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7.2 : L'effet Coriolis à la surface de la Terre - Géosciences

7.2 : L'effet Coriolis à la surface de la Terre - Géosciences


Les écoulements de fluides que vous observez à la surface de la Terre subissent une accélération de Coriolis. C'est parce que la Terre tourne, et vous et le fluide qui coule tournez avec elle. Les effets que vous avez découverts sur votre platine s'affichent également dans ces flux. Les seuls endroits où cela devrait vous sembler vraiment évident sont au pôle Nord et au pôle Sud, où la surface de la Terre est perpendiculaire à l'axe de rotation. Mais l'accélération de Coriolis affecte également les mouvements des fluides partout ailleurs sur la surface de la Terre.

Le développement mathématique complet de l'effet Coriolis, bien que simple, nous éloignerait trop du chemin de ces notes, je vais donc vous donner une image abrégée et incomplète, juste pour la saveur.

J'ai mentionné ci-dessus que le taux de rotation d'un corps en rotation est noté (omega). Mais pour être précis sur une telle rotation, vous devez également décrire l'orientation et le sens de la rotation. La rotation de la Terre est décrite par sa vitesse angulaire, un vecteur, noté (Oméga), se trouvant dans l'axe de rotation et de longueur égale à la vitesse de rotation (omega). Par convention, le vecteur vitesse angulaire pointe vers le nord pour exprimer le sens de rotation de la Terre, qui est dans le sens inverse des aiguilles d'une montre vu du dessus du pôle Nord (Figure (PageIndex{1})). La vitesse angulaire (Oméga) spécifie ainsi l'orientation, le sens et la vitesse de rotation de la Terre.

Regardez un point à la surface de la Terre. La vitesse (v) de ce point, par rapport à l'espace, est égale à la vitesse angulaire (omega) fois la distance de l'axe de rotation au point. Exprimé en fonction du rayon (R) de la Terre et de l'angle de latitude (phi), cela peut s'écrire (R omega sin left(90^{circ}-phi ight )) (Figure (PageIndex{2})).

Une façon plus élégante de regarder le mouvement d'un point à la surface de la Terre est de caractériser la position du point par un vecteur de position (r) qui s'étend du centre de la Terre au point donné (Figure (PageIndex{3})) puis exprime la vitesse du point sous la forme (oldsymbol{v}=oldsymbol{Omega} imes symbole gras{r}). Le produit sur le côté droit est un produit croisé de vecteurs, défini de telle sorte que le résultat ait une magnitude (r omega sin left(90^{circ}-phi ight)), qui est la même que le résultat du dernier paragraphe, car (r = R). Notez que le produit vectoriel est lui-même un vecteur ; le produit vectoriel est arrangé de telle sorte que sa direction et son sens décrivent correctement la vitesse du point donné sur la surface de la Terre. Notez également que (v) est normal pour les deux (Oméga) et (r); c'est l'une des propriétés du produit croisé.

Maintenant, regardez une petite particule marqueur se déplaçant avec l'air de l'atmosphère ou l'eau de l'océan. Cette particule a sa propre vitesse par rapport à la Terre solide ; appelle ça vitesse (v_{R}), où l'indice (R) est censé suggérer que la vitesse est relatif à la Terre en rotation. Le mouvement de la particule peut également être observé depuis l'espace ; appeler sa vitesse par rapport à ce référentiel « fixe » (v_{I}), où l'indice (I) signifie inertiel, un adjectif qui en physique est associé à un référentiel qui n'accélère pas. Il devrait être logique pour vous que

[oldsymbol{v}_{oldsymbol{I}}=oldsymbol{v}_{oldsymbol{R}}+oldsymbol{Omega} imes oldsymbol{r} label{7.1} ]

L'équation ef{7.1} vous indique simplement que la vitesse absolue de la particule en mouvement est la somme de sa vitesse par rapport à la Terre en rotation plus la vitesse de rotation du point, stationnaire par rapport à la Terre, au-delà duquel la particule se déplace à un moment donné.

Les complications commencent quand on regarde le accélération de la particule marqueur, pas seulement sa vitesse. L'accélération de la particule est le temps de changement de sa vitesse. Pour trouver l'accélération, vous devez différencier le vecteur (v_{Je}) par rapport au temps, puis, pour l'utilisation du résultat dans notre référentiel terrestre en rotation, exprimer le résultat en termes de quantités comme (v_{R}) qui sont observés à partir de ce cadre de référence en rotation. Je citerai juste le résultat pour (a_{Je}), l'accélération de la particule par rapport au référentiel de l'espace extra-atmosphérique :

[oldsymbol{a_{I}} = oldsymbol{a_{R}}+2 oldsymbol{Omega} imes oldsymbol{v_{R}}+ oldsymbol{Omega} imes oldsymbol{ Omega} imes oldsymbol{r}+frac{d oldsymbol{Omega}}{dt} imes oldsymbol{r} label{7.2} ]

(a_{R}) est l'accélération de la particule observée depuis la Terre en rotation. (Pour plus de détails, voir Pedlosky, 1987, chapitre 1.)

Il y a quatre termes du côté droit de l'équation ef{7.2}. La première, (a_{R}), est facile à comprendre, mais les trois autres ont besoin d'explications. Le quatrième exprime l'effet de taux de variation dans le temps du taux de rotation; c'est quelque chose dont nous n'avons pas à nous soucier pour les flux géophysiques. Le troisième est le accélération centripète, que vous connaissez tous d'une manière au moins qualitative : si vous nouez une corde autour d'un rocher et que vous la balancez en un grand cercle, vous produisez une accélération centripète (« recherche du centre ») du rocher, provenant de la force radiale dirigée vers l'intérieur que vous exercez sur le rocher pour le contraindre à se déplacer en arc de cercle plutôt que de partir tout droit tout seul. Le deuxième terme est celui que nous recherchons dans cet exercice : c'est le Accélération de Coriolis.

Regardez de plus près le terme d'accélération de Coriolis dans l'équation ef{7.2}. Tout d'abord, c'est un vecteur lui-même, car c'est un produit croisé de deux vecteurs. Son amplitude est une fonction linéaire de l'amplitude de la vitesse (v_{R}): plus la particule se déplace rapidement, plus l'accélération de Coriolis est importante. De plus, son ampleur ne dépend pas seulement de l'ampleur de (v_{R}) mais aussi dans le sens de (v_{R}) par rapport à l'axe de la Terre. Dans tous les cas, cependant, la direction de l'accélération de Coriolis est normale à vR lui-même (rappelez-vous les propriétés du produit croisé), et cela est cohérent avec ce que vous avez appris sur l'accélération de Coriolis sur votre grande platine.

Une bonne façon d'étudier les effets de l'accélération de Coriolis sur les fluides se déplaçant à la surface de la Terre est de regarder un point particulier de la surface de la Terre à une latitude particulière (phi) (Figure (PageIndex{4}) ). Pour un observateur local, la situation là-bas semble plane, alors pensez à un plan tangent à la surface de la Terre au point donné. j'appellerai ça le plan horizontal, car il est horizontal au point tangent. Les mouvements de l'atmosphère et des océans les plus affectés par l'accélération de Coriolis sont presque entièrement des écoulements horizontaux : les mouvements verticaux à grande échelle dans l'atmosphère et les océans ont généralement une vitesse beaucoup plus petite que les mouvements horizontaux, et des mouvements verticaux localement forts, comme dans les nuages. cellules de convection, se situent à des échelles d'espace et de temps pour lesquelles l'effet Coriolis s'avère peu important.

Dans le plan horizontal il est naturel de mettre en place un système de coordonnées avec un axe vertical, l'un dans le sens du mouvement de la particule, et l'autre horizontal et normal au sens du mouvement (Figure (PageIndex{5}) ). Et l'accélération de Coriolis elle-même peut être résolue en composants dans ces trois directions (Figure (PageIndex{6})). Pensez uniquement aux composantes horizontales de l'accélération de Coriolis, car ce sont elles qui sont importantes pour les mouvements horizontaux des fluides ; il est facile de montrer que la composante verticale de la force de Coriolis dans un écoulement vertical est noyée par l'équilibre entre les deux grandes forces agissant verticalement - la pression et la gravité - et est donc négligeable.

Vous avez déjà vu que la composante de l'accélération de Coriolis dans la direction du mouvement, l'axe (t) de la figure (PageIndex{6}), est toujours nulle. Ce dont nous devons nous inquiéter, c'est l'amplitude de la composante horizontale de l'accélération de Coriolis dans la direction normale au mouvement horizontal, et comment elle varie à la fois avec la latitude et la direction du mouvement dans le plan horizontal. Je vais le faire de manière raccourcie en regardant deux directions spéciales, nord-sud et est-ouest.

Regardez d'abord l'orientation est-ouest. L'accélération de Coriolis est dirigée normale aux deux (v) et (Oméga), qui pour un observateur sur le plan horizontal est un vecteur qui dépasse dans le ciel vers le sud et à un angle par rapport à l'horizontale qui est égal à (90^{circ}) moins l'angle de latitude (phi ). En référence à la figure (PageIndex{7}), si vous résolvez ce vecteur dans le plan horizontal, le composant a la magnitude 2(v omega sin phi). Regardez maintenant l'orientation nord-sud. Pour un observateur sur le plan horizontal, le vecteur d'accélération de Coriolis est horizontal et pointe plein est pour un mouvement vers le nord et plein ouest pour un mouvement vers le sud. En référence à la figure (PageIndex{8}), la magnitude de l'accélération de Coriolis est à nouveau 2(v omega sin phi). Bien que les mathématiques soient beaucoup plus complexes, il s'avère que l'accélération de Coriolis a cette même amplitude, 2(v omega sin phi), pour n'importe quelle direction de mouvement dans le plan horizontal.

Ainsi, le résultat final de l'accélération de Coriolis pour les mouvements horizontaux à la surface de la Terre est le suivant :

  1. Son amplitude est directement proportionnelle à la vitesse du corps,
  2. Sa composante horizontale est toujours dirigée perpendiculairement à la direction du mouvement (à droite dans l'hémisphère nord mais à gauche dans l'hémisphère sud), et
  3. Sa magnitude est toujours 2(v omega sin phi).

L'effet Coriolis est donc le plus important aux pôles et nul à l'équateur. (Cela fonctionne exactement dans le sens inverse pour le verticale composante de l'accélération de Coriolis - la plus grande à l'équateur - mais, comme je l'ai déjà dit, la composante verticale est de toute façon sans importance.) Ce qui est généralement fait avec cette expression pour l'accélération de Coriolis est d'extraire le 2(v omega sin phi) et appelez-la la Paramètre de Coriolis, noté (f).

Enfin, je veux m'assurer que vous ne confondez pas les effets séparés de l'accélération centripète et de l'accélération de Coriolis, qui affectent tous deux le mouvement des corps à la surface de la Terre tel qu'il est vu par un observateur sur Terre. L'accélération centripète affecte tous les corps dans et sur la Terre, qu'ils soient immobiles ou en mouvement. Pour révéler son effet, retournez à votre platine et placez-y une grande casserole d'eau peu profonde. Vous savez ce qui se passe lorsque la table est tournée : l'eau s'accumule contre le côté extérieur de la casserole, et la surface de l'eau inclinée vers l'intérieur crée une composante horizontale de la force de gravité qui contrebalance la force centrifuge vers l'extérieur. Une fois le réglage initial de la pente de la surface de l'eau effectué, la force centrifuge n'a plus d'effet direct sur le mouvement de l'eau par rapport à un observateur monté sur le plateau tournant. (Les lacs et les océans sur Terre s'ajustent de la même manière, tout comme la Terre solide elle-même. C'est la raison pour laquelle la Terre est un sphéroïde aplati, avec un diamètre équatorial plus grand que le diamètre pôle à pôle, plutôt qu'une sphère.) Parce que la vitesse de l'eau par rapport aux limites du bac est nulle, il n'y a pas d'accélération de Coriolis.

Maintenant, déplacez votre main dans l'eau pour produire un léger courant à l'intérieur de l'eau dans la casserole. Bien sûr, le modèle d'écoulement sera modifié par la friction et finira par disparaître, mais pendant que l'eau se déplace, elle subit l'accélération de Coriolis, et la configuration du courant est plus ou moins fortement affectée, en fonction de la vitesse de l'eau et de la vitesse de rotation du plateau tournant. Ce sont ces effets dans l'atmosphère et les océans que nous allons étudier dans la suite de ce chapitre.


7.2 : L'effet Coriolis à la surface de la Terre - Géosciences

La deuxième loi du mouvement de Newton (l'équation du mouvement) peut être reformulée de la manière suivante : un objet se déplaçant à une certaine vitesse, continuera à se déplacer en ligne droite à cette vitesse, pour toujours, à moins qu'il n'agisse sur une autre force ou combinaison de les forces. Nous avons déjà observé l'une de ces forces, la force de gradient de pression. Si la force du gradient de pression était la seule force qui affectait le mouvement de l'air, alors toutes les parcelles d'air se déplaceraient à angle droit par rapport aux isobares (ou aux contours de hauteur. l'"équivalent" des isobares si la coordonnée verticale est la pression et non la hauteur).

Nous avons déjà observé sur la carte météorologique du niveau de la mer que bien que l'air dérive effectivement à travers les isobares des hautes aux basses pressions, il ne se déplace pas perpendiculairement aux isobares, mais en spirale par rapport aux centres de pression. De plus, nous notons maintenant que le mouvement de l'air dans "l'atmosphère libre" (la partie de l'atmosphère non affectée par le frottement) a tendance à être parallèle aux isobares ou aux contours de hauteur.

Comment se peut-il? Selon la deuxième loi du mouvement de Newton, le mouvement de l'air par rapport aux isobares sur une terre en rotation doit être expliqué par des forces. Il est clair qu'il doit y avoir une "force" supplémentaire. Cette force supplémentaire est celle due à Coriolis.

Accélération de Coriolis en coordonnées naturelles =

2 X (Vitesse angulaire de la Terre) X Vitesse du vent X sinus de la latitude

Vitesse angulaire de la Terre = 360 degrés/jour =
7,292 X 10 -5 radians s -1

Accélération de Coriolis -- une accélération subie par des objets sans frottement se déplaçant par rapport à une surface en rotation. Sur terre, l'accélération de Coriolis dévie tous les objets en mouvement sans friction vers la droite de leur trajectoire dans l'hémisphère nord, et sa magnitude varie de zéro à l'équateur à une valeur maximale au pôle Nord. L'amplitude de la déviation est supérieure à la vitesse de l'objet en mouvement. L'équation de l'accélération de Coriolis peut être utilisée pour déduire les caractéristiques d'écoulement sur n'importe quelle planète si la valeur de la rotation de cette planète particulière est substituée à celle de la terre.


La dynamique de l'effet Coriolis

Pour présenter toute l'étendue de l'effet Coriolis, la configuration suivante est utilisée : un miroir au mercure rotatif. Ce genre d'appareil est en fait utilisé en astronomie. 1 La surface d'une piscine de mercure en rotation est un miroir parabolique parfait. Chaque partie du miroir de mercure en rotation est en équilibre dynamique. Dans cet état d'équilibre dynamique, la force vers le centre est proportionnelle à la distance au centre, donc la périodicité du mouvement circulaire est la même partout où tout le mercure est en co-rotation. Un objet flottant dans le mercure est partout en équilibre dynamique, tant qu'il est en co-rotation avec le mercure. Cela fournit l'arrière-plan stable pour que l'effet Coriolis complet s'affiche.

Le premier à considérer est la situation dans laquelle un objet, disons un petit aéroglisseur, plane au-dessus de la surface du miroir. (Dans cette discussion, toute résistance de l'air, qui est de toute façon faible, n'est pas prise en compte.) L'aéroglisseur n'interagit pas avec le mercure, donc pour l'instant seul le façonner du miroir importe, pas sa rotation. Vu du point de vue du cadre inertiel, lorsque l'aéroglisseur est libéré d'une position d'arrêt près de la jante, sans propulsion, à partir de ce moment-là, l'aéroglisseur oscillera d'avant en arrière sur la surface. En raison de la forme spécifique du miroir, l'oscillation sera une oscillation harmonique. La période de l'oscillation sera la même que la période de rotation du miroir à mercure en rotation.
Il est également possible de faire osciller l'aéroglisseur dans deux directions perpendiculaires. Si la synchronisation des deux oscillations est établie avec soin, alors le mouvement résultant des deux mouvements linéaires indépendants a la forme d'une ellipse ou, dans le cas d'une symétrie complète, d'un cercle.

Considérer les trajectoires elliptiques comme des combinaisons linéaires d'oscillations harmoniques permet de voir les symétries de la physique sous-jacente et de visualiser la vitesse non constante de l'objet suivant une trajectoire elliptique.

Considérez la situation où l'aéroglisseur se déplace le long d'une trajectoire elliptique. La période de cette orbite elliptique est la même que la période du miroir de mercure en rotation. Vu du point de vue du système rotatif, l'aéroglisseur suit une petite trajectoire circulaire. Pour chaque révolution du système rotatif, l'aéroglisseur fait deux fois le tour de la petite trajectoire circulaire. Mathématiquement, cette petite trajectoire circulaire peut être obtenue en soustrayant une trajectoire circulaire concentrique à la trajectoire elliptique (avec le cercle soustrait soigneusement choisi pour obtenir la plus petite différence possible).

Interaction entre les deux systèmes

La prochaine chose à considérer est ce qui se passe lorsqu'il y a une certaine traînée, une certaine friction. Les deux systèmes impliqués sont le système inertiel et le système rotatif. Le sens de manifestation de l'inertie est déterminé par le sens de l'accélération par rapport au référentiel inertiel, qui est un référentiel non tournant. Le système rotatif est dans cet exemple particulier le miroir au mercure rotatif qui entraînera tout objet en contact avec lui. Habituellement, les manifestations d'inertie et de traînée pointent dans la même direction, mais lorsque la rotation est impliquée, elles ne le sont pas.

Lorsqu'un certain frottement entre l'aéroglisseur et le mercure s'ajoute à la dynamique de la situation, alors l'orbite elliptique sera progressivement arrondie en une orbite circulaire.

Vu du point de vue du système rotatif, ce qui était d'abord une petite trajectoire circulaire est maintenant en spirale vers l'intérieur. Il y a interaction entre les deux systèmes : la traînée du mercure change un équilibre dynamique, l'orbite elliptique, en un autre équilibre dynamique : l'orbite circulaire.

Effet tourbillons et Coriolis

Supposons qu'à un moment donné, un dispositif co-rotatif aspire du mercure, créant une zone à faible teneur en mercure. Mercure commencerait à couler vers cette zone de toutes les directions.

Le mercure qui commence initialement à s'écouler dans la direction radiale est dévié au fur et à mesure qu'il s'écoule. Si le miroir au mercure tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, le mercure qui s'écoule initialement dans la direction radiale est dévié vers la droite. Le mercure qui s'écoule initialement dans la direction tangentielle est également dévié. Le mercure qui s'écoule dans la direction tangentielle n'est plus en équilibre dynamique, sa vitesse n'est plus exactement la vitesse nécessaire à l'équilibre dynamique, donc sa distance au centre va changer, une déviation. Tout le mercure qui s'écoule le long du gradient de niveau de mercure est dévié vers la droite par rapport à sa direction initiale de mouvement. Cela modélise l'effet qui en météorologie a conduit à la formulation de la loi de Buys-Ballot.

Le mercure du miroir à mercure rotatif aura tendance à s'enrouler autour de la zone à faible niveau de mercure. Si le miroir au mercure rotatif tourne dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, le tourbillon tournera également dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. (Dans l'exemple de mouvement libre discuté ci-dessus, le mouvement de Coriolis inertiel correspond à un mouvement apparent dans le sens des aiguilles d'une montre comme on le voit dans le système de rotation.) La force de gradient de niveau de mercure dévie le mercure qui s'écoule vers le la gauche. Sans cette force de gradient de niveau de mercure, le mercure du tourbillon serait dévié vers le droite.

Si le tourbillon se contractait, la force dirigée par le centre fonctionnerait et la vitesse angulaire du tourbillon augmenterait. La friction a tendance à ralentir le tourbillon, mais tant qu'il y a une force dirigée vers le centre, la contraction du tourbillon a pour effet de maintenir la vitesse du tourbillon.

Pour un mouvement circulaire stable par rapport à un système inertiel, l'amplitude de la force centripète est donnée par : F=m<math>omega<math>v (où <math>omega<math> est la vitesse angulaire du système en rotation, et v est la vitesse de la masse par rapport à le système inertiel.)

Dans le cas du tourbillon sur le miroir à mercure en rotation, l'amplitude de la manifestation de l'inertie est déterminée par le mouvement réel, le mouvement en orbite par rapport au système inertiel. Lorsque cette force est exprimée en termes de vitesse par rapport au système en rotation, l'amplitude de la force est donnée par : F=2m<math>omega<math>v. (Où <math>omega<math> est la vitesse angulaire du système rotatif, et v est la vitesse de la masse par rapport au système rotatif.)


Écosystèmes d'upwelling

T.R. Anderson, M.I. Lucas , dans Encyclopédie de l' écologie , 2008

Circulation ascendante

L'effet Coriolis, par lequel la rotation de la Terre provoque la déviation des corps en mouvement à sa surface, signifie que les courants océaniques entraînés par le vent tournent à droite dans l'hémisphère nord et à gauche dans l'hémisphère sud. Le résultat est un écoulement horizontal à la surface de l'océan dans la couche dite d'Ekman, généralement à des dizaines de mètres de profondeur. L'upwelling se produit dans les zones où ce flux diverge, le flux ou divergence d'Ekman, de sorte que l'eau déplacée à la surface doit être remplacée par de l'eau plus profonde d'en dessous. Selon la nature de cette divergence, deux grands types de systèmes d'upwelling peuvent être distingués.

Premièrement, les systèmes d'upwelling côtier se produisent là où la couche d'Ekman est dirigée vers le large, ce qui entraîne une divergence des flux près de la côte. De tels systèmes ont tendance à se produire sur la limite orientale des bassins océaniques, les principaux exemples étant les systèmes du courant des Canaries, de Benguela, de Humboldt (Pérou) et de Californie ( Figure 1 ). Le flux d'Ekman au large dans les systèmes de courants de frontière est (EBC) est entraîné par des vents locaux vers l'équateur associés au gradient de pression entre les systèmes atmosphériques de haute pression atmosphérique quasi-stationnaires au-dessus des océans subtropicaux par rapport aux systèmes atmosphériques continentaux adjacents à basse pression. Les progressions saisonnières nord-sud de ces systèmes anticycloniques (vers les pôles au printemps et en été) entraînent une augmentation de l'upwelling et de l'apport de nutriments qui, avec une augmentation de la durée du jour et de la lumière, entraînent des changements latitudinaux de la biomasse et de la productivité du phytoplancton. L'autre système d'upwelling côtier majeur est le courant de Somalie, entraîné par les vents de mousson saisonniers de la mer d'Arabie. L'upwelling côtier est souvent renforcé par des caractéristiques topographiques telles que des caps ou des canyons où se forment des cellules d'upwelling locales.

Figure 1 . Carte globale des principaux systèmes d'upwelling. Be, Benguela Ca, Canary CC, California Current EA, Equatorial Atlantic EP, Equatorial Pacific Hu, Humboldt SC, Somali Current SO, Océan Austral.

Deuxièmement, l'upwelling se produit en haute mer, étant plus marqué là où les alizés d'est donnent lieu à une divergence d'Ekman au nord et au sud de l'équateur. La zone résultante de l'upwelling équatorial dans le Pacifique est vaste, s'étendant vers l'ouest depuis la côte de l'Amérique du Sud jusqu'au-delà de la ligne de date internationale. Une plus petite ceinture d'upwelling se produit dans l'Atlantique équatorial. Dans l'océan Austral, le courant circumpolaire antarctique contient une autre région d'upwelling zonale, la plus vigoureuse entre 50 ° et 60 ° S, entraînée par le flux d'Ekman du nord généré par les vents d'ouest dominants les plus forts aux latitudes 40 à 50.


Chapitre 4 : Section 1 - Configurations globales des vents et conditions météorologiques

Dans cette section, vous trouverez des documents qui soutiennent la mise en œuvre de EarthComm, Section 1 : Modèles mondiaux des vents et conditions météorologiques.

Résultats d'apprentissage

  • Analyser les données sur des cartes du monde pour identifier les modèles de rayonnement solaire entrant, la plage de température de l'air et la pression atmosphérique à la surface de la Terre.
  • Utiliser un modèle pour expliquer les facteurs qui affectent le mouvement global de l'air dans l'atmosphère terrestre.
  • Obtenir l'information sur les ceintures de vent mondiales et les modèles de circulation dans l'atmosphère terrestre.

En savoir plus

  1. Pour en savoir plus sur le satellite Aura, visitez les sites Web suivants :

ChemMatters : Qu'est-ce qu'AURA a de si spécial ? Nasa
Le chercheur parle de certaines des questions auxquelles AURA aidera à répondre.

Aura de la NASA : qu'y a-t-il à bord ?, Nasa
Description de l'engin spatial et des instruments.

Aura de la NASA : un nouvel œil pour un air pur, Nasa
Fournit un contexte de base pour certains des objectifs de la mission.

Ressources

Pour en savoir plus sur ce sujet, visitez les sites Web suivants :

Pression et vent

Origine du vent, NOAA
Apprenez comment, en météorologie, le vent est considéré en termes de vitesse et de direction horizontales.

Qu'est-ce que le vent ?, NOAA
La définition utilisée ici fournit une bonne explication des forces qui produisent le vent.

Vent, Fenêtres sur l'univers NESTA
Décrit les facteurs qui créent différentes pressions dans l'atmosphère qui créent les vents autour du globe.

Configurations globales des vents

Modèles mondiaux de vent, Nasa
Un portrait d'une simulation montrant la configuration globale des vents.

Visualisation de la configuration globale des vents, Nasa
Simulation compilée à partir d'une série d'animations montrant la configuration globale des vents à deux niveaux différents dans l'atmosphère.

Circulation mondiale, NOAA
Examine les modèles de circulation atmosphérique mondiale et leur influence sur le climat et la météo.

Alizés, NOAA
Explique la formation, le mouvement et le couplage des alizés de la Terre avec les océans.

Effet de Coriolis

Effet de Coriolis, NOAA
Examine l'impact de l'effet Coriolis sur le mouvement de l'air entre l'équateur et les pôles terrestres.

Effet Coriolis - Vents et Océans, NOAA
Un diagramme important montrant l'effet Coriolis.

Effet Coriolis - la Physique, Université d'État de l'Ohio.
Fournit une explication de la physique détaillée nécessaire pour comprendre et expliquer l'effet Coriolis.

Le courant-jet, NOAA
Décrit les facteurs qui provoquent la circulation de l'air dans les courants-jets de la Terre.

Pourquoi le Jet Stream erre-t-il ?, Scientifique américain
L'article décrit à la fois les causes du flux et pourquoi son chemin change au fil du temps.

Visualisation du modèle Polar Jet Steam, Nasa
Simulation compilée à partir d'une série d'animaux montrant les creux et les crêtes du courant-jet polaire.


Ingénierie offshore

L'effet Coriolis est l'effet le plus important en océanographie physique. La force de Coriolis est une force fictive qui existe dans tous les systèmes de référence tournants. La deuxième loi de Newton dans un système de référence rotationnel est :

En raison de la rotation lente de la Terre (T=24 h, =7,27x10 -5 rad/s), la force de Coriolis est très faible. L'effet de Coriolis est perceptible dans les phénomènes à grande échelle et de longue durée tels que l'écoulement à grande échelle du vent et des courants océaniques. De tels mouvements sont contraints par la surface de la terre, de sorte que seule la composante horizontale de la force de Coriolis est importante.

Effet de Coriolis est le phénomène où le courant et le vent sont déviés lorsqu'ils traversent ou au-dessus de la surface de la terre.

Hémisphère nord : Déviation vers la droite → rotation dans le sens antihoraire

Hémisphère sud : Dévié vers la gauche → tourner dans le sens des aiguilles d'une montre

Une explication plus intuitive de l'effet Coriolis : un objet qui est découplé de la terre solide (comme l'eau de mer et l'air) se déplace sur une trajectoire déviée en raison du fait que la vitesse de rotation de la Terre est plus lente aux pôles qu'à l'équateur. L'effet Coriolis affecte les masses d'air et d'eau et régit les schémas de circulation atmosphérique et océanique.

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Noter:
- Force de Coriolis perpendiculaire au vecteur vitesse.
- La petite échelle, comme un évier dans votre maison, d'autres facteurs, tels que la forme de l'évier et la direction de la vitesse initiale de l'eau sont les facteurs importants pour la direction de l'essorage. L'effet Coriolis est tout à fait inférieur à la liste des phénomènes qui affectent ce flux.

Le plan f est un système de coordonnées cartésiennes sur lequel la force de Coriolis est supposée constante.

Dans le plan , la force de Coriolis est supposée varier linéairement avec la latitude.

Lectures complémentaires

IRI DataLibrary Plythora d'ensembles de données de la NOAA, de la NASA et de nombreuses autres sources

2. Oscillations inertielles

Oscillations inertielles (onde d'inertie) : C'est le mouvement de l'eau de l'océan où seule la force de Coriolis agit sur l'eau. Un tel mouvement peut être initié lorsque :

1. Le vent souffle sur la mer pendant une courte période

2. L'eau sort de l'embouchure d'un estuaire

Après l'initiation du mouvement, seule la force de coriolos agit sur l'eau (pas de gradient de pression hydrostatique compensatoire comme dans l'écoulement géostrophique) et la masse d'eau n'est pas en équilibre.

En général. les oscillations inertielles ne sont possibles que lorsqu'un fluide est en rotation et que l'oscillation est dans la masse du fluide, pas à sa surface. D'après les équations, on peut voir que la période d'oscillation est déterminée par la latitude.


7.2 : L'effet Coriolis à la surface de la Terre - Géosciences

M. Zimmerman : « mais il est resté fort dans le sens des aiguilles d'une montre. »
Si cela se résume à l'effet Coriolis, vous devriez être dans l'hémisphère sud.

Lorsque je fais l'expérience dans mon évier, j'utilise le robinet froid qui est le robinet de droite, le robinet lui-même crée un mouvement dans l'évier dans le sens des aiguilles d'une montre, lorsque je le remue dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, j'ai tendance à remuer près du centre de l'évier – autour du bouchon. Il est possible qu'il y ait deux vortex qui se produisent à la fois, un extérieur dans le sens des aiguilles d'une montre et un intérieur dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, l'eau commence à descendre dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, mais le vortex extérieur dans le sens des aiguilles d'une montre commence à avoir un effet et le vortex s'affaiblit.

J'avais besoin de réexaminer la trajectoire de la balle et d'avoir la meilleure explication pour mon esprit.

L'effet Coriolis est basé sur la vitesse de surface différentielle. La surface est la terre. A Rodeo NM, nous sommes à environ 31 degrés de latitude. En utilisant le calculateur (http://www.easysurf.cc/circle.htm#cetol1) nous avons une vitesse de 892,59 mi/h.

Mon copain qui tire à 1 mile a un temps de balle de 3 secondes. Les données suivantes donnent un Coriolis “drift” de 2,3 pouces par seconde de “hang time” ou 6,9″ à l'est de l'endroit où il a visé. Ces données ont été générées en utilisant la différence de vitesse de surface calculée avec le lien ci-dessus. L'entrée du bas est pour un coup de canon à 25 miles. On voit qu'au fur et à mesure que la distance augmente, le Coriolis devient important. Considérez l'obusier qui tire plusieurs coups (3 je crois) et atteint une cible simultanément avec les trois en variant l'arc. Puisqu'il existe un décalage temporel important entre les tirs (temps de rechargement) et la grande distance, Coriolis est un facteur important.

Yards Miles Différentiel mi/h pouce/sec
1000 0.57 0.08 1.4
1760 1.00 0.13 2.3
2000 1.14 0.15 2.6
44000 25.00 3.39 59.7

L'estimation du vent pour mon copain est un facteur plus important. La correction pour chaque mi/h l'emporte sur le Coriolis. Maintenant, il est très bon en dérive, tirant des groupes de 2,5 à 3,5 pouces à 1000 mètres en compétition avec son 50 cal.

Pour l'expérience interne de Bob, il existe d'autres faits qui l'emportent sur tout Coriolis. Une légère entaille dans l'appareil de vidange pourrait avoir un effet dramatique.

La différence de latitude dans un puits (d'un côté à l'autre) est supérieure à six ordres de grandeur de moins que le tir de 1000 mètres, donc celui qui a proposé un million de décalage horaire a raison.

Maintenant, cela n'éclaircira probablement pas les choses pour vous, mais c'est le cas pour moi.

Robert Zimmerman a écrit : “Lorsque vous vidangez votre baignoire, il me semble que l'eau tourne toujours dans le même sens.

C'est sans aucun doute vrai pour la raison que Phill O a dit. “Une légère entaille dans l'appareil de vidange pourrait avoir un effet dramatique.” If the sink, tub, toilet, children’s pool, or whatever is not installed level, then that can have a similar effect as a dent or uneven surface. Since the imperfection is the same every time the apparatus drains, we should expect the same results most times.

For the equatorial video, the water starts with enough motion to guarantee the desired result despite any flaws in the tub that is used. The Coriolis effect a few feet north or south of the equator is virtually zero.

This is another case in which size matters. Even at Tucson, 32 degrees north latitude, the difference in speed of the southern side of a two foot sink is almost the same as the northern side. Phill O shows that at 1000 yards at a similar latitude gives a speed difference of only 1.4 inches per second (I have not checked the math). For a mere two feet, a similar speed difference would be around 0.001 inch per second (1.4 inches per sec X (2 feet/3000 feet)).

From Matt in AZ’s video, Derick’s 5 foot wide kiddy pool has a better chance of showing the effect (about 0.002 inch/sec), but it could also just be luck that it just barely and almost invisibly swirled in the correct direction (notice that he unplugs the pool in a way that induces extremely little disturbance). A test of his apparatus could be done by taking it down and setting it up multiple times in order to see if there is consistency. As with the hurricane, the center swirl in the pool becomes far more exaggerated than the initial speed of the water, for reasons similar to those Andrew_W described with the ice skater example.

Max wrote: “the Coriolis force affect on the pendulum mentioned is to move that pendulum 360° with one revolution of the planet.”

This observation would only be made at the poles, but would not be due to the Coriolis effect. This effect would be countered every time the pendulum passes the pole, so what would be seen is the swing of the pendulum remaining in one direction. Let’s say it swings in line with the Pleiades, so it always swings in line with the Pleiades. There would be no rotation of the pendulum at the equator for a different reason, the Coriolis effect is zero, there.

Off of these two extremes, the pendulum will rotate over time, with a faster rotation when it is located closer to a pole, but it will take more than a day to make a complete rotation.

wayne’s video shows some dynamics equations, showing that the math can get difficult depending upon the frame of reference. For the pendulum, the frame of reference is the spinning Earth, which is why we see the constant linear motion of the pendulum at the pole as being a rotation. It is actually nous who are rotating. At the equator, the pendulum’s cable rotates with the Earth, but the direction of the ball (bob) remains aligned with the North Star (Polaris).

A more basic lesson in the Coriolis effect could be seen if we were ever to create a rotating space station, such as seen in the movie 2001: A Space Odyssey. A person, such as the movie’s Dr. Floyd, at arrival to the station at the center hub would be weightless and traveling at no speed relative to the hub. As Dr. Floyd travels down one of the spokes, he necessarily has to speed up to the speed of the ring portion, which is traveling at quite some speed relative to the hub. The Coriolis effect is the acceleration of Dr. Floyd as his distance from the center of rotation increases. The difference in speed in the rotating object (planet or space station) is what is described half way through Matt in AZ’s video. At the ring, centrifugal forces (toward the hub) would cause Dr. Floyd’s path to curve, relative to the hub and the universe, and give him the feeling of gravity.

In wayne’s video, the curved path of the ball is seen because the ball does not undergo any Coriolis acceleration and travels straight, relative to the universe, but appears curved to the person in the rotating frame of reference. The cause of the clockwise or counterclockwise rotations of hurricanes is due to the air also traveling in a (relatively) straight line as seen by a geostationary satellite (thus ignoring gravity causing it to travel in a path that curves with Earth’s surface as the planet rotates), resisting the Coriolis acceleration that would be needed in order to remain on the same longitudinal line on the Earth. This is also what should be causing the swirl in the kiddy pool.

For the air, there is little in the way of structure that would force the molecules to conform to a straight ground track, so from an Earth-fixed observer the air appears to curve, an effect similar to the ball. Dr. Floyd, however, has the structure of the space station’s spoke to accelerate him, otherwise he would be traveling at zero speed when he reached the ring, and the collision would end badly for Dr. Floyd.


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32 Cards in this Set

The Foucault pendulum and the Coriolis effect both provide evidence of Earth's ________.

Which characteristic of the planets in our solar system increases as the distance from the Sun increases?

According to astronomers, the age of the universe is estimated to be ______________.

Light from distant galaxies most likely shows a.

1) red shift, indicating that the universe is expanding

2) red shift, indicating that the universe is contracting

3) blue shift, indicating that the universe is expanding

4) blue shift, indicating that the universe is contracting

1) red shift, indicating that the universe is expanding

Which weather instrument is most useful in measuring relative humidity?

Equal areas of which type of Earth surface will absorb more insolation and radiate more energy back toward space in the same amount of time?

1) light colored and rough

3) light colored and smooth

4) dark colored and smooth

In which region of the electromagnetic spectrum is most of Earth's outgoing terrestrial radiation?

Which statement best describes the monsoon winds during the rainy season in India?

1) Warm, moist air flows from India to the Indian Ocean.

2) Warm, moist air flows from the Indian Ocean to India.

3) Cold, dry air flows from India to the Indian Ocean.

4) Cold, dry air flows from the Indian Ocean to India.

2) Warm, moist air flows from the Indian Ocean to India.

Most scientists infer that the increasing levels of carbon dioxide in Earth's atmosphere are contributing to.

1) decreased thickness of the troposphere

3) increased absorption of ultraviolet radiation

4) increased global temperatures

4) increased global temperatures

A volcanic ash layer between sedimentary rock layers is used by geologists to.

1) determine Earth's absolute age

3) locate an earthquake epicenter

4) correlate widely separated rock formations

4) correlate widely separated rock formations

Examination of the fossil record shows a general tendency of organisms to become increasingly more complex through geologic time. This finding supports the theory that living things have undergone.

Which evidence recorded at seismic stations following an earthquake supports the inference that Earth's interior changes from solid rock to molten iron and nickel at the mantle-core boundary?

1) P-waves arrive earlier than S-waves.

2) P-waves and S-waves are both recorded at all stations.

3) Only S-waves are recorded at all stations.

4) Only P-waves are recorded on the opposite side of Earth.

4) Only P-waves are recorded on the opposite side of Earth.

Which motion occurs at a rate of approximately one degree per day?

1) the Moon revolving around Earth

2) the Moon rotating on its axis

3) Earth revolving around the Sun

4) Earth rotating on its axis

3) Earth revolving around the Sun

If the tilt of Earth's axis were increased from 23.5 degrees to 30 degrees, summers in New York State would become.

1) cooler, and winters would become cooler

2) cooler, and winters would become warmer

3) warmer, and winters would become cooler

4) warmer, and winters would become warmer

3) warmer, and winters would become cooler

Which object in space emits light because it releases energy produced by nuclear fusion?

Since Denver's longitude is 105 degrees West and Utica's longitude is 75 degrees West, sunrise in Denver occurs.

When snow cover on the land melts, the water will most likely become surface runoff if the land surface is.

Which area is the most common source region for cold, dry air masses that move over New York State?

Earth's magnetic field has reversed itself several times during the past. This pattern of magnetic reversal is best preserved in.

1) metamorphic bedrock in mountain ranges

2) bedrock with fossils containing radioactive carbon-14

3) layers of sedimentary bedrock of the Grand Canyon

4) igneous bedrock of the oceanic crust

4) igneous bedrock of the oceanic crust

Which two features are commonly found at divergent plate boundaries?

1) mid-ocean ridges and rift valleys

2) wide valleys and deltas

3) ocean trenches and subduction zones

4) hot spots and island arcs

1) mid-ocean ridges and rift valleys

Which statement best supports the inference that most of Earth's present-day land surfaces have, at one time, been covered by water?

1) Volcanic eruptions contain large amounts of water vapor.

2) Coral reefs formed, in the past, along the edges of many continents.

3) Seafloor spreading has pulled land masses apart and pushed them together.

4) Sedimentary bedrock of marine origin covers large areas of Earth's continents.

4) Sedimentary rock of marine origin covers large areas of Earth's continents.

Which term describes the motion of most objects in our solar system?

1) noncyclic and unpredictable

2) noncyclic and predictable

3) cyclic and unpredictable

In the northern hemisphere, planetary winds are deflected to the right due to the.

4) uneven heating of Earth's surface

The natural sandblasting (abrasion) of surface bedrock in a desert region is the result of.