Вращение Кориолиса: почему штормы вращаются

Воздух движется к центру низкого давления, так почему же тропические циклоны вращаются, а не просто заполняют область? Ответ в том, что мы живём на вращающейся планете.

Земля делает один оборот примерно за 24 часа, поэтому Ω = 7,292 × 10⁻⁵ rad/s. Когда вы описываете движение с точки зрения вращающейся Земли, кажется, будто движущийся объект толкает в сторону кажущаяся сила, называемая эффектом Кориолиса. Если смотреть снаружи, ничто его не толкает — это поверхность Земли вращается под ним. Во вращающейся системе отсчёта ускорение равно a = −2 Ω × v и всегда направлено под прямым углом к движению.

Для движения вдоль поверхности Земли важна вертикальная составляющая её вращения на вашей широте φ. Она задаёт параметр Кориолиса

f = 2 Ω sin φ

• На широте 45°: f = 2 × 7,292 × 10⁻⁵ × 0,707 ≈ 1,03 × 10⁻⁴ s⁻¹.
• На полюсах (90°): f максимально и составляет примерно 1,46 × 10⁻⁴ s⁻¹.
• На экваторе (0°): f = 0. При горизонтальном движении бокового толчка нет.

Этот толчок очень слабый. Ветер со скоростью 10 m/s на широте 45° испытывает ускорение f × v, равное всего примерно 0,001 m/s² — примерно в десять тысяч раз слабее гравитации. Он имеет значение, потому что ветры и океанские течения действуют на протяжении часов, дней и тысяч километров.

В какую сторону? В Северном полушарии движущийся воздух отклоняется вправо. В Южном полушарии он отклоняется влево.

Теперь представь, что воздух движется к центру области низкого давления. На севере каждая частица воздуха поворачивает вправо, поэтому вместо того, чтобы достичь центра, она огибает его. Вся система движется против часовой стрелки (если смотреть сверху) вокруг области низкого давления в Северном полушарии и по часовой стрелке — в Южном полушарии. Трение у поверхности позволяет части воздуха всё же закручиваться внутрь, поддерживая шторм.

У экватора этот эффект исчезает, потому что f → 0. Тропические циклоны почти никогда не образуются в пределах примерно 5° широты (примерно 500 km) от экватора, потому что вращения недостаточно, чтобы организовать ветры.