باد (2)

قبلا خواندید...

اثر کوریولیس:

در قسمت قبل گفتیم که باد در جهت کاهش فشار هوا و عمود بر هم فشارها می وزد؛ اما همواره این چنین نیست.

در برخی مناطق به دلیل اثر چرخش زمین بر روی جریان باد زاویه جهت باد با هم فشارها قائم نیست. این در اثر نیروی کوریولیس است.

تحت تاثیر این نیرو کلیه اجسام آزاد در حال حرکت از جمله باد، در نیمکره شمالی به سمت راست مسیرشان منحرف می شوند. این انحراف در نیمکره جنوبی به سمت چپ مسیر آن ها خواهد بود. این نیروی منحرف کننده دارای مشخصات زیر است:

  همواره عمود بر جریان هوا است.

  تنها بر جهت باد اثر کرده و بر سرعت باد بی اثر است.

  متناسب با سرعت باد افزایش می یابد؛ بدین معنی که میزان انحراف با افزایش سرعت باد بیشتر می شود.

  در قطب ها بیشتر و در مدارگان صفر می شود.

از آنجا که نیروی کوریولیس با افزایش عرض جفرافیایی و سرعت باد زیاد می شود، می تواند در شرایطی ویژه با نیروی ناشی از گرادیان فشار برابری کند.

بادهای زمین گرد:

گفتیم نیروی گرادیان فشار مهم ترین نیروی ایجادکننده باد است. این نیرو باعث شتاب گرفتن هوا از ناحیه پرفشار به ناحیه کم فشار می شود در نتیجه سرعت باد باید لحظه به لحظه افزایش یابد.

تجربه نشان می دهد که سرعت باد نمی تواند به طور دائم افزایش یابد، در نتیجه باید نیروهای متعادل کننده ای وجود داشته باشند.

یکی از این نیروها نیروی اصطکاک است که به غلظت هوا و سرعت باد بستگی دارد و با افزایش ارتفاع از مقدار آن کاسته می شود به طوری که در ارتفاع چند کیلومتری زمین می توان با تقریب خوب از اثر آن چشم پوشی کرد.

ارتفاع بالا تنها نیروی متعادل کننده نیروی گرادیان فشار، نیروی کوریولیس است. شکل مقابل چگونگی تعادل بین این دو نیرو را نشان می دهد.

برای سادگی در این مثال فرض شده است که بسته هوا در ابتدا ساکن بوده که البته باید یادآور شد که هوا در یک جو واقعی بندرت ساکن خواهد بود.

چون هوا ساکن است نیروی کوریولیس بر آن تاثیری نخواهد داشت و تنها نیروی گرادیان فشار بر آن عمل خواهد کرد.

تحت تاثیری این نیرو که همواره بر خطوط هم فشار عمود است، بسته هوا شروع به شتاب گرفتن به طرف ناحیه کم فشار می کند. به محض برقراری جریان هوا نیروی کوریولیس بر آن اثر کرده و باعث انحراف آن به طرف راست می شود (در نیمکره شمالی).

با ادامه شتاب گرفتن بسته هوا شدت نیروی کوریولیس افزایش می یابد و در نتیجه باعث انحراف بیشتر جریان هوا می شود. در نهایت باد آنقدر می چرخد تا زمانی که موازی با هم فشارها قرار گیرد.

در این حالت نیروی گرادیان فشار با نیروی کوریولیس که به سمت ناحیه پرفشار متوجه است به تعادل می رسد. زمانی که این دو نیرو یکدیگر را خنثی کنند، باد با سرعت ثابت و موازی با هم فشار جریان خواهد یافت.

این بدان علت است که در این شرایط نیروی گرادیان فشار که عمود بر جهت جریان است نمی تواند به باد شتاب بیشتری دهد و نیروی کوریولیس نیز که به سرعت باد وابسته است ثابت خواهد ماند.

تا این جا فرض بر این بود که دو نیرو یکدیگر را خنثی خواهند کرد. برای این که این فرض عملی باشد باید نیروی گرادیان فشار بادی را ایجاد کند که سرعت آن به اندازه ای باشد که نیروی کویولیس کافی برای خنثی کردن آن تولید کند، ولی هیچ دلیلی برای این اتفاق وجود ندارد.

نظریه پیش بینی می کند که سرعت بادی که در این روش تولید می شود باعث به وجود آمدن نیروی کوریولیسی می شود که از نیروی گردایان فشار بزرگتر است؛ بنابراین باعث انحراف بیشتر باد و قطع نمودن هم فشارها شده و به طرف ناحیه پرفشار حرکت می کند؛ این باعث تضعیف سرعت باد و در نتیجه نیروی کوریولیس می شود که حاصل آن انحراف مجدد باد به طرف ناحیه کم فشار بوده و دوباره شتاب می گیرد؛ در نتیجه مدام سعی در تنظیم خود در جهتی خواهد داشت که به تعادل برسد. زمانی که این دو نیرو بتوانند هم دیگر را خنثی کنند، شرایط تعادل زمین گردی حاصل می شود.

بادی که توسط این شرایط تولید می شود را باد زمین گردی می نامند که جهت جریان تقریبا موازی با خطوط همفشار است. سرعت این باد متناسب با نیروی گرادیان فشار خواهد بود.

اثر اصطکاک بر باد:

اصطکاک به عنوان عاملی که بر باد تاثیر می گذارد تنها در فاصله چند کیلومتری اولیه از سطح زمین اهمیت دارد. اثر اصطکاک علاوه بر کند کردن حرکت هوا باعث تغییر جهت آن نیز می شود.

یادآوری می شود که نیروی کوریولیس به سرعت باد بستگی دارد در نتیجه زمانی که اصطکاک باعث کاهش سرعت شود، نیروی کوریولیس نیز کاهش می یابد. از آن جا که نیروی گرادیان فشار مستقل از سرعت باد است بر نیروی کوریولیس غلبه خواهد کرد.

برآیند این نیروها باعث حرکت هوا در جهت ناحیه کم فشار با زاویه ای تند نسبت به هم فشارها خواهد شد. ناهمواری سطح تعیین کننده سرعت و زاویه جهت جریان هوا با هم فشارهاست.

اندازه این زاویه که به زاویه «درون سمتی» معروف است بر روی دریا 10 تا 15 درجه است. (شکل زیر) بر روی خشکی به دلیل بیشتر بودن اثر اصطکاک، زاویه انقطاع هم فشار نیز بزرگتر می باشد.

مرکز یادگیری سایت تبیان

تهیه: فاطمه گودرزی - تنظیم: یگانه داودی