باد زمین‌گرد
باد زمین‌گَرد[۱] (انگلیسی: Geostrophic wind) در علوم جوّی، نوعی باد نظری است که در نتیجهٔ توازن دقیق میان نیروی کوریولیس و نیروی گرادیان فشار پدید می‌آید. این شرایط را تعادل زمین‌گرد یا «توازن زمین‌گرد» (که با نام «زمین‌گردی» نیز شناخته می‌شود) می‌نامند. باد زمین‌گرد موازی با هم‌فشارها (خطوطی با فشار اتمسفری ثابت در یک ارتفاع معین) جهت‌گیری می‌کند. این توازن به‌ندرت در طبیعت به‌طور دقیق برقرار است. باد واقعی تقریباً همیشه به دلیل نیروهای دیگری مانند اصطکاک با زمین با باد زمین‌گرد تفاوت دارد؛ بنابراین، باد واقعی تنها زمانی با باد زمین‌گرد برابر خواهد بود که اصطکاکی وجود نداشته باشد (مثلاً بالاتر از لایهٔ مرزی جوی) و هم‌فشارها کاملاً مستقیم باشند. باد زمین‌گرد صرفاً گرادیان فشار افقی را به‌عنوان نیروی محرک حرکت جوّی نشان می‌دهد، در حالی که باد واقعی نزدیک سطح زمین نیازمند تعامل هم‌افزای عوامل متعددی از جمله نیروی اصطکاک، لایه‌بندی قائم جو و باد گرمایی است. در نتیجه، نسبت میان سرعت باد واقعی و سرعت باد زمین‌گرد، و همچنین اختلاف زاویهٔ جهت میان باد واقعی و باد زمین‌گرد، بسته به شرایط محیطی به‌طور قابل‌توجهی تغییر می‌کند.[۲] با این حال، بخش بزرگی از جو خارج از مناطق حاره‌ای در بیشتر اوقات به جریان زمین‌گرد نزدیک است و این جریان تقریب نخستین ارزشمندی به‌شمار می‌رود. جریان زمین‌گرد در هوا یا آب یک موج لَختی با بسامد صفر است.
منشأ
یک شیوهٔ ساده برای تصور این پدیده آن است که هوایی را در نظر بگیریم که از حالت سکون آغاز می‌شود و نیرویی را که از نواحی پرفشار به سمت نواحی کم‌فشار جهت‌گیری کرده تجربه می‌کند؛ این نیرو، نیروی گرادیان فشار نام دارد. اگر هوا در واکنش به این نیرو شروع به حرکت کند، اثر کوریولیس آن را منحرف می‌کند: در نیم‌کره شمالی به سمت راست مسیر حرکت و در نیم‌کره جنوبی به سمت چپ آن. با شتاب‌گرفتن هوا، این انحراف افزایش می‌یابد تا زمانی که قدرت و جهت نیروی کوریولیس با نیروی گرادیان فشار به توازن برسد؛ این وضعیت را توازن زمین‌گرد می‌نامند. در این نقطه، جریان دیگر از پرفشار به کم‌فشار حرکت نمی‌کند، بلکه در امتداد هم‌فشارها حرکت می‌کند. توازن زمین‌گرد کمک می‌کند توضیح داده شود که چرا در نیم‌کرهٔ شمالی، سامانه‌های کم‌فشار (یا چرخندها) پادساعت‌گرد و سامانه‌های پرفشار (یا واچرخندها) ساعت‌گرد می‌چرخند، و در نیم‌کرهٔ جنوبی برعکس این حالت رخ می‌دهد.
جریان‌های زمین‌گَرد
جریان آب اقیانوس نیز تا حد زیادی زمین‌گرد است. همان‌گونه که از چندین بالون هواشناسی که فشار را به‌عنوان تابعی از ارتفاع در جو اندازه‌گیری می‌کنند برای ترسیم میدان فشار جوّی و استنتاج باد زمین‌گرد استفاده می‌شود، از اندازه‌گیری چگالی به‌عنوان تابعی از عمق در اقیانوس نیز برای استنتاج جریان‌های زمین‌گرد استفاده می‌شود. ژئودزی ماهواره‌ای نیز برای اندازه‌گیری بی‌هنجاری ارتفاع سطح دریا به کار می‌روند که امکان محاسبهٔ جریان زمین‌گرد در سطح را فراهم می‌کند.
محدودیت‌های تقریب زمین‌گَرد
اثر اصطکاک میان هوا و زمین، توازن زمین‌گرد را برهم می‌زند. اصطکاک جریان را کند می‌کند و اثر نیروی کوریولیس را کاهش می‌دهد. در نتیجه، نیروی گرادیان فشار اثر بیشتری می‌یابد و هوا همچنان از پرفشار به کم‌فشار حرکت می‌کند، هرچند با انحراف زیاد. این موضوع توضیح می‌دهد چرا بادهای سامانه‌های پرفشار از مرکز سامانه به بیرون تشعشع می‌کنند، در حالی که سامانه‌های کم‌فشار بادهایی دارند که به‌صورت مارپیچ به درون می‌پیچند.
باد زمین‌گرد اثرات اصطکاک را نادیده می‌گیرد، که معمولاً برای جریان لحظه‌ای در مقیاس همدید در میانهٔ تروپوسفر عرض‌های میانی تقریب زمین‌گرد[۳] خوبی به‌شمار می‌رود.[۴] اگرچه جمله‌های نازمین‌گرد (آژئوستروفیک) نسبتاً کوچک هستند، برای تحول زمانی جریان ضروری‌اند و به‌ویژه برای رشد و زوال طوفان‌ها لازم هستند. نظریه‌های شبه‌زمین‌گرد و نیمه‌زمین‌گرد[۵] برای مدل‌سازی گسترده‌تر جریان‌های جوّی به کار می‌روند. این نظریه‌ها امکان وقوع واگرایی و در نتیجه توسعهٔ سامانه‌های هوایی را فراهم می‌کنند.
جستارهای وابسته
منابع
- ↑ «باد زمین‌گَرد» [علوم جَوّ] هم‌ارزِ «geostrophic wind»؛ منبع: گروه واژه‌گزینی. دفتر سوم. فرهنگ واژه‌های مصوب فرهنگستان. تهران: انتشارات فرهنگستان زبان و ادب فارسی. شابک ۹۶۴-۷۵۳۱-۵۰-۸ (ذیل سرواژهٔ باد زمین‌گَرد)
{{cite book}}: نگهداری یادکرد:پی‌نوشت (رده) - ↑ Brümmer, Burghard (2023-09-11). "Actual versus geostrophic wind: statistics from 12-year measurements at the 280 m high Hamburg Weather Mast". Meteorologische Zeitschrift: 245–258. doi:10.1127/metz/2023/1097.
- ↑ «تقریب زمین‌گَرد» [علوم جَوّ] هم‌ارزِ «geostrophic approximation»؛ منبع: گروه واژه‌گزینی. دفتر پنجم. فرهنگ واژه‌های مصوب فرهنگستان. تهران: انتشارات فرهنگستان زبان و ادب فارسی. شابک ۹۷۸-۹۶۴-۷۵۳۱-۷۶-۴ (ذیل سرواژهٔ تقریب زمین‌گَرد)
{{cite book}}: نگهداری یادکرد:پی‌نوشت (رده) - ↑ Holton, James R.; Hakim, Gregory J. (2012). "2.4.1 Geostrophic Approximation and Geostrophic Wind". An Introduction to Dynamic Meteorology. International Geophysics. Vol. 88 (5th ed.). Academic Press. pp. 42–43. ISBN 978-0-12-384867-3.
- ↑ «حرکت نیمه‌زمین‌گَرد» [علوم جَوّ] هم‌ارزِ «semigeostrophic motion»؛ منبع: گروه واژه‌گزینی. دفتر پنجم. فرهنگ واژه‌های مصوب فرهنگستان. تهران: انتشارات فرهنگستان زبان و ادب فارسی. شابک ۹۷۸-۹۶۴-۷۵۳۱-۷۶-۴ (ذیل سرواژهٔ حرکت نیمه‌زمین‌گَرد)
{{cite book}}: نگهداری یادکرد:پی‌نوشت (رده)
برای مطالعه بیشتر
- Brümmer, Burghard (2023-09-11). "Actual versus geostrophic wind: statistics from 12-year measurements at the 280 m high Hamburg Weather Mast". Meteorologische Zeitschrift: 245–258. doi:10.1127/metz/2023/1097.
- Holton, James R.; Hakim, Gregory J. (2012). "2.4.1 Geostrophic Approximation and Geostrophic Wind". An Introduction to Dynamic Meteorology. International Geophysics. Vol. 88 (5th ed.). Academic Press. pp. 42–43. ISBN 978-0-12-384867-3.
- دینامیک جوی
- دینامیک سیالات