Установившееся движение при наличии трения

Скорость ветра уменьшается вследствие трения настолько, что у земной поверхности (на высоте флюгера) над сушей она приблизительно вдвое меньшее, чем скорость геострофического ветра.

На рисунке 3.2 приведена схема сил, которые действуют на единичный объем воздуха при прямолинейном движении с учетом силы трения.

F_G

Р

V

α

R

A

Р+1

B

В – равнодействующая силы Кориолиса и силы трения.

Рисунок 3.2 – Схема сил, которые действуют на воздух

при прямолинейном движении с учетом силы трение

Вектор скорости в точке О отклонен от силы барического градиента вправо (в северном полушарии) на угол меньшее 90 ⁰. Градиентная сила перпендикулярная изобарам и направлена в сторону низкого давления. Сила Кориолиса А перпендикулярна вектору скорости и отклонена от него вправо (в северном полушарии). Сила трения R направлена противоположно вектору скорости. Условием стационарности движения есть равенство нулю равнодействующих этих сил.

Угол трения между направлением ветра и градиентом давления в слое трения тем более, чем больше широта места и чем меньше коэффициент трения.

Скорость ветра при наличии трения:

,

где k – коэффициент трения.

Угол отклонения ветра от градиентного при прямолинейном движении:

,

где φ – угол отклонения ветра от градиентного при наличии силы трения.

Отклонение направления ветра от горизонтального градиента давления в приземном слое атмосферы в среднем составляет 60° вправо в северном полушарии. Выше приземного слоя этот угол растет с высотой и на уровне трения ветер становится градиентным, отклонение достигает 90° .

Над океаном, где трение между воздухом и подстилающей поверхностью меньше, чем на суше, ветер более близок к геострофическому, чем над материком.

Опыт подтверждает, что ветер у земной поверхности всегда отклоняется от барического градиента на некоторый угол меньший прямого в северном полушарии вправо, в южный – влево. Отсюда вытекает такое правило: если встать спиной к ветру, то наиболее низкое давление окажется по левую сторону и немного впереди, а более высокое давление – по правую сторону и немного позади. Это положение было найдено эмпирически и носит название законом барического ветра.