Terminis vėjas

Terminis vėjas – geostrofinio vėjo vertikalus poslinkis. Terminis vėjas nėra realus vėjas, tai tik teorinė vektorinė dedamoji, skirta geostrofinio vėjo pokyčiui didėjant aukščiui vertinti.^{[reikalingas šaltinis]}

Apibūdinimas

Geostrofinis vėjas horizontaliame paviršiuje pučia lygiagrečiai su izobaromis, esančiomis šiame paviršiuje. Keičiantis izobarų išsidėstymui didėjant aukščiui, keičiasi ir geostrofinio vėjo kryptis.

Norint nustatyti jo greitį ir kryptį tam tikrame aukštyje, prie geostrofinio vėjo vektoriaus žemesniame lygyje pridedama papildoma dedamoji, kuri vadinama terminiu vėju. Terminio vėjo kryptį galima išreikšti iš geostrofinio vėjo vektoriaus viršutiniame lygyje atėmus vėjo vektorių apatiniame. Terminio vėjo stiprumą lemiantis temperatūros gradientas nukreiptas iš šilto oro į šaltą. Šiaurės pusrutulyje terminis vėjas nukreiptas pagal izotermas į dešinę nuo temperatūros krypties (šaltas oras yra kairėje pusėje). Kaip ir geostrofinio vėjo atveju žemo potencialo juosta lieka iš kairės, o aukšto – iš dešinės.

Jei barinis ir temperatūros sudaro kampą, mažesnį kaip 180°, tai terminis vėjas vėjo krypties apatiniame lygyje atžvilgiu bus nukreiptas į dešinę ar į kairę priklausomai nuo to, į kokią pusę temperatūros gradientas krypsta nuo barinio gradiento. Todėl didėjant aukščiui geostrofinis vėjas, artėdamas prie izotermos, suksis į kairę arba į dešinę.

Fizikinė dalis

Laisvojoje atmosferoje vėjo pokytis vertikalia kryptimi gali būti įvairus ir priklauso nuo barinio lauko vertikalios kaitos. Jo kryptis yra lygiagreti arba beveik lygiagreti izohipsėms, o greitis artimas geostrofiniam.^{[reikalingas šaltinis]}

Jeigu atimant skaliarus lengvai galima gauti kitus skaliarus, talpinančius vertingą prognostinę informaciją, tai atimant vektorius galima gauti naujus vektorius, turinčius svarbią fizinę prasmę. Geostrofinio vėjo vertikalus poslinkis aprašomas terminio vėjo lygtimi:

$V_{T}=V_{g}2-V_{g}1={\frac {g}{f}}k\times \nabla _{h}$

Čia VT yra terminis vėjas, Vg – geostrofinis vėjas, indeksai 1 ir 2 parodo sluoksnio viršutinę ir apatinę ribą, f – Korioliso parametras, g – laisvojo kritimo pagreitis, k – vienetinis vertikalios ašies vektorius, ∇h – sluoksnio storio h vertikalus gradientas. Nors tai tik fiktyvus vėjas, jis turi gilią fizikinę prasmę: ne tik aprašo geostrofinio vėjo vertikalų poslinkį, bet ir nukreiptas taip, kad Šiaurės pusrutulyje šaltas oras lieka jo kairėje, o šiltas – dešinėje.

Kitokia termino vėjo išraiška gaunama paėmus standartinių santykinėje topografijoje naudojamų izobarinių lygių aukščius, tarp 1000 hPa ir 500 hPa:

$V_{T}={\frac {g}{f}}{\frac {\partial (H_{2}-H_{1})}{\partial y}}$

Čia H – izobarinių lygių aukštis, indeksai 1 ir 2 parodo sluoksnio viršutinę ir apatinę ribą. Todėl terminis vėjas turėtų pūsti išilgai santykinės topografijos izohipsių, tik čia y ašis nukreipta statmenai izohipsėms.

Taikymas meteorologijoje

Keičiantis aukščiui geostrofinis vėjas V_B sukasi pagal laikrodžio rodyklę. Terminis vėjas V_T nukrypsta į dešinę nuo vėjo krypties apatiniame lygyje V_A – tai rodo šilumos advekciją. Šaltas (Kaldt) oras lieka terminio vėjo kairėje, o šiltas (Warmt) – dešinėje.

Pagal geostrofinio vėjo krypties didėjant aukščiui kaitą galima nustatyti advekcijos (horizontalios oro pernašos) pobūdį analizuojamame sluoksnyje. Remiantis terminio vėjo posūkiu, egzistuoja 3 galimos advekcijos tipai:

1. Nėra temperatūros advekcijos – terminis vėjas lygiagretus santykinės topografijos kontūrams, todėl ir geostrofinis vėjas aukštesniuose ir žemesniuose lygiuose yra tos pačios krypties;
2. Šalčio advekcija – terminis vėjas nukrypsta į kairę nuo apatinių sluoksnių vėjo krypties, todėl geostrofinis vėjas suksis prieš laikrodžio rodyklę kylant aukštyn, o vėjo vektoriai visuose tarpiniuose lygiuose bus nukreipti iš šaltos oro masės pusės į šiltą;
3. Šilumos advekcija – terminis vėjas nukrypsta į dešinę nuo apatinių sluoksnių vėjo krypties, todėl geostrofinis vėjas suksis pagal laikrodžio rodyklę kylant aukštyn, o vėjo vektoriai visuose tarpiniuose lygiuose bus nukreipti iš šaltos oro masės pusės į šaltą.

Remdamiesi geostrofine aproksimacija temperatūros pasiskirstymą galima sužinoti iš storio sluoksnio (vidutinės temperatūros) ir horizontalaus temperatūros gradiento krypties, kuri kartu yra geostrofinio vėjo vertikalaus poslinkio funkcija.

Terminio vėjo lygtis taip pat yra naudingas diagnostinis įrankis kai kurioms dinaminės meteorologijos teorijoms paremti:

${\frac {\partial V_{g}}{\partial z}}={\frac {g}{fT_{v}}}k\times \nabla T_{v}$

Čia ${\frac {\partial V_{g}}{\partial z}}$ yra vertikalus geostrofinio vėjo gradientas Dekarto koordinatėse, ∇Tv – horizontalus sluoksnio virtualios temperatūros gradientas.

${\frac {\partial V_{g}}{\partial p}}=-{\frac {R}{fp}}k\times \nabla T_{v}$

Čia ${\frac {\partial V_{g}}{\partial z}}$ yra vertikalus geostrofinio vėjo gradientas izobarinėse koordinatėse, R – universalioji dujų konstanta, p – slėgis.

Turint geopotencialaus aukščio duomenis, gautus radiozondavimo ar palydovinio zondavimo metu, galima įvertinti geostrofinio vėjo vertikalų poslinkį Dekarto arba izobarinėse koordinatėse, o po to ir temperatūros lauko konfigūraciją. Priešingai, palydovų sensoriais tiksliau numatoma sluoksnių (ypač laisvojoje atmosferoje) temperatūra nei geopotencialus aukštis, todėl remiantis šiomis formulėmis galima nustatyti geostrofinio vėjo parametrus reikiamuose sluoksniuose. Sekant iš kosmoso debesų ar viršutinės troposferos skirtingo tankio vandens garų zonų trajektorijas taip pat galima nustatyti tikrąjį vėją, kuris dažnai artimas geostrofiniam. Vidutinės vėjo greičio paklaidos neviršija 4–6 m/s vidurinėje troposferoje. Turint reikšmes skirtinguose sluoksniuose galima būtų atstatyti termobarinio lauko konfigūraciją.