Wiatr geostroficzny — równowaga sił

Co się właśnie stało?

Powietrze rusza w dół gradientu ciśnienia — z wyżu ku niżowi. Ale gdy tylko nabierze prędkości, wkracza siła Coriolisa i odchyla je (na półkuli północnej w prawo). Parcela skręca coraz bardziej, aż przestaje płynąć w dół gradientu, a zaczyna wiać równolegle do izobar.

Równowaga geostroficzna:

— siła gradientu ciśnienia (PGF) skierowana od wyżu do niżu równoważy się z siłą Coriolisa, prostopadłą do prędkości. Efekt: wiatr wieje wzdłuż izobar. ΔP — gradient ciśnienia, $f$ — parametr Coriolisa, $\Omega$ — prędkość kątowa Ziemi, $\varphi$ — szerokość geograficzna.

Co steruje prędkością?

Ciaśniejsze izobary = większy gradient = silniejsza PGF = szybszy wiatr. Wyższa szerokość φ = większe $f = 2\Omega\sin\varphi$ = dla tego samego gradientu wiatr wolniejszy. Na równiku ($\varphi = 0$) f → 0 i przybliżenie geostroficzne się załamuje.

A przy powierzchni?

Blisko ziemi dochodzi tarcie — zwalnia wiatr, osłabia Coriolisa i wiatr skręca ku niżowi (przecina izobary pod kątem). Dlatego przy gruncie wiatr wpada spiralnie do niżu, a wysoko wieje niemal idealnie wzdłuż izobar. Ta sama siła Coriolisa napędza cyrkulację globalną — zobacz eksperyment „cyrkulacja–Coriolis" oraz film /multimedia/sila-coriolisa.

Po co Ci to na maturze:

Zadania o wiatrach, mapach synoptycznych i cyrkulacji stale pytają, dlaczego wiatr wieje wzdłuż izobar, a nie prosto do niżu. Chwyt: narysuj PGF (od wyżu do niżu) i Coriolisa (w prawo od prędkości na półkuli N) — tam gdzie się równoważą, wiatr jest równoległy do izobar.

Zapamiętaj: wiatr geostroficzny wieje wzdłuż izobar, bo PGF równoważy siłę Coriolisa; ciaśniejsze izobary i niższa szerokość = szybszy wiatr ($V_g \propto \Delta p / f$).