科里奥利效应和气旋

Question

科里奥利力预测，北半球的风应该以顺时针方向偏转，南半球的风应该以逆时针方向偏转。然而，为什么在气旋的情况下，气旋在北半球逆时针旋转，在南半球顺时针旋转?

Answer 1

不要认为科里奥利力是顺时针/逆时针偏转的运动，而是向右(NH)或向左(SH)，当观察运动的方向时。

所以这是一种“根据定义”。气旋是低压力系统，空气会从一个高压的位置向一个低压的位置移动。科里奥利力将使北半球的空气向右偏转，形成围绕低压的逆时针运动。在高压系统周围，运动方向相反，是反气旋的。

一个非常简单的草图，中间有一个低压，周围有一个高压:

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另一种看待这个问题的方法是通过地转运动方程。旋风周围的风(几乎)是地转的，所以运动方程可以简化为

$ $ f \ mathbf {k} \ * \ mathbf {v} = - \压裂{1}{\ρ}\微分算符p $ $

其中$f$为科里奥利参数，$\mathbf{k}$为垂直单位向量，$\mathbf{v}$为风速向量，$\rho$为密度，$\nabla p$为压力梯度。

所以，看一下北半球低压系统的草图，压力梯度力看起来是这样的

梯度本身从低压到高压，但力的方向相反。为了在这个和科里奥利项之间达到平衡，我们需要这样的情况:

(注意这里科里奥利项的负号。在上面的方程中，我们有相等的，所以带负号的方向与压力梯度力的方向相反。)

由于$f$在北半球是正的，当我们使用右手定则求叉积时，这意味着$\mathbf{v}$必须指向为

即围绕低压作逆时针运动。

Answer 2

稍微纠正一下你的说法:科里奥利力使北半球的气流向右转。这不是相当与“顺时针模式”相同，这一点一会儿就会很明显。

气旋的核心气压低，外部气压高。因此，风是由外向内流动的。

当我们想到气旋时，我们想到的是一个完全形成的具有螺旋图案的气旋。如果一个人开始画一个由外而内的螺旋，并牢记北半球科里奥利，一个人向右弯曲，最终得到一个顺时针螺旋，这是错误的:

然而，飓风不是这样开始的。相反，想象一个低压区域在一个高压区域内，这样风就从各个方向吹向中心。画一些径向线来表示…然后把每一个都向右弯曲:

注意，产生的圆周运动(蓝色箭头)是逆时针的。

现在，旋风的AIUI也不是这样开始的，但我希望这种简化的方法可以解释为什么会产生“错误的”旋转方向。

Answer 3

随着地球的旋转，当空气从两极附近向赤道移动时，地球那部分的半径就会变大，这意味着地面移动得更快，而空气滞后。当空气从赤道附近向两极移动时，它会移动到半径更小、地面速度更低的地方，因此空气向前移动，导致南半球的气旋旋转为CW，北半球的气旋旋转为ACW。科里奥利效应不会影响来自东方或西方的空气的方向，但它会被漩涡偏转，然后帮助推动它。(任何接近一个共同点的流体，比如高温干旱，或者排水孔，都会倾向于形成一个漩涡，但如果漩涡足够大，科里奥利效应将决定哪个方向)。由于空气旋转产生的离心力，所有气旋的内部压力都较低，离心力使其像龙卷风一样旋转，但不那么集中，尽管达尔文的人们可能不同意1974年平安夜的特雷西飓风。这地方看起来就像原子弹爆炸后的广岛。

顺便说一句，科里奥利效应不是一种力。空气只是像以前一样大致沿着一条直线前进(忽略地面摩擦，它会慢慢地使它向另一个方向偏转)，但是不同地方的地面速度是不同的，所以，从地面上看，它看起来是偏转的，直到它进入一个漩涡，它实际上就是这样。