Главная | География | Часовой пояс | Климатические условия | Название и истоки | Смоленское княжество |

Смоленск - история, общество, экономика
Новости

Экономика

Политика

Даты

История

Общество

Личности

Культура

Производство

Смоленск - город России

Обширная информация о городе

Сегодня 24.09.2018 г.

Параграфы раздела

Статистика ресурса


Вступление

Вихри и погода

А. М. Обухов

Будет ли завтрашний день погожим, грядущая зима — суровой, последующее за ней лето — засушливым, мы хотим знать заранее, и не из праздного любопытства, а думая о будущем урожае, потребностях в топливе, да и о нашем настроении тоже. Естественно, нам нужен научно обоснованный прогноз, который никак нельзя получить без адекватного описания во многом загадочной атмосферной циркуляции

Перед наблюдателем из космоса, находящимся на достаточном удалении от Земли, ее частично покрытая облаками атмосфера предстала бы в виде системы медленно движущихся вихревых образований, которые называют циклонами или антициклонами в зависимости от направления вращения в них воздуха (рис. 1). Пристальное и длительное разглядывание позволило бы нам заметить, что размеры наиболее крупных вихрей составляют примерно одну — две десятых диаметра Земли, а их число не остается постоянным: одни вихри затухают, другие зарождаются. Характерное время жизни каждого из них порядка нескольких дней. Если сравнивать с вихреобразным движением газа (жидкости) в различных лабораторных или технических установках, придется заключить, что циклоны и антициклоны, во-первых, весьма крупномасштабные и, во-вторых, долгоживущие структуры. Они-то и определяют погоду на Земле, что нам всем в какой-то мере известно из радио- и телевизионных прогнозов погоды.

Эффективная высота атмосферы, в пределах которой сосредоточена почти вся масса земного воздуха, составляет примерно 30 км, т.е. раз в сто меньше протяженности циклона или антициклона. Следовательно, динамика атмосферы имеет дело, по существу, с тонкой пленкой, или, как говорят гидродинамики, для изучения крупномасштабной атмосферной циркуляции применима модель «мелкой воды».

Другая специфическая черта метеорологических процессов — и крупномасштабных, и не обязательно очень крупномасштабных — это медленность движений. С точки зрения аэромеханики это означает, что числа Маха (отношение скорости течения к скорости звука в среде) для относительных движений всегда малы, намного меньше единицы, а характерные периоды много больше времени распространения звука в системе. Подобные особенности присущи модели слабосжимаемой жидкости. Сказать, что воздух для метеоролога совсем несжимаемая среда, нельзя, потому что тогда мы пренебрегаем медленными изменениями плотности при конвекции, весьма существенными для энергетики такой сложной гидродинамической системы, как наша атмосфера. Однако кинематически, если иметь в виду реальные объемные деформации жидких частиц, атмосфера во многом ведет себя почти как несжимаемая жидкость. Многочисленные теоретические исследования и сопоставление их результатов с данными наблюдений показывают, что предположение о несжимаемости или слабой сжимаемости в условиях земной атмосферы действительно очень эффективно работает и позволяет значительно упростить постановку задачи о прогнозе погоды на ЭВМ.

Еще одна важная особенность состоит в том, что в отличие от обычных течений, когда жидкость (газ) движется в сторону более низкого давления, в атмосфере все происходит на первый взгляд вопреки здравому смыслу: воздух перемещается (ветер дует) вдоль изобар — линий постоянного давления, которые имеют, в общем-то, широтное направление. Это прямое следствие вращения Земли, в результате которого в системе устанавливается так называемое квазигеострофическое равновесие: перепаду давления почти противостоит отклоняющее действие сил Кориолиса (из-за них, в частности, правые берега рек в Северном полушарии размываются сильнее левых, а в Южном — наоборот).

В природе общая циркуляция поддерживается главным образом за счет разности температур между полюсом и экватором. Возникающие под ее воздействием меридиональные конвективные потоки преобразуются из-за отклоняющего действия сил Кориолиса в зональные (с широтным направлением) течения, неустойчивость которых и является одной из причин циклогенеза (рождения циклонов и антициклонов).

Поскольку сила Кориолиса направлена перпендикулярно вектору скорости ветра, нетрудно сообразить, что для соблюдения строго геострофического баланса (идеальный случай) воздух должен двигаться поперек перепада давления (такой ветер называют геострофическим), причем области низкого и высокого давления должны быть расположены соответственно слева и справа от направления потока. Так как циклоны — это вихри, в центре которых давление понижено (у антициклонов — повышено), в Северном полушарии воздух в них вращается против часовой стрелки (в антициклонах — по часовой стрелке). В Южном полушарии, наоборот, циклоны и антициклоны вращаются соответственно по часовой стрелке и против нее. Впрочем, вихри небольших размеров («циклончики») иногда имеют аномальное вращение из-за того, что у них центробежные силы существенно превышают силы Кориолиса (это невозможно для крупномасштабных движений).



11
1
ГлавнаяНовостиЭкономикаПолитикаДатыИсторияОбществоЛичностиКультураПроизводство
© 2006 - 2010, GSI