Силите, действащи в атмосферата и тяхното въздействие върху вятъра

Ако естеството на въздушните течения зависи само от топлинна нееднородност на повърхността и масата на въздух, въздухът ще се определя от хоризонтално движение градиент налягане и въздух е по този градиент от високо налягане до ниска. По този начин скоростта на вятъра ще бъде обратно пропорционална на разстоянието между линиите на същото налягане, т.е.. Е. Isobars. Колкото по-късо е разстоянието между isobars, толкова по-голям градиент на налягането и съответно скоростта на вятъра.

Силата на градиента на налягане. теоретични метеорология сили обикновено се отнасят за единица за маса. Следователно, за да изразят сила градиент налягане действа на теглото на единица трябва да бъде градиент величина налягане разделена на плътността на въздуха. След цифровата стойност на силата на градиент налягане (F), определена от израза:

където # 961; - плътност на въздуха, г # 961 / DN - градиент налягане.

Под влияние на силата на градиент налягане (градиент налягане) вятър случи. Това означава, че ако някои част на излишък от масата на въздуха (високо налягане), а след това трябва да се извършва в региона на изтичане с недостиг на въздух (ниско налягане). Това е по-силен отлив по-голяма е разликата в налягането.

Така, основната движеща сила за появата на движение на въздуха е градиента на налягане. Ако частиците във въздуха използват само сила на натиск градиент, движението се извършва за тях е винаги в посоката на градиента, като вода поток от по-високо ниво на ниско ниво. Тъй като това не е наистина се случва.

В мащабни процеси за основната причина за възникване на термични въздушни течения присъединява към действието на редица други фактори, които значително усложняват атмосферната циркулация. Поради това, както на мусоните и interlatitudinal циркулация, причинени от действията на редица сили и водовъртеж характера на циркулацията на въздуха, то се извършва много по-сложно.

Силата на накланяне на въртенето на Земята. Промяна на посоката и скоростта на въздушните течения, причинени главно от въртенето на Земята силата деформация, или както често се нарича това, силата на Кориолис. Появата на тази сила се дължи на въртенето на Земята около оста й. Под действието на Кориолис сили вятър не духа заедно градиент на налягането, което е от високо към ниско налягане и се отклонява от тях, в северното полукълбо надясно в южното полукълбо - .. В ляво.

Диаграмата (фиг. 29а) илюстрира как отклоняваща сила на въртене ефект на Земята на промяната в посоката на въздушния поток, заедно градиент на налягане, което започва с постепенно увеличаване на скоростта. Влиянието на други сили не се счита тук.

Да предположим, че по силата на въздушна възглавница частица градиент налягане (означен с кръг) започва да се измести в посока на градиент (Т). В първия момент, веднага след като скорост V 1 има ускорение отклоняващата сила на въртене на Земята А1 и се насочва перпендикулярна на право по отношение на скорост V 1. Под влияние на ускорението на частицата не се движи по протежение на градиент, и се отклонява надясно; на следващо миг скорост на въздушните частици става равна на V 2. Въпреки това, с тази Кориолис промени сила, за да А2. Под влияние на ротационен скоростта на ускоряване на въздуха частици се променя, става равна на V 3. Не бавно промяна и силата на Кориолис, и така нататък. D. В резултат сила налягане и отклоняващата сила на въртене на Земята са балансирани и движението на въздушните частици се случва по isobars. Кориолис сила се увеличава с скоростта на частиците и ширина. Тя се изчислява по формулата:

където # 969; - ъгловата скорост, # 966; - географска ширина, V - скоростта.

Ускоряване на процеса на предварително напрягане на въртене се измерва стойностите на Земята от нула на екватора и 2 # 969; V на полюса.

Geostrophic вятър. Най-простият вид движение е праволинейно и равномерно движение без триене. В метеорологията, той се нарича geostrophic вятър. Въпреки това, подобно действие може да бъде толерирано само на теория. Когато geostrophic вятър предполага, че освен сила градиент (F), а направляващите земни въртене сила действа върху въздуха (А). При движение е еднакъв, тогава двете от тези сили, действащи в противоположни посоки са балансирани и geostrophic вятъра насочена по isobars (фиг. 29Ь). В този случай, че ниското налягане в северното полукълбо е от лявата страна в южното полукълбо - отдясно.

В равновесие, градиент сила на натиск и отклоняваща сила на въртене на земята, тяхната сума е нула. Това се изразява чрез следната зависимост:

където ние откриваме, че geostrophic скоростта на вятъра

От това следва, че geostrophic скоростта на вятъра е пряко пропорционална на степента на градиента на хоризонтална налягане. Следователно, по-дебели isobars налягане на карти, толкова по-силна вятъра. Въпреки, че почти не чисто geostrophic вятър наблюдава при действителните условия на атмосферата, но наблюденията показват, че при около 1 км или повече движение на въздуха се появява приблизително по isobars, с малки отклонения, предизвикани от други причини. Ето защо, в практическа работа, вместо на действителното използване на вятъра и geostrophic вятъра. Освен сила на градиента на налягане и силата на Кориолис, в качеството на движението на въздуха триене сила и центробежната сила.

Силата на триене. Силата на триене е винаги насочени в посока, противоположна на движението, и е пропорционална на скоростта. Това е, намаляване на скоростта на въздушния поток ги отклонява наляво от isobars и движението не е по isobars и под ъгъл към него, от високо налягане до ниска. Чрез смесването на турбулентен въздушен триене ефект се предава към горните слоеве, до около 1 км над земната повърхност.

Ефектът на триене от посоката и скоростта на въздушния поток е показано на диаграмата (фиг. 30а). Диаграмата показва областта на налягането и потока въздух под силата на градиента на налягане, отклоняващата сила на земята и ротационно триене. Под действието на Кориолис движение сила въздух не се извършва по градиент G под налягане, и под прав ъгъл към него, т.е.. Е. Покрай isobars. Край на вятъра е показана чрез стрелката В, силата на триене T отхвърлено посоката на вятъра малко встрани. Силата на Кориолис е показана под прав ъгъл към действителната вятър стрелката К. Както може да се види, ъгълът между действителната силата на вятъра Т V и триенето е по-голям от 90 °, а ъгълът между В и действителната градиент сила вятър F е по-малък от 90 °. От наклона на силата е перпендикулярна на isobars, действителната вятъра се отклонява от ляво на isobars. Ъгълът поддържа от Isobar и действителната посока на вятъра, зависи от грапавост на повърхността на земята. Отклонението настъпва отляво на isobars обикновено под ъгъл 20-30 °. Над земята триене е по-голяма от морето, на повърхността на триене най-голямо влияние, и то намалява с височината. На около 1 км на силата на триене е почти спира.

Центробежната сила. Ако извити isobars, т.е.. Е. има, например, елипса или кръг, движението на

въздух упражнява центробежна сила. Това инерционна сила, която е насочена от центъра към периферията по радиуса на кривината на пътя на движение на въздуха. Под влияние на центробежната сила (при липса на триене) движение се появява на isobars. В присъствието на вятър триене при ъгъл на isobars в страната с ниско налягане. Големината на центробежната сила се определя от уравнението

където V - скорост на въздух (скорост на вятъра), R - радиусът на кривината на траекторията.

Ако приемем, че въздушният поток се появява по периферията, скоростта му във всяка точка на траекторията е насочено по допирателната към кръг (фиг. 30, В и С). Както може да се види от тази схема, силата на Кориолис (А), насочени (в северното полукълбо) под прав ъгъл спрямо радиуса на правото на скоростта на вятъра (V). Центробежна сила (G), насочени от центъра на циклона и анти-циклона към периферията него, и силата на градиент (F) балансира геометрична сумата от първите две сили и лежи върху радиуса на окръжността. И трите сили са в този случай, свързан с уравнението

където R - радиусът на кривината на isobars.

От това уравнение следва, че вятърът е насочена перпендикулярно на градиента на налягане. Това е специален случай на вятъра в кръглите isobars в системата на циклон. Това се нарича вятър градиента.

В северното полукълбо циклон система (. Фигура 31, б) сила на натиск градиент е насочен към центъра и центробежната сила и силата на Кориолис, тя балансиране - в обратна посока. (. Фигура 30в) В случай на антициклон, силата на Кориолис е насочено към центъра и центробежната сила и силата на градиент налягане - в обратна посока и баланс първия.

Уравнението на градиент вятъра в случай на антициклон е както следва:

В южното полукълбо, където въртене изместващата сила на Земята към отляво от скоростта на въздуха, вятъра градиент отклонява вляво от градиента на налягане. Ето защо, в южното полукълбо вятърът в циклона е насочено по часовниковата стрелка и антициклон - обратно на часовниковата стрелка.

Независимо от силата на триене, т.е.. E. по-голямо от 1 km, подходи за посока на вятъра и градиента на скоростта. Разликата между действителното и градиент вятъра е обикновено малка. Въпреки това, тези малки отклонения от действителното градиент вятър играе важна роля в промените на атмосферно налягане.

Атмосферното налягане се определя от неговата маса в областта на атмосферното колона напречно сечение, равно на единица. Когато неравномерно движение на въздуха в резултат на промени в своите термични свойства и прилаганите сили се намалява или увеличава масата на въздуха в колоната и по този начин намаляване или увеличаване на атмосферно налягане.

Основен фактор в областта на изменение на налягането (област налягане) е отклонението от действителната градиент на вятъра (на височина). Когато посоката и скоростта на вятъра отговаря на действителната градиент, има увеличение или намаляване на въздушната маса и изменение на налягането може да възникне и разработване на атмосферни вихри - (. Виж по-долу) циклони и антициклони.

Вятър отклонение важно в областта на сближаване на въздушния поток в тропосферата п в голямата кривина на движещи се въздушни потоци.

Полето за налягане. Структурата на областта под налягане или поле налягане атмосферата е доста разнообразен. В нетропическите ширини близо до земята и на височини винаги е възможно да се открият големи или малки в сравнение с размера на циклони и антициклони, корита, хребети, седла.

Циклони - това е най-големите атмосферни вихри, с ниско налягане в центъра. Движението на въздуха в системата им е обратно на часовниковата стрелка в северното полукълбо. Антициклони - вихри с високо налягане в центъра. Движението на въздуха в системата си в северното полукълбо е по часовниковата стрелка.

В южното полукълбо, и в двете системи, циркулация на въздуха е обърната, т.е. циклона ветрове посока на часовниковата стрелка и антициклон - .. Обратно на часовниковата стрелка. Гребен - се удължава от част антициклон централната част на високо налягане с анти-система от циклонен обращение. Корито - се удължава от централната част на циклона с площ налягане система с ниски циклоничен обращение. Седловина - форма на релефа в налягането между двете циклони и две антициклоните разположени на кръст.

Фигура 31 показва областта на налягане на повърхността със системата на вятъра. Освен двете циклоните и два върхове, тук представена корита, гребени и седло. Посока на вятъра е показано чрез стрелките, скоростта - оперение. Колкото по-голямо разстоянието между isobars, толкова по-ниска скорост на вятъра и по-малко развлакняване. Това изображение isobars и вятър, изработени от метеорологичните карти (вж. По-долу).

Структурата на полето за натиск върху земното кълбо разнообразна и сложна. Ето защо, когато въздухът преминава режим е различен през зимата и лятото, на повърхността и на височина над континентите и над океаните, да не говорим за голям променливостта в средните и високите ширини от ден на ден. Обикновено средните карти месечно налягане и преобладаващия вятър се показват само при прехвърлянето на въздушната маса за един месец и крият много интересни характеристики атмосферни процеси са открити на ежедневни метеорологични карти.