Forțele care acționează în atmosferă și impactul acestora asupra vântului

Dacă natura curenților de aer depind numai de neomogenitatea termică a suprafeței și masa de aer, aerul va fi determinată de gradientul de presiune și a aerului mișcarea orizontală este de-a lungul acestui gradient de presiune înaltă la joasă. Astfel, viteza vântului ar fi invers proporțională cu distanța dintre liniile de aceeași presiune, adică. E. Isobars. Este mai scurtă distanța dintre isobars, cu atât mai mare gradientul de presiune, și în consecință viteza vântului.

Rezistența gradientul de presiune. Forțele meteorologie teoretice se referă de obicei la unitatea de masă. Prin urmare, pentru a exprima forța de gradient de presiune care acționează pe unitatea de greutate ar trebui să fie o presiune magnitudine de gradient împărțit la densitatea aerului. Apoi, valoarea numerică a forței gradient de presiune (F) definit prin expresia:

unde # 961; - densitatea aerului, d # 961; / dn - gradient de presiune.

Sub influența forței gradient de presiune (gradient de presiune) a vântului are loc. Acest lucru înseamnă că, în cazul în care o parte a unui exces de masa de aer (presiune înaltă), atunci ar trebui să apară în zona de evacuare, cu o lipsă de aer (presiune joasă). Această ieșire este mai puternic cu atât mai mare diferența de presiune.

Astfel, principala forță motrice pentru apariția mișcării aerului este gradientul de presiune. Dacă particulele din aer acționat numai forța gradient de presiune, mișcarea a fost făcută pentru ei este întotdeauna în direcția gradientului, cum ar fi fluxul de apă de la un nivel superior la un nivel inferior. Așa cum acest lucru nu se întâmplă cu adevărat.

În procesele la scară largă pentru cauza principală a apariției curenților de aer termice se alătură acțiunii unui număr de alți factori care complică considerabil circulatia atmosferica. Prin urmare, ca musonice și circulația interlatitudinal cauzate de acțiunile unui număr de forțe și natura vortex a circulației atmosferice, se realizează mult mai complicată.

Polarizarea forța de rotație a Pământului. Schimbarea direcției și vitezei curenților de aer cauzate în primul rând de rotația Pământului forța de deformare, sau ca de obicei se face referire la acesta, forța Coriolis. Apariția acestei forțe din cauza rotației Pământului în jurul axei sale. Sub acțiunea forțelor Coriolis vântului nu suflă de-a lungul unui gradient de presiune, care este, de la mare la joasă presiune, și se abate de acestea, în emisfera nordică spre dreapta în emisfera sudică - .. La stânga.

Diagrama (Fig. 29a) ilustrează modul în care forța de deviere a efectului rotației Pământului asupra schimbării în direcția fluxului de aer, de-a lungul unui gradient de presiune care a început cu o viteză crește treptat. Influența altor forțe nu este considerată aici.

Să presupunem că sub forța particulei airbag gradient de presiune (notat cu un cerc) începe să se schimbe în direcția gradientului (T). În prima clipă, imediat ce viteza V 1 există accelerare forța de presare a rotației Pământului A1 și dirijată perpendicular pe dreapta în raport cu viteza V 1. Sub influența accelerației particulei nu se mișcă de-a lungul gradientului, și este deviat spre dreapta; la o viteză instantanee ulterioară a particulelor de aer devine egal cu V 2. Cu toate acestea, cu această Coriolis modificări forță la A2. Sub influența vitezei accelerației de rotație a particulei de aer se schimba, devenind egal cu V 3. Nici o schimbare lentă și forța Coriolis, și așa mai departe. D. Ca urmare, forța de presiune și forța de împingere a rotației Pământului sunt echilibrate și mișcarea particulelor de aer se produce de-a lungul isobars. creste forta Coriolis cu viteza particulelor și latitudinea. Acesta este dat de:

unde # 969; - viteza unghiulară, # 966; - latitudine, V - viteza.

Accelerarea forța de presare a valorilor măsurate de rotație a Pământului de la zero la ecuator și 2 # 969; V pe stâlp.

vânt Geostrophic. Cel mai simplu tip de mișcare rectilinie și mișcare uniformă, fără frecare. In meteorologie, se numește vânt geostrophic. Cu toate acestea, o astfel de mișcare poate fi tolerată numai în teorie. Când aerul geostrophic presupus că, în afară de gradientul forței (F), un deflector Pământ forță de rotație acționează asupra aerului (A). Când mișcarea este uniformă, atunci ambele aceste forțe care acționează în direcții opuse sunt echilibrate, iar vântul geostrophic direcționat de-a lungul isobars (Fig. 29b). În acest caz, presiunea scăzută în emisfera nordică este pe stânga în emisfera sudică - dreapta.

La echilibru, forța de gradient de presiune și forța de deviere a rotației Pământului, suma lor este zero. Acest lucru este exprimat prin următoarea relație:

în cazul în care se constată că viteza vântului geostrophic

Rezultă că viteza vântului geostrophic este direct proporțională cu mărimea gradientului de presiune orizontală. Prin urmare, isobars presiune mai groase pe hărți, mai puternic vântul. Deși vânt pur geostrophic aproape nu au fost observate în condițiile reale ale atmosferei, dar observații arată că la aproximativ 1 km sau mai mult de circulație a aerului are loc aproximativ de-a lungul isobars, cu mici abateri cauzate de alte motive. Prin urmare, în activitatea practică în loc de utilizarea efectivă a vântului și vântul geostrophic. Mai mult decât atât forța gradientului de presiune și forța Coriolis, acționând asupra mișcării forței de frecare a aerului și forța centrifugă.

Forța de frecare. Forța de frecare este întotdeauna îndreptată în direcția opusă mișcării, și este proporțională cu viteza. Este, reducerea vitezei fluxului de aer le deviază spre stânga de isobars, iar mișcarea nu este de-a lungul isobars, și la un unghi la acesta, de la presiune înaltă la joasă. Prin amestecarea turbulentă a efectului de frecare a aerului se transmite la straturile superioare, la aproximativ 1 km deasupra suprafeței pământului.

Efectul de frecare pe direcția și viteza debitului de aer este prezentată în diagrama (fig. 30a). Diagrama arată câmpul de presiune și debitul de aer sub forța gradientului de presiune, forța de deplasare a pământului și frecarea de rotație. Sub acțiunea forței Coriolis mișcării aerului nu are loc de-a lungul gradientului de presiune G, și la un unghi drept la acesta, adică. E. De-a lungul isobars. reală a vântului este indicată de săgeata B, forța de frecare T a respins direcția vântului oarecum lateral. Forța Coriolis este prezentată în unghi drept față de săgeată reală a vântului K. După cum se poate observa, unghiul dintre real T V forța vântului, iar frecarea este mai mare de 90 °, iar unghiul dintre B și forța de gradient de presiune reală a vântului F este mai mic de 90 °. Deoarece gradientul forței este perpendiculară pe isobars, vântul real este deviat spre stânga a isobars. Unghiul menținut de izobata și direcția reală a vântului, depinde de rugozitatea suprafeței pământului. Abaterea apare la stanga isobars, de obicei, la un unghi de 20-30 °. De-a lungul terenului de frecare este mai mare decât mare, la frecarea suprafeței de a influența cea mai mare, și scade cu înălțimea. La aproximativ 1 km forța de frecare este aproape opri.

Forța centrifugă. Dacă isobars curbate, adică. E. Au, de exemplu, o elipsă sau un cerc, mișcarea

aer exercită o forță centrifugă. Această forță de inerție care este îndreptată dinspre centru spre periferie de-a lungul razei de curbură a căii de circulație a aerului. Sub influența forței centrifuge (în absența frecării) deplasarea are loc pe isobars. În prezența frecării vântului la un anumit unghi față de isobars în partea de joasă presiune. Mărimea forței centrifuge este determinată din ecuația

unde V - viteză a aerului (viteza vântului), r - raza de curbură a traiectoriei sale.

Presupunând că fluxul de aer are loc de-a lungul circumferinței, viteza sa, în orice punct al traiectoriei este direcționat de-a lungul tangenta la cercul (Fig. 30, b și c). După cum se poate observa din această schemă, forța Coriolis (A) direcționată (în emisfera nordică) la unghiuri drepte față de raza la dreapta vitezei vântului (V). Forța centrifugă (G) îndreptate departe de centrul ciclonului și anti-ciclon la periferia acestuia, iar forța de gradient (F) echilibrează suma geometrică a primelor două forțe și se află pe raza cercului. Toate cele trei forțe sunt, în acest caz, conectate prin ecuația

unde r - raza de curbură a isobars.

Din această ecuație rezultă că vântul este îndreptată perpendicular pe gradientul de presiune. Acesta este un caz special al vântului la isobars circulare în sistem ciclon. Acest vânt se numește gradientul.

În sistemul emisfera nordică ciclon (. Figura 31, b) forța de gradient de presiune este îndreptată spre centru, iar forța centrifugă și forța Coriolis, echilibrând-l - în direcția opusă. (. Figura 30c) În cazul unui anticiclon, forța Coriolis este îndreptată spre centru, iar forța centrifugă și forța de gradient de presiune - în direcția opusă și echilibrul întâi.

Ecuația vântului gradientului în cazul unui anticiclon este după cum urmează:

În emisfera sudică, unde forța de polarizare de rotație a Pământului spre stânga de viteză a aerului, gradient de vânt deviază spre stânga de la gradientul de presiune. Prin urmare, în emisfera sudică vânt în ciclon este îndreptată în sens orar și anticiclon - invers acelor de ceasornic.

Indiferent de forța de frecare, adică. E. mai mare de 1 km, direcția vântului și gradientul vitezei abordări. Diferența dintre real și vântul gradientul este de obicei mic. Cu toate acestea, aceste mici abateri de la gradientul reală a vântului joacă un rol important în schimbările de presiune atmosferică.

Presiunea aerului este determinată de masa sa în zona atmosferică secțiune coloană transversală egală cu unitatea. Când mișcarea neuniformă a aerului datorită modificărilor proprietăților termice și a forțelor aplicate este scăzută sau masa aerului a crescut în coloana, ducând astfel la scăderea sau creșterea presiunii atmosferice.

Un factor major în domeniul schimbării presiunii (câmp de presiune) este abaterea de gradientul reală a vântului (la înălțimi). Când direcția și viteza vântului corespund gradientului real, există o creștere sau o scădere a masei de aer și variația presiunii poate apărea și dezvolta vârtejurilor atmosferice - (. Vezi mai jos) cicloane și anticiclonale.

Vant Abatere importantă în zonele de convergență a fluxurilor de aer n troposferă la o mai mare curbura se deplasează curenții de aer.

Câmpul de presiune. Structura câmpului de presiune sau atmosferei câmpului de presiune este destul de variate. În latitudinile netropicale lângă sol cât și la altitudini întotdeauna posibil pentru a detecta relativ mari sau mici, cu dimensiunea de cicloane și anticiclonale, jgheaburi, creste, șei.

Cicloane - aceasta este cea mai mare vortexul atmosferice, cu presiune scăzută în centru. Mișcarea aerului în sistemul lor este invers acelor de ceasornic, în emisfera nordică. Anticiclonale - vortexuri cu presiune ridicată în centru. Mișcarea aerului în sistemul lor în emisfera nordică este sensul acelor de ceasornic.

În emisfera sudică, în ambele sisteme, circulația aerului este inversată, adică vântul sufla ciclon anticiclon sensul acelor de ceasornic și - .. antiorar. Comb - se extinde din porțiunea anticiclon zona centrală de înaltă presiune cu sistem de circulație anti-ciclonică. Jgheab - se extinde din porțiunea centrală a ciclonului cu un sistem de circulație ciclonică joasă zonă de presiune. Saddle - o formă de relief de presiune între cele două cicloane și două anticiclonale dispuse transversal.

Figura 31 arată câmpul de presiune la suprafata cu sistemul eolian. Pe lângă cele două cicloane și două Preaînali, reprezentate aici jgheaburi, creste și șa. Direcția vântului arată săgețile, viteza - penajului. Cu cât mai mare distanța dintre isobars, cea mai mică viteza vântului și mai puțin penajului. Această isobars imagine și vânt realizate pe hărți meteorologice (a se vedea. De mai jos).

Structura câmpului de presiune de pe glob diverse și complexe. Prin urmare, fluxurile de aer de regim este diferit iarna si vara, la suprafață și la altitudini pe continente și peste oceane, să nu mai vorbim de o mare variabilitate în latitudinile medii și înalte de la o zi la alta. De obicei, hărțile medii lunare de presiune și vântul predominant este afișat numai în transferul masei de aer timp de o lună și ascunde multe caracteristici interesante sunt detectate procese atmosferice pe hărți meteorologice zilnice.