Pytanie:
Efekt Coriolisa i cyklony
Kenshin
2014-04-20 06:45:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Siła Coriolisa przewiduje, że wiatry na półkuli północnej powinny być odchylane zgodnie z ruchem wskazówek zegara, a wiatry na półkuli południowej powinny być odchylane w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara. Dlaczego jednak w przypadku cyklonów cyklony wirują w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara na półkuli północnej i zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli południowej?

Najłatwiejszy sposób, w jaki mogę sobie przypomnieć, w jaki sposób wirują, polega na tym, że cyklony wirują w taki sam sposób jak ziemia (zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli południowej, przeciwnie do ruchu wskazówek zegara na północy), podczas gdy antycyklony wirują w przeciwnym kierunku.
Czy kogoś innego denerwują telewizyjne animacje pogodowe, które pokazują wirujące jak szalone wiry wiatru? Każda rewolucja musi trwać co najmniej jeden dzień, jeśli nie dłużej.
To klasyczny przypadek (wymaganego) odwrócenia perspektywy. Grawitacja sprawia, że ​​rzeczy poruszają się w dół ... chyba że sam odwrócisz się do góry nogami, w takim przypadku spowoduje to, że coś porusza się „do góry”. Wysokie ciśnienie, wiatr porusza się od niego na zewnątrz, we wszystkich dodatnich kierunkach, więc skręt w prawo (NH) = zgodnie z ruchem wskazówek zegara. Ale niskie ciśnienie, wiatr porusza się ... to odwrócenie perspektywy ... więc obrót w prawo = przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.
Dziękuję, pół dnia, ale myślę, że to źle zrozumiałeś. Cyklony działają jak burzliwe byty geograficzne, które rozpraszają się wzdłuż równikowego gradientu przedstawionego przez proste równanie: F = 7op; '] # 1 X y09990 Teraz już wiesz.
Dwa odpowiedzi:
Torbjørn T.
2014-04-20 12:13:49 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nie myśl o sile Coriolisa jako odchylającej się zgodnie z ruchem wskazówek zegara / przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, ale w prawo (NH) lub w lewo (SH), patrząc w kierunku ruchu.

Więc to jest czymś w rodzaju „z definicji”. Cyklon to system niskiego ciśnienia, a powietrze będzie przemieszczać się z miejsca o wysokim ciśnieniu do miejsca o niskim ciśnieniu. Siła Coriolisa będzie odchylać to powietrze w prawo na półkuli północnej, tworząc ruch przeciwny do ruchu wskazówek zegara wokół niskiego ciśnienia. Wokół systemów wysokiego ciśnienia kierunek ruchu jest przeciwny, antycyklonowy.

A bardzo prosty szkic, z niskim ciśnieniem pośrodku i wyższym ciśnieniem wokół niego:

enter image description here

Innym sposobem spojrzenia na to jest równanie geostroficzne ruch. Wiatr wokół cyklonu jest (prawie) geostroficzny, więc równanie ruchu można uprościć do

$$ f \ mathbf {k} \ times \ mathbf {v} = - \ frac {1} { \ rho} \ nabla p $$

gdzie $ f $ to parametr Coriolisa, $ \ mathbf {k} $ to pionowy wektor jednostkowy, $ \ mathbf {v} $ to wektor prędkości wiatru, $ \ rho $ to gęstość, a $ \ nabla p $ to gradient ciśnienia.

Zatem patrząc na szkic układu niskiego ciśnienia na półkuli północnej, siła gradientu ciśnienia będzie wyglądać następująco:

enter image description here

Sam gradient przechodzi od niskiego do wysokiego ciśnienia, ale siła ma przeciwny kierunek. Aby osiągnąć równowagę między tym a członem Coriolisa, potrzebujemy następującej sytuacji:

enter image description here

(Zwróć uwagę na znak ujemny dla wyrażenia Coriolisa tutaj. W powyższym równaniu mamy równość, więc ze znakiem ujemnym kierunek jest przeciwny do kierunku siły gradientu ciśnienia.)

Ponieważ $ f $ jest dodatnie na półkuli północnej, kiedy używamy reguły prawej ręki dla produktów krzyżowych, oznacza to, że $ \ mathbf {v} $ musi być skierowane tak, jak

enter image description here

tj. wykonując ruch w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara wokół niskiego ciśnienia.

Dzięki za odpowiedź. Torbjorn, dlaczego natura chce zrównoważyć efekt Coriolisa z gradientem ciśnienia? To znaczy, dlaczego natura w pierwszej kolejności przyjmuje wzór geostroficzny, który prowadzi do wpisanego przez ciebie równania?
@Mew W skrócie, aby otrzymać równanie ruchu geostroficznego, zaczynasz od pełnego równania ruchu, zakładasz ruch w dużej skali, tarcie jest nieistotne (jesteś z dala od ziemi) i * | f | *> 0 (ty są w pewnej odległości od równika). Następnie wykonujesz analizę skali wstawiając typowe wartości i usuwając najmniejsze terminy. Pozostaje powyższe równanie. Jest to oczywiście tylko przybliżenie, więc geostroficzny wiatr (lub prąd w oceanie) jest * definiowany * jako prędkość wiatru / prądu, przy której siła Coriolisa równoważy siłę gradientu ciśnienia.
@Mew Geostrofia to tylko przybliżenie, ale jest to całkiem dobre przybliżenie. Również w systemie nieobrotowym stan równowagi to stan, w którym płyn (powietrze, woda) znajduje się w stanie spoczynku, podczas gdy w układzie obrotowym stan równowagi jest stanem ruchu (geostroficznego).
Semidiurnal Simon
2014-04-20 12:15:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Aby nieznacznie poprawić twoje sformułowanie: Siła Coriolisa działa w ten sposób, że zmienia przepływy na półkuli północnej w prawo. To nie jest całkiem to samo, co „zgodnie z ruchem wskazówek zegara”, co okaże się za chwilę.

Cyklony mają rdzeń o niskim ciśnieniu i wyższe ciśnienie na zewnątrz. Dlatego wiatr wlatuje z zewnątrz do wewnątrz.

Kiedy myślimy o cyklonie, myślimy o w pełni uformowanym cyklonie, który ma spiralny wzór. Jeśli ktoś chce narysować spiralę od zewnątrz do wewnątrz i pamiętać o Coriolisie z półkuli północnej, zakrzywia ją w prawo i kończy się spiralą zgodną z ruchem wskazówek zegara, co jest błędne:

enter image description here

Jednak cyklon nie zaczyna się w ten sposób. Zamiast tego pomyśl o obszarze niskiego ciśnienia wewnątrz obszaru o wyższym ciśnieniu, tak aby wiatr wiał w kierunku środka ze wszystkich kierunków. Narysuj kilka promieniowych linii, aby to pokazać ... a następnie zakręć każdą z nich w prawo:

enter image description here

Zwróć uwagę, że wynikowy ruch kołowy (niebieskie strzałki) to przeciwnie do ruchu wskazówek zegara.

Cyklon AIUI również nie zaczyna się w ten sposób, ale mam nadzieję, że to uproszczone podejście wyjaśnia, w jaki sposób można uzyskać „niewłaściwy” kierunek obrotów.

stara odpowiedź tak, ale także inne perspektywy. Siła Coriolisa jest minimalna na tak niskich szerokościach geograficznych, na których tworzą się cyklony. Równowaga cylostroficzna jest równowagą między gradientem ciśnienia, siłą odśrodkową i siłą Coriolisa. Pierwotna cyrkulacja w cyklonie (który jest wirującym wiatrem) jest spowodowana głównie siłą odśrodkową.
@gansub Jestem pewien, że masz rację, ale (zakładając, że masz na myśli siłę odśrodkową pochodzącą z obrotu cyklonu, a nie pochodzącą z obrotu Ziemi), z pewnością działałoby to równie dobrze niezależnie od kierunku obrotu? (poważne zastrzeżenie „nie moja dziedzina”!)
@SemidurnalSimon - to dziedzina dla każdego, ponieważ nikt nie jest ekspertem. To tylko rozmowa. :-). Nie, miałem na myśli, że w globalnym układzie współrzędnych pochodzi on z obrotu Ziemi, a więc odśrodkowy. W lokalnym układzie współrzędnych siła dośrodkowa :-). Pytanie brzmi, co sprawia, że ​​obraca się on w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara, a moim celem była równowaga między gradientem ciśnienia a siłą odśrodkową + Coriolis. Pytanie o RHS (siła odśrodkowa i Coriolis) brzmi, który termin jest większy. Mój punkt widzenia był odśrodkowy.


ⓘ
To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...