Вплив тертя на швидкість і напрямок вітру

На висоті 10-15 м від земної поверхні внаслідок дії сили тертя швидкість дійсного вітру над суходолом вдвічі менша від градієнтного, а над морями становить 2/3 швидкості градієнтного вітру. З підняттям догори сила тертя зменшується і швидкість вітру поступово збільшується до швидкості градієнтного вітру на висоті близько 1000 м. Сила тертя впливає також на напрямок вітру. При рівномірному прямолінійному русі в приземному шарі повинно зрівноважуватись три сили: сила баричного градієнта, відхиляюча сила та сила тертя (мал. 6.16). Сила тертя протидіє руху, вона спрямована проти руху, то вона не може діяти на одній прямій з відхиляючою силою обертання Землі. Тому і сила баричного градієнта, яка зрівноважує суму цих двох сил, не може діяти на одній прямій з відхиляючою силою обертання Землі. На мал. 6.16 видно, що між силою баричного градієнта і швидкістю вітру не прямий, а гострий кут. Можна стверджувати, що напрямок вітру спрямований не вздовж ізобар, а відхиляється від них ліворуч у північній півкулі на кут в середньому 30⁰. Над морем цей кут зменшується до 10-20⁰, над суходолом збільшується до 40-50⁰. На величину цього кута впливає термічна стратифікація атмосфери та швидкість вітру.

При підняті догори кут відхилення від ізобар поступово зменшується і на висоті близько 1000 м дорівнюватиме нулю градусів, тобто вітер наблизиться до геострофічного. Оскільки поблизу земної поверхні вітер відхилявся від ізобар ліворуч, то при піднятті догори вітер повертає праворуч за годинниковою стрілкою. Одночасно швидкість вітру з віддаленням від землі збільшується (мал. 6.17). На графіку представлено напрямок та швидкість вітру на висотах 10, 300, 700 та 1000 м. Криву, яка з’єднує кінці цих напрямків, називають спіраллю Екмана.

При рівномірному русі повітря в циклонах та антициклонах, тобто при криволінійних ізобарах в шарі тертя сила тертя також не співпадає з відхиляючою силою. Тому і сила баричного градієнта не співпадає за напрямком з відхиляючою силою обертання Землі. Напрямок вітру також буде відхилятись від ізобар до центру циклону проти годинникової стрілки у північній півкулі та за годинниковою – у південній. В антициклоні в нижніх шарах повітря буде рухатись за годинниковою стрілкою в північній півкулі, одночасно повітря розтікається від центру до периферії (мал. 6.18).

Провівши лінії плину в нижніх шарах циклону побачимо, що вони мають вигляд спіралі, яка закручується проти годинникової стрілки і сходиться до центру циклону. Для цих ліній центр циклону є точкою сходження ліній або точкою конвергенції.

В нижніх шарах антициклону лінії плину також як спіраль, яка розходиться від центру за годинниковою стрілкою. У цьому випадку центр антициклону є точкою розходження ліній плину або точкою дивергенції. У південній півкулі лінії плину спрямовані за годинниковою стрілкою в циклоні та проти – в антициклоні.

Враховуючи усе наведене вище можна зробити такий висновок: якщо стати лицем у напрямку вітру, то найнижчий тиск буде ліворуч і дещо попереду, а найвищий – праворуч і дещо позаду. Таке розташування областей низького та високого тиску було знайдено емпірично ще в першій половині XIX ст. І одержало назву баричного закону вітру або закону Бейс-Бало.