2
V V
g g
p - 1 p - 1
p p
C C
półkula północna półkula południowa
Wiatr geostroficzny na półkuli północnej i południowej.
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
3
Wiatr geostroficzny, geotryptyczny i gradientowy
Cechy wiatru
·ð SiÅ‚y gradientu i Coriolisa równoważą siÄ™.
·ð Wiatr ten może wystÄ™pować jedynie powyżej warstwy tarcia (pow. 1000m).
·ð Kierunek wiatru geostroficznego pokrywa siÄ™ z kierunkiem izobar.
·ð Zwrot wektora prÄ™dkoÅ›ci na półkuli północnej jest taki, że niższe ciÅ›nienie pozostaje
po jego lewej stronie, a wyższe po prawej stronie.
·ð PrÄ™dkość wiatru geostroficznego jest wprost proporcjonalna do wielkoÅ›ci siÅ‚y
gradientu, a odwrotnie proporcjonalna do sinusa szerokości geograficznej.
·ð Na równiku (gdzie sinjð = 0) pojÄ™cie wiatr geostroficznego traci sens.
Wiatr geotryptyczny
V
G
Założenia:
p - 2
·ð Powietrze porusza siÄ™
p - 1
ruchem jednostajnym
R C
·ð Izobary sÄ… prostoliniowe i
p
równoległe
C + R
·ð DziaÅ‚a siÅ‚a tarcia
Wiatr geotryptyczny na półkuli północnej
Cechy wiatru
·ð Odbywa siÄ™ pod wpÅ‚ywem trzech równoważących siÄ™ siÅ‚: gradientu, Coriolisa i tarcia.
·ð Wektor siÅ‚y tarcia ma zwrot przeciwny do prÄ™dkoÅ›ci, zaÅ› wektor siÅ‚y Coriolisa jest
prostopadły do wektora prędkości.
·ð Wektor prÄ™dkoÅ›ci tworzy z izobarami pewien kÄ…t (w zależnoÅ›ci od siÅ‚y tarcie), Å›rednio
ok. 30°ð (lÄ…dy 40 - 50°ð, morza 10 - 20°ð).
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
4
Wiatr geostroficzny, geotryptyczny i gradientowy
Wiatr gradientowy
Założenia:
·ð Jednostajny poziomy ruch powietrza
·ð Izobary sÄ… koÅ‚owe, zamkniÄ™te i koncentryczne
·ð Brak siÅ‚y tarcia
W
N
Wiatr gradientowy w niżu i w wyżu na półkuli północnej
Cechy wiatru
·ð Odbywa siÄ™ pod wpÅ‚ywem trzech równoważących siÄ™ siÅ‚ (gradientu, Coriolisa i
odśrodkowej)
·ð W niżu na półkuli północnej wiatr gradientowy wieje wzdÅ‚uż izobar koÅ‚owych
przeciwnie do ruchu wskazówek zegara
·ð W wyżu na półkuli północnej wiatr gradientowy wieje wzdÅ‚uż izobar koÅ‚owych
zgodnie z ruchem wskazówek zegara
N
W
Linie prądu w niżu i w wyżu na półkuli północnej
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS
5
Wiatr geostroficzny, geotryptyczny i gradientowy
Linie prądu (linie styczne w każdym punkcie do kierunku wiatru) przy powierzchni Ziemi
mają kształt zbliżony do linii spiralnych, które w niżu zbiegają się do środka układu, a w
wyżu rozchodzą się ze środka.
W niżu na półkuli północnej linie prądu zbiegają się w centrum układu, zgodnie z kierunkiem
gradientu barycznego, w punkcie zbieżności (konwergencji).
W wyżu na półkuli północnej linie prądu rozbiegają się w centrum układu, zgodnie z
kierunkiem gradientu barycznego, w punkcie rozbieżności (dywergencji).
Spirala Ekmana
Zmiany prędkości i kierunku wiatru z wysokością.
Ze względu na wpływ siły tarcia prędkość wiatru przy powierzchni Ziemi jest mniejsza od
średniej prędkości wiatru geostroficznego (dla danego gradientu ciśnienia). Nad morzami
stanowi ona przeciętnie 75%, a nad lądami 50  70% prędkości wiatru geostroficznego. W
warstwie powietrza do wysokości 30  50 m nad powierzchnią Ziemi następuje bardzo szybki
wzrost prędkości wiatru, a kierunek wiatru nie ulega zmianie. W miarę dalszego wzrostu
wysokości prędkość wiatru nadal wzrasta, a kierunek wiatru nie zmienia się  następuje skręt
w prawo. Na górnej granicy warstwy tarcia prędkość wiatru jest zbliżona do prędkości wiatru
geostroficznego, a kierunek jest prawie równoległy do izobar. Zmiany prędkości i kierunku
wiatru z wysokością można przedstawić graficznie za pomocą krzywej zwanej spiralą
Ekmana.
Zmiany kierunku i prędkości wiatru wraz z wysokością - spirala Ekmana
Baryczne prawo wiatru
Baryczne prawo wiatru jest zwane inaczej prawem Buys  Ballota i odnosi siÄ™ do wiatru
geotryptycznego przy powierzchni ziemi.
Mówi ono o tym, że stojąc na półkuli północnej plecami do wiatru, najniższe
ciśnienie mamy po lewej stronie i nieco z przodu, a najwyższe po prawej i nieco z
tyłu.
Agnieszka Krzyżewska, Mateusz Dobek. Zakład Meteorologii i Klimatologii UMCS