Всем привет, и давайте обсудим приложения силы Кориолиса к геофизической гидродинамике. Как я уже объяснял, сила Кориолиса - это инерциальная сила, которая отклоняет тело вправо в Северном полушарии и влево в Южном относительно скорости тела в системе координат, связанных с Землей. Прежде всего, как выяснить - когда надо учитывать эту силу, а когда можно пренебречь?
Для этого существует размер R, именуемый радиусом Россби. Это отношение типичной скорости к параметру Кориолиса (удвоенной угловой скорости). Если масштаб явления мал по сравнению с R, силой Кориолиса можно пренебречь. Если сравним или намного больше - приходится учитывать. Если намного больше - порой можно не учитывать все остальное.
Для уравнений мелкой воды, применяемых при моделировании морей (а все моря мелкие по сравнению с их размерами) типичная скорость выражается как корень из gh, где g - ускорение свободного падения, а h - типичная глубина. Параметр Кориолиса же, максимальный вблизи полюса, равен 4п/(24 часа) ~ 1/(7200 сек.) Вдали от полюса надо еще умножить на синус широты.
Возьмем даже не ванну, а бассейн. Пусть глубина будет около 5 метров. Тогда типичная скорость примерно 7м/с - делим ее на параметр Кориолиса и получаем 7*7200м ~ 50км. Бассейны обычно существенно меньше, поэтому в них эффекты вращения Земли незаметны.
Легенда о направлении водоворота в ванне, увы, неверна.
Иное дело - море, даже небольшое, вроде Белого. Средняя глубина порядка 100м (максимум 300) дает типичную скорость около 30м/с. Даже с учетом, что море не на Полюсе, получаем несколько сотен километров. Море имеет сравнимые размеры.
Поэтому, скажем, Гольфстрим - это не река в океане, а цепочка вихрей.
Теперь перейдем из моря в атмосферу и рассмотрим область повышенного давления. Возникает сила, движущая воздух от центра, и сила Кориолиса, которая поворачивает поток право. В итоге ветер дует вдоль изобар (линий постоянного давления) по кругу или близко к нему по часовой стрелке, а сила Кориолиса уравновешивает силу, связанную с перепадом давления. За счет трения о землю поток тормозится и получается раскручивающая спираль, выносящая точки из эпицентра - здравствуй, хорошая погода!
Для области пониженного давления все симметрично. Ветер дует против часовой стрелки, а спираль закручивается и заносит тучки в эпицентр.
Позитивный эффект в том, что сила, связанная с перепадом давления. не может разогнать сильный ветер. Как только Кориолис уравновесит - все. На экваторе ограничений нет - если сила действует долго, ветер может разогнаться очень сильный.
Теперь самое интересное. На экваторе, как известно, тепло, а на полюсах - наоборот. Поэтому возникает сила, которая движет воздух от экватора к полюсам. Сила Кориолиса заворачивает поток вправо (на восток) в Северном полушарии и влево (тоже на восток) в Южном. Получается медленное вращение атмосферы на восток.
Это объясняет примету "погода приходит с запада": если Солнце село в тучи, утром эти тучи будут здесь. И наоборот, если туч на закате нет, те, что над головой, к утру уйдут. Конечно, если нет сильного ветра.
Еще этот эффект объясняет, почему полет на запад всегда занимает чуть больше времени, чем на восток. Минут на 20, 30, иногда больше. Иногда это объясняют непосредственно вращением Земли, что, конечно, неверно. Во-первых, Земля вращается в другую сторону! А во-вторых, атмосфера вращается вместе с планетой - будь это не так, ветерок был бы будь здоров! К тому же, трение о землю никто не отменял - кто бы позволил атмосфере покоиться относительно планеты хоть сколько-нибудь долго?