Coriolis-ilmiö: miksi myrskyt pyörivät

Ilma virtaa kohti matalapaineen keskipistettä, joten miksi trooppiset syklonit pyörivät sen sijaan, että ne vain täyttyisivät? Vastaus on, että elämme pyörivällä planeetalla.

Maapallo pyörähtää kerran noin 24 tunnissa, joten Ω = 7,292 × 10⁻⁵ rad/s. Kun liike kuvataan pyörivän Maan näkökulmasta, liikkuva kappale näyttää joutuvan sivusuuntaan työntävän näennäisen voiman vaikutukseen. Tätä kutsutaan Coriolis-ilmiöksi. Ulkopuolelta katsottuna mikään ei työnnä kappaletta, vaan maa pyörii sen alla. Pyörivässä koordinaatistossa kiihtyvyys on a = −2 Ω × v, ja se on aina suorassa kulmassa liikkeeseen nähden.

Maanpintaa pitkin tapahtuvassa liikkeessä merkitystä on sillä Maan pyörimisen osalla, joka on leveysasteellasi φ pystysuora. Se antaa Coriolis-parametrin

f = 2 Ω sin φ

• 45° leveysasteella: f = 2 × 7,292 × 10⁻⁵ × 0,707 ≈ 1,03 × 10⁻⁴ s⁻¹.
• Navalla (90°): f on suurimmillaan, noin 1,46 × 10⁻⁴ s⁻¹.
• Päiväntasaajalla (0°): f = 0. Vaakasuoraan liikkuvaan kohteeseen ei kohdistu sivuttaistyöntöä.

Työntö on hyvin pieni. 10 m/s:n tuuli 45° leveysasteella kokee kiihtyvyyden f × v, joka on vain noin 0,001 m/s² eli noin kymmenentuhatta kertaa painovoimaa heikompi. Sillä on merkitystä, koska tuulet ja merivirrat vaikuttavat tuntien, päivien ja tuhansien kilometrien ajan ja matkan.

Kumpaan suuntaan? Pohjoisella pallonpuoliskolla liikkuva ilma taipuu oikealle. Eteläisellä pallonpuoliskolla se taipuu vasemmalle.

Kuvitellaan nyt, että ilma virtaa kohti matalapaineen keskipistettä. Pohjoisella pallonpuoliskolla jokainen ilmamolekyyli kääntyy oikealle, joten sen sijaan että se saavuttaisi keskipisteen, se kaartuu sen ympäri. Koko järjestelmä kiertää vastapäivään (ylhäältä katsottuna) matalapaineen ympärillä pohjoisella pallonpuoliskolla ja myötäpäivään eteläisellä pallonpuoliskolla. Kitka lähellä maanpintaa antaa osan ilmasta edelleen kiertyä sisäänpäin, mikä pitää myrskyn voimissaan.

Päiväntasaajan lähellä vaikutus heikkenee, koska f → 0. Trooppisia pyörremyrskyjä muodostuu lähes aina noin 5°:n leveysasteen sisäpuolella (suunnilleen 500 km:n päässä) päiväntasaajasta, koska tuulten järjestämiseen ei ole riittävästi pyörimisliikettä.