|
|
|
Geostrofische wind wordt gedefinieerd als de wind die zou voortvloeien uit het geostrofische evenwicht tussen de Corioliskracht en de kracht van de atmosferische drukgradiënt die op een luchtpakketje inwerkt. Deze wind waait parallel aan de isobaren in de atmosfeer. De meeste atmosferische stromingen, boven de grenslaag buiten de tropen, bevinden zich dicht bij het geostrofisch evenwicht, waardoor het een veelgebruikte benadering in
de meteorologie is. Dit evenwicht is echter zelden exact, vanwege andere krachten die op de wind inwerken, zoals wrijving (dichtbij de grond) of middelpuntvliedende kracht in een gebogen stroming |
| |
| Stel dat de beweging van de lucht in de atmosfeer volledig wordt gestopt ten opzichte van het oppervlak van de planeet, en dat het systeem vervolgens vanuit deze toestand evolueert. De kracht van de drukgradiënt zorgt ervoor dat lucht zich verplaatst van gebieden met hoge druk naar gebieden met lage druk. Zodra de beweging echter begint, zorgt de Corioliskracht ervoor dat deze afwijkt, naar rechts op het noordelijk halfrond en naar links op het zuidelijk halfrond. Naarmate de luchtsnelheid toeneemt, neemt de Corioliskracht proportioneel toe, waardoor de afbuiging wordt geaccentueerd. Uiteindelijk bereikt de Corioliskracht een waarde die gelijk is aan en tegengesteld aan die van de drukgradiëntkracht, waardoor lokaal stroming ontstaat met een constante snelheid, evenwijdig aan rechte isobaren. Dit wordt geostrofisch evenwicht1 genoemd. In de praktijk bevindt de stroming buiten de tropen zich vrijwel altijd in een quasi-geostrofisch evenwicht. |
| |
Bij gebrek aan windwaarnemingen kunnen meteorologen de windkracht op een bepaald
punt schatten door de drukgradiënt en de breedtegraad op een weeranalysekaart te meten. De geostrofische benadering is puur diagnostisch. Het heeft geen voorspellende waarde, omdat de vergelijking geen veranderingsterm bevat. |
| |
| In de tropen, waar de Coriolis-parameter steeds zwakker wordt totdat deze op de evenaar nul is, balanceren andere krachten, zoals de middelpuntvliedende kracht, de drukgradiëntkracht |
|
| Diagram rechts dat laat zien hoe de wind wordt afgebogen om een circulatie tegen de klok in te creëren op het noordelijk halfrond rond een depressie. De drukgradiëntkracht is blauw, de Corioliskracht rood en de verplaatsing zwart. |
|
|
 |
| De ageostrofische wind is de component van de totale wind die verschilt van de geostrofische balans. De ageostrofische componenten van de wind op synoptische schaal zijn relatief klein en kunnen als eerste benadering in een diagnostische context worden verwaarloosd. Ze zijn echter cruciaal in de toekomstige evolutie van de stroming, omdat ze de aanwezigheid van krachten aangeven die convergentie of divergentie in de stroming creëren, waardoor de verticale beweging ontstaat die aan de oorsprong ligt van verschillende meteorologische verschijnselen, waaronder depressies op de middelste breedtegraad. |
| |
| Dichtbij het oppervlak verstoort het effect van wrijving tussen de lucht en het oppervlak het geostrofische evenwicht. Wrijving vertraagt de stroming, waardoor de Corioliskracht afneemt. In dit nieuwe evenwicht met drie krachten is het effect van de Corioliskracht niet langer voldoende om de stroming evenwijdig aan de isobaren te dwingen en een deel van de resulterende beweging richt zich op het lagedrukgebied. Dus nabij het oppervlak neemt de horizontale stroming de vorm aan van een spiraal die convergeert naar het centrum van depressies en divergeert van het centrum van anticyclonen en geeft de Ekman-spiraal. |
| |
| Ten slotte worden er nog andere effecten toegevoegd, waaronder de isallobare component als gevolg van de beweging en verdieping van het meteorologische systeem, de gradiëntwind in de valleien, enz. |
| |
| Geostrofische stromingen |
| |
| De stroming van oceaanwater is ook grotendeels geostrofisch. Net zoals meerdere weerballonnen die de druk meten als functie van de hoogte in de atmosfeer worden gebruikt om het atmosferische drukveld in kaart te brengen en de geostrofische wind af te leiden, worden dichtheidsmetingen als functie van de diepte in de oceaan gebruikt om geostrofische stromingen af te leiden. Satelliethoogtemeters worden ook gebruikt om afwijkingen in de hoogte van het zeeoppervlak te meten, waardoor een berekening van de geostrofische stroming aan het oppervlak mogelijk is. |
| |
|
| Beperkingen van de geostrofische benadering |
| |
Het effect van wrijving tussen de lucht en het land verbreekt het geostrofische evenwicht. Wrijving vertraagt de stroom, waardoor het effect van de Corioliskracht wordt verminderd. Als gevolg hiervan heeft de drukgradiëntkracht een groter effect en beweegt de lucht nog steeds van hoge druk
naar lage druk, zij het met grote afbuiging. Dit verklaart waarom hogedruksysteemwinden vanuit het midden van het systeem uitstralen, terwijl lagedruksystemen winden hebben die naar binnen draaien. |
| |
| De geostrofische wind negeert wrijvingseffecten, wat meestal een goede benadering is voor de ogenblikkelijke stroming op synoptische schaal in de mid-troposfeer op de middelste breedtegraad. Hoewel ageostrofische termen relatief klein zijn, zijn ze essentieel voor de tijdsevolutie van de stroming en in het bijzonder noodzakelijk voor de groei en het verval van stormen. Quasigeostrofische en semi-geostrofische theorieën worden gebruikt om stromingen in de atmosfeer breder te modelleren. Deze theorieën zorgen ervoor dat er divergentie kan plaatsvinden en dat weersystemen zich vervolgens kunnen ontwikkelen. |
| |
|
|
|
|
|
|
