Общая циркуляция атмосферы - круговоротные движения воздушных масс, простирающиеся по всей планете. Они являются переносчиками различных элементов и энергии по всей атмосфере.
Прерывистое и сезонное размещение тепловой энергии вызывает воздушные течения. Это приводит к разному прогреванию почвы и воздуха на всевозможных территориях.
Именно поэтому солнечное влияние является основоположником движения воздушных масс и циркуляции атмосферы. Воздушные движения на нашей планете бывают абсолютно разные - достигающие нескольких метров или десятков километров.
Самая простая и понятная схема циркуляции атмосферы бала создана еще много лет назад и используется в наши дни. Движение воздушных масс неизменно и безостановочно, они движутся по нашей планете, создавая замкнутый круг. Быстрота передвижения этих масс напрямую связана с солнечной радиацией, взаимодействия с океаном и взаимодействия атмосферы с почвой.
Атмосферные движения вызываются нестабильностью распределения солнечного тепла по всей планете. Чередование противоположных воздушных масс - теплых и холодных, - их постоянное скачкообразное перемещение вверх и вниз, образует различные циркуляционные системы.
Получение тепла атмосферой происходит тремя путями - использованием солнечной радиации, с помощью конденсации пара и теплообмена с земным покровом.
Влажный воздух также важен для насыщения атмосферы теплом. Огромную роль в этом процессе играет тропическая зона Тихого океана.
Воздушные потоки в атмосфере
(Потоки воздуха в атмосфере Земли )
Воздушные массы различаются по своему составу, зависящему от места зарождения. Воздушные потоки подразделяются на 2 основных критерия - континентальные и морские. Континентальные формируются над почвенным покровом, поэтому они мало увлажнены. Морские, наоборот, очень влажные.
Основными воздушными потоками Земли являются пассаты, циклоны и антициклоны.
Пассаты образуются в тропиках. Их движение направлено в сторону экваториальных территорий. Это связано с перепадами давления - на экваторе оно низкое, а в тропиках - высокое.
(Красным на схеме отображены пассаты (trade winds) )
Образование циклонов происходит над поверхностью теплых вод. Воздушные массы передвигаются от центра к краям. Их влияние характеризуется обильными осадками и сильными ветрами.
Тропические циклоны действуют над океанами на приэкваториальных территориях. Они формируются в любое время года, вызывая ураганы и штормы.
Антициклоны образуются над материками, где понижена влажность, но есть достаточное количество солнечной энергии. Воздушные массы в этих потоках движутся от краев к центральной части, в которой они нагреваются и постепенно снижаются. Именно поэтому циклоны приносят ясную и безветренную погоду.
Муссоны являются переменными ветрами, направление которых меняется посезонно.
Также выделяются вторичные воздушные массы, такие как тайфун и торнадо, цунами.
Горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности
Альтернативные описанияДвижение воздуха отнорсительно земной поверхности
Собака лает... носит"", слово
И бриз, и самум
Движение, поток воздуха в горизонтальном направлении
Фильм А. Алова
. "..., ..., ты могуч, ты гоняешь стаи туч"
. "Волны гасят..." (Стругацкие)
. "Кто посеет..., тот пожнет бурю"
. "кто зимой в трубе гудит?" (загадка)
. "лишь... каменного века в ворота черные стучит"
Атмосферная подвижка
Атмосферный бродяга
Атмосферный сквозняк
Бора, зефир или норд
Бросать слова на...
Ветр м. движение, течение, теча, ток, поток воздуха. По силе своей ветер бывает: ураган, кавк. бора: шторм, буря (обычно с бурей соединены гроза и дождь), жестокий, сильный, ветрища: средний, слабый, тихий ветер или ветерок, ветерочек, ветерец, влтришка; по постоянству силы: ровный порывистый, шквалистый или голомянистый, ветер духами, арх.; по постоянству направления: пассатный или полосовой; постоянный, вондулук; изменчивый, шаткий или переходный; смерч, вихорь или заверть, т. е. круговой. По направлению вообще, ветры именуются странами света, для чего овидь делится на части, по осьми в четверти (см. компас, матка). На устьях рек, принято вообще два главных вида ветров: морской, моряна, нагон, назовой, и береговой, матерой, горыч, сухмень, сгон, выгон, верховой. Русский ветер, с Руси, арх. южный, сиб. западный. Ветер с Руси потянул. Русский ветер тепла принес. На Белом море называют ветры: сивер, север, лето, летний, летник, всток. запад, полуночник, заморозник или рекостав, обедник, глубник, голоменник, в Коле побережник. шалоник в Мезени паужник, Промежные страны или ветры называются там межниками, и обозначаются словами: стрик и меж, напр. в четверти: север стрик севера к полуночнику, меж севера полуночник, стрик полуночника к северу, полуночник, стрик полуночника ко встоку, меж всток полуночник, стрик встока к полуночнику, всток. Ветры на Онеге: продольный или столбище, ребровский, всток, всточный, средний, галицкие ерши, шалоник, На Ильмене: спверяк, зимняк, мокрик, подсеверяк, шалонак, (столбняк? меженец? озерник, от Старой русы? крестовый-запад, подсиверный-запад, На Селигере: север, полуден, всток, запад, меженец, межник, зимняк, мокрик, крестовый запад, На Псковском озере: северик, полуденник, теплик, запад,. сточей (всточий), мокрик, На Волге: хилок или сладимый, моряна, гнилой, вешняк, горыч, нагорный, луговой, На Каспийском море компас рыбаковфлотский, т. е. голландский. На Байкале: север или гора, полуденник, всток, култук, баргузин, горный, горыч, горыня, глубник, шелоник, На Дунае: полночь, полуденка, карасль, обаза, вологодск. белозер, По направлению ветра в паруса: фордак, фордевинд, прямой, в корму, байкал. обетонь; попутный: поветерь, бакштаг, полный; поперечный: поперечень, галфвинд, полветра, боковой, байкал. покачень, колышень; круче полветра: косой, бейдевинд, круть, крутой, астрах. рейковый, арх. покосной, беть, байкал. битезь; встречный; противень, противный, в лоб, лобач, лобовой. Пирожное ветер, французский ветер, крем, битые сливки, иногда на яйцах. *Ветер, говор. о человеке: ветрогон, ветреный, скорохват; непостоянный, непоседный, ненадежный, опрометчивый. Ветром подбитый, то же. Ветром делать что: ходить ветром, делать все как ни попало, опрометчиво. Ветер ходит в (по) комнате, дует, несет, сквозит. Как на ветер, попусту. Вей по ветру, а впротив (а всупротив) глаза запорошишь, с силою не спорь. Выше ветра головы не носи, не забывайся. ветра пришло, на ветер и пошло. За ветром в поле не угоняешься Ведрами ветра не смеряешь. Спроси у ветра совета, не будет ли ответа? Кто ветром служит, тому дымом платят. Французский ветер, ветрогон. Откуда ветер подует, угодничает; куда подует, не стоек. Против ветра не надуешься. Не с ветра говорится то-то. Все пошло на ветер, промотался. Стрелять на ветер. Не верь ветру (коню) в море (в поле), а жене на воле (в доме). На ветер надеяться, без помола быть. От хозяина чтоб пахло ветром, от хозяйки дымом. Ветры дули, шапку сдули, кафтан сняли, рукавицы сами спали, о пьянчуге. Не подуйте на нас холодным ветром, будь милосерд. На ветру хорошо блох ловить, смирны. Ветер взбесится, и с бобыльей избы крышу сорвет. Откуда ветер? завтрака (или: с полдника, с обеда). Ветер шелоник по Онеге разбойник, юго-западный, опасный для судов. На Астафья сентября) примечай ветер северный, к стуже; южный, к теплу; западный, к мокроте; восточный, к ведру. На Евлампия октября), рога месяца кажут на ту сторону, откуда быть ветрам. Киргиз в степи ветер! Ветры мн. образующиеся в желудке и кишках газы, воздух, который пучит. Ветреный, где есть ветер, в прямом и переносном значении. Ветряный, к ветру относящийся [Ветреный прич. страдат., ветряный и ветряный, прилаг.; если различать их, то кажется указанное различие будет близко к делу.]. Ветреная пора, ветреное лето, обильное ветрами. На дворе погоже, ветрено (нар.) негоже. Ветряная мельница, толчея, движимая ветром. Ветряная труба, продувная, воздушная. Ветряный мех, колесо, дующее, доставляющее, нагоняющее воздух. Ветряная плавильная печь, воздушная, самодувная, с самотечным поддувалом. Ветряные гости, арх. прибывшие морем. Ветряная рыба, мясо, вяленое, провесное, полотковое, полтевое. Ветреный человек, вертопрах, легкомысленный, неосновательный, легостай, ветрогон, ветреник. Ветреная болезнь, ветры, пуча, по народному поверью насланная. Ветреный подхват, ломотное поражение плеча у лошадей. Ветреное ср. арх. стрелье, это напускная по ветру болезнь. Ветровой, относящийся к воздуху или ветру, в различных знач. Ветровые оконные крючки, распорные, растворные, для удержания растворенных половинок. Ветровой парень, ветрогон. Ветровая кишка, для впуска куда ветра, воздуха. Ветровой судак, вяленый. Ветрево, ветриво нареч. тамб. яросл. ветрено, ветер дует, погода стоит ветреная. Ветренеть, ветреть, о погоде, становиться ветреною; о ветре: крепчать, свежеть, задувать, подыматься. Ветрить что, сушить на воле, вялить, провешивать; проветривать. Не ветря одежи, не убережешь ее. Костр. ветреничать, веселиться, гулять. Охотнич. о собаке, чуять, слышать чутьем. Ветриться или ветреть, проветриваться, просушиваться, провяливаться; обветриваться; выветриваться. Белье ветреет. Губы на ветру ветреют, смякнут. Камень ветреет. Флаг ветрится, развевается ветром. Девка ветрится, кур. орл. стала вести себя дурно. Камень выветрел, порыхлел. Выветрить одежу. Все из головы выветрилось. Заветрило, ветер поднялся. Кожа заветрела, зачахла на воздухе. Губы заветрели, осмякли. На дворе поветрело. Переветрить всю одежу, проветрить ее. Ветряк, ветрячок м. южн. каз. перм. ветрянка ж. ветряная мельница (водяная назыв. млин). Ветрило ср. парус. Ветрушка ж. детская игрушка с мельничными крыльями. Растение Hepatica triloba, перелеска, завитки, п(р)острел. Ветреник м. открытое для ветров, возвышенное место, где сушит посев. Сиб. флюгарка, флюгер, ветрельник, значок, показывающий направление ветра, обращающийся по ветру. Поденежник, растение Anemone Pulsatilla, ветреница. Вертопрах, ветрогон, ветролет, легкомысленный, непостоянный человек. Твер. веер, опахало. Ветреник м. арх. ветренка ж. форточка, вертушка, отдушничек для воздуха, в окне или в стене; флюгер, флюгарка. Ветряница ж. сушильня, сушило, простор на чердаке или высокий помост, иногда за решеткой, для сушки белья, для вяленья рыбы и пр. Ветреница ж. ниж. ветряк, ветряная мельница. Ветреная женщина, безрассудная, вертопрашка, легкомысленная. Вост. каждая из длинных хворостин, жердей, которыми покрываются стога, ометы и соломеные кровли изб, для защиты от бури; переметина; арх. три верхние доски на ладьях, борта выше палубы, нашвы. Внутренняя щель или трещина в лесе, в бревне; иногда щели эти выказываются наружу на отрубах. Родовое название растений Anemone: ветреница лесная, Nemorosa; в. желтая, ranunculoides; в. печеночная, hepatica. Болезнь emphysema, ветреная или воздушная опухоль, особ. в легких, или наружно, в клетчатке, под кожей. Рычажок с крыльями или махалками, на оси, для умерения скорости вращательной силы; ветреницей устанавливается скорость боя часов. Ветрельный, до ветрельника, до флюгарки и пр. относящ. Ветреничать, поступать опрометчиво и легкомысленно, нерассудительно, скоро и безрассудно. Ветреность ж. свойство ветреного человека, вертопрашество. Ветроватый, несколько ветреный; о человеке легкомысленный. Ветробой, -вал, ветролом м. собират. бурелом и буревал, лес поломанный, сваленный бурей, ветром. Окончание вал означает вывороченные с корнем деревья; лом изломаные; бой то и другое. Ветровялый, ветреный, полтевой, полотковый, провесный, вяленый. Ветрогар м. загар на лице, на руках, обветрение тела на воздухе. Ветрогарный, от загару, обветрения происшедший. Ветрогон м. -гонка ж. ветреник, вертопрах, человек-ветер. Ветрогон также колесо в коробке, или иной снаряд, служащий для прогона воздуха, ветра; ветрогонный, гонящий ветер, воздух; относящийся до ветрогона, в обоих знач. Ветродуй м. твер. таган, треножник, тренога, для варки пищи в поле. Ветреник, вертопрах, легостай. Ветродырый худой, дырявый, сквозной, щелистый, продуваемый ветром. Ветрожег, ветрожиг, ветрогар, загар. Ветрожелклый, ветроблеклый, пожелклый от ветра, зноя. Ветроиспускатель, ветропуск. Ветролет м. бойер, буер, парусное судно на коньках. Вертопрах, ветреник. Ветролетка ж. легкомысленная, ветреная женщина, непоседа. Ветролом м. бурелом, ветробой. Ветроломный лес. Ветроломкое дерево, хрупкое, у которого ветви обиваются ветром: крушина, ива. Ветромах м. -машка ж. ветрохват, -гон, -лет, вертопрах. Ветромер м. анемометр, снаряд для измерения силы ветра. Ветроносные пески, сыпучие, перекатные. Ветроплеть, -тка, или ветроплюй, ветроплюйка, враль и врунья, пустомеля. Ветропляс, вертопрах, ничем не занимающийся, шатун, шаркун. Ветропуск м. трубка или иной проводник, отверстие для протока воздуха; физический прибор эолипил, превращающий воду в пары. Ветросвист м. ветролет и ветропляс. Ветросушный, ветросушник м. вяленый, прочахлый, полотковый, полтевой. Ветротление ср. церк. тление на ветру, на воздухе; поветрие, тлетворный воздух. Ветротленный, разрушаемый влиянием стихий, бренный, гниющий
Вращает мельницу
Гоняет стаи туч
Гуляка в голове шалопая
Гуляющий в поле обитатель головы
Гуляющий по морю сквозняк
Движение воздуха в горизонтальном направлении
Дыхание природы
Измеряют в баллах по шкале Бофорта
Какая стихия формирует причудливые ландшафты пустыни Сахары
Какой воздух может летать
Кто гонит по небу облака
Кто над землею царь? (Загадка.)
Могучий гонитель тучных стай (лит.)
Мусорный в песне группы "Крематорий"
Непоседливый воздух
Он гуляет обычно на улице, но у некоторых - в голове
Пассат или муссон
Перемещающийся воздух
Песня О. Газманова
Повелителем чего был Эол
Погонщик облаков и парусонадуватель
Поток воздуха
Птица семейства вороновых
Роман российского писателя Л. С. Овалова "... над полем"
Свистит в проводах и надувает паруса
Свистун в проводах
Сильный при урагане
Стихотворение русского поэта В. Кюхельбекера
Строитель дюн
Суховей
Фильм Абрама Роома "... с востока"
Фильм Александра Зархи "... в лицо"
Фильм Алова
Фильм Михаила Калика "И возвращается..."
Фильм Эльдара Кулиева "Попутный..."
Фильм Энга Ли "Ледяной..."
Фильм Юрия Егорова "... странствий"
Фильм Яна Фрида "Вольный..."
Что делает флюгер капризным
Что заставляет листву шуметь
Что на улице треплет прическу
Что разносит тополиный пух
Что колышет ветви деревьев и гонит облака по небу?
Кто гонит по небу облака?
Главный распространитель хвоща
Гонит волну
Метельный заводила
Перемещение воздуха по земной поверхности
Рассказ Брэдбери
Стихотворение Кюхельбекера
Что надо посеять, если хочешь «пожать бурю»?
Стихотворение Ш. Петефи
Движение, поток воздуха
Шквалистый...
Фильм Энга Ли «Ледяной...»
Фильм Юрия Егорова «... странствий»
Фильм Эльдара Кулиева «Попутный...»
Фильм Абрама Роома «... с востока»
Фильм Яна Фрида «Вольный...»
Фильм Александра Зархи «... в лицо»
Фильм Михаила Калика «И возвращается...»
Роман российского писателя Л. С. Овалова «... над полем»
Какая стихия может превратить штиль в шторм?
Именно от него Елисей услышал-таки приятную новость: невеста - в гробу!
Он появляется от перепадов давления
Повелителем чего был Эол?
Мусорный в песне группы «Крематорий»
Чем были унесены герои эпохальной голливудской мелодрамы?
Что нужно добавить к снегу, чтобы получилась пурга?
Оперетта М. Дунаевского «Вольный...»
Гудящий в проводах
Что такое баргузин?
Атмосферное явление в пустой голове
. «рукой махнул, дерево нагнул» (загадка)
. «кто зимой в трубе гудит?» (загадка)
. «вокруг носа вьется, а в руки не дается» (загадка)
. «без рук, без ног, под окном стучится, в избу просится» (загадка)
Ищи его в поле
Афганец, но не житель
Мусорный у «Крематория»
Его силу меряют по шкале Бофорта
Стихотворение Б. Пастернака
Наполняет паруса
Дует в спину
Что разносит тополиный пух?
Что делает флюгер капризным?
Что на улице треплет прическу?
Какой воздух может летать?
Что заставляет листву шуметь?
. «чувства гибнит, когда швыряешься ими на...»
. «лишь... каменного века в ворота черные стучит»
. «кто посеет..., тот пожнет бурю»
. «..., ..., ты могуч, ты гоняешь стаи туч»
Разносчик собачьего лая
Он заставляет флюгер вертеться
Ветер, то есть движение воздуха относительно земной поверхности, возникает вследствие неодинакового атмосферного давления в разных точках атмосферы. Так как давление меняется по вертикали и по горизонтали, то воздух обычно двигается под некоторым углом к земной поверхности. Но этот угол очень маленький. Поэтому, ветром, в основном, считают горизонтальное движение воздуха, то есть рассматривают лишь горизонтальную составляющую этого движения. Это объясняется тем, что вертикальная составляющая ветра обычно значительно меньше горизонтальной и становится заметной только при сильной конвекции или при наличии орографических препятствий, если воздух вынужден подниматься или стекать по склонам возвышенностей.
Воздушные массы – это большие объемы тропосферного воздуха, площадь которых соизмерима с площадью материков и океанов, которые имеют определенные физические свойства и для которых характерны незначительные горизонтальные изменения метеорологических величин и достаточно однородные условия погоды.
Структура ветра
Общее движение воздушного потока характеризуют скорость и направление ветра. В воздухе, который двигается, вследствие трения об земную поверхность, а также неравномерного его нагревания всегда имеет место турбулентность. Поэтому, в каждой точке пространства происходят быстрые изменения, как скорости, так и направления ветра. Такой характер движения воздуха называют порывистостью воздуха. Обычно под скоростью ветра имеют в виду сглаженную скорость, то есть среднюю скорость за тот или другой небольшой промежуток времени, на протяжении которого проводится его измерение. Действительная же скорость отдельных объемов воздуха, которая быстро меняется во времени, называется мгновенной.
Порывистость увеличивается над участками с большой шероховатостью: над пересеченной местностью, над отдельными холмами, лесом, что объясняется усилением турбулентности над такими участками. Относительно более равные потоки воздуха, без порывов, отмечаются в инверсиях. В то же время под слоем инверсии часто наблюдается усиление порывистости ветра.
Влияние препятствий на ветер
1. Всякое препятствие, которое стоит на пути ветра, изменяет поле ветра. Препятствия могут быть крупномасштабными, как горные хребты, и мелкомасштабными, как дома, дерева, лесные полосы. Воздушные массы или огибают препятствие по бокам, или переваливает через него сверху. Чаще происходит горизонтальное обтекание. Перетекание происходит тем легче, чем неустойчивее стратификация воздуха, то есть чем больше вертикальный градиент температуры в атмосфере. Перетекание воздуха через препятствия приводит к очень важным следствиям, как увеличение облаков и осадков на наветренном склоне горы при восходящем движении воздуха и, наоборот, рассеяние облачности на подветренном склоне при нисходящем движении.
Обтекая препятствие, ветер перед ним слабеет, но с боковых сторон усиливается, в особенности у выступов препятствий (углы домов, мысы береговой линии). За препятствием скорость ветра уменьшается, там создается ветровая тень. Очень существенно усиливается ветер при движении между двумя горными хребтами. При продвижении воздушного потока его поперечный разрез уменьшается. Так как сквозь меньший разрез должно пройти столько же воздуха, то скорость ветра возрастает. Этим объясняются сильные ветры в некоторых районах. Например, усиление ветра между высокими островами и даже на городских улицах.
2. Влияние полезащитных лесных полос на микроклиматические условия полей связаны в первую очередь с ослаблением ветра в приземных слоях воздуха, которые создаются лесной полосой. Воздух перетекает поверх лесной полосы и, кроме того, скорость его слабеет при прохождении его сквозь просветы в полосе. Поэтому непосредственно за полосой скорость ветра увеличивается. С удалением от полосы скорость ветра увеличивается. Однако начальная скорость ветра восстанавливается только на расстоянии, равном 40–50-кратной высоте деревьев полосы, если полоса не сплошная. Влияние сплошной полосы распространяется на расстояние, которое равняется 20-30-кратной высоте деревьев.
Градиентная сила
Всякое движение возникает под действием какой-нибудь силы. Сила, которая приводит в движение воздух, возникает при наличии разности давления в двух точках пространства. Разность давления по горизонтали характеризуется горизонтальным градиентом давления. Поэтому, эта сила называется движущей силой горизонтального градиента давления, иначе, градиентной силой.
Выделим в пространстве между двумя изобарическими поверхностями с давлением Р и Р+1 единичный объем воздуха (1 см 3). Условием равновесия этого объема есть равенство противоположно направленных сил.
G г теплый воздух
холодный 1000 мб
Изобарические поверхности наклонены под небольшим углом к земной поверхности. Это происходит вследствие того, что в холодном воздухе давление уменьшается с высотой быстрее, чем в теплом. Положение изобарических поверхностей зависит не только от давления, но и от температуры.
На выделенный объем действуют сила тяжести и силы давления. Равнодействующей сил давления есть сила полного градиента давления G, которая направлена перпендикулярно изобарическим поверхностям от высокого давления к низкому и приложена к центру тяжести объема.
Разложим силу полного градиента на горизонтальную и вертикальную составляющую. Вертикальная составляющая при отсутствии вертикальных движений уравновешивается силой тяжести, а горизонтальная составляющая в момент начала движения ничем не уравновешивается и потому оказывается движущей силой. Под действием этой силы воздух начинает перемещаться в сторону низкого давления.
Разделив движущую силу на массу выделенного объема (1 см 3), то есть на его плотность, найдем силу, которая действует на единицу массы:
где F G – сила барического градиента, см/ с 2 ;
ΔP – изменение давления между двумя точками (Дин/см 2); 1мб = 10 3 Дин/см 2 ;
Δz – расстояние между этими точками, см.
Сила барического градиента приводит воздух в движение и увеличивает его скорость. Все другие силы, которые обнаруживаются при движении воздуха, могут лишь тормозить движение и отклонять его от направления градиента.
Силы, которые возникают при движении воздуха.
- Отклоняющая сила вращения Земли.
Ветер – это движение воздуха над Землей, а Земля самая оборачивается вокруг своей оси с угловой скоростью ω = 7,29 . 10 -5 с- 1 . Еще в 1838 году Кориолис доказал, что при всяком движении относительно подвижной системы координат, тело получает дополнительное, так называемое, поворотное ускорение. Получит его и воздух, который двигается над поверхностью Земли, то есть ветер.
Если воздушная масса движется относительно подвижной системы координат, которая тоже движется, то воздушная масса не попадет в точку, которая находится на продолжении начального направления, а отклонится от нее. Если же наблюдать из некоторой точки подвижной системы координат за движением воздушной массы, то кажется, что она под действием какой-то силы отклоняется в сторону. Эту силу называют силой Кориолиса или отклоняющей силой вращения Земли.
На горизонтальное движение воздуха действует горизонтальная составляющая отклоняющей силы вращения Земли (силы Кориолиса), равная:
А = 2·v·ω·sinφ,
где v – скорость ветра;
ω– угловая скорость обращения Земли, равная 7,29·10 -5 с -1 .
φ – широта места.
На вертикальное движение воздуха действует вертикальная составляющая силы, равная:
А = 2·v 1 ·ω·cosφ,
где v 1 – вертикальная составная скорости ветра.
Горизонтальная составляющая силы Кориолиса направлена под прямым углом к движению воздуха, в северном полушарии вправо, а в южном – влево. Поэтому, она не ускоряет и не замедляет движение, а только изменяет его направление.
- Сила трения
Сила трения тормозит движение воздуха. Она состоит из силы внешнего трения, которая связана с тормозящим действием земной поверхности, и из силы внутреннего трения, связанной с молекулярной и турбулентной вязкостью воздуха.
Сила внешнего трения только тормозит движение, но не изменяет направление. Она направлена в сторону, противоположную движению, и пропорциональная его скорости.
Действие внутреннего трения состоит в том, что соседние воздушные слои и объемы воздуха, которые имеют разную скоростью, влияют на движение друг друга, между ними возникает сила вязкости, которая препятствует их перемещению. Основная часть внутреннего трения обусловлена турбулентным перемешиванием и потому часто называется турбулентным трением. Оно у десятки тысяч раз превышает молекулярное трение. Все причины, которые обуславливают усиление турбулентности, одновременно вызовут и увеличение внутреннего трения. Тем самым они увеличивают общую силу трения в атмосфере, а также оказывают содействие распространению ее влияния вверх, на выше расположенные слои атмосферы. Сила внутреннего трения не имеет определенного направления относительно движения и, в частности, не совпадает с направлением силы внешнего трения. Поэтому, общая сила трения у земной поверхности, которая представляет векторную сумму сил внешнего и внутреннего трения, направлена не строго противоположно движения, а отклоненная влево от направления противоположного движению на угол, приблизительно равный 35 0 . Общая сила трения, рассчитанная на единицу массы воздуха, представляет собой отрицательное ускорение, которое тормозит движение воздуха и равняется:
где k – коэффициент трения, который зависит не только от шероховатости подстилающей поверхности, но и от интенсивности турбулентности в потоке движущегося воздуха, с -1 .
k меняется от 0,2 . 10 -4 до 1,2 . 10 -4 с -1 .
- Центробежная сила
Центробежная сила возникает при криволинейном движении воздуха.
где V – скорость движения;
r – радиус кривизны траектории движения.
Центробежная сила направлена по радиусу кривизны траектории движения от центра, то есть в сторону выпуклости траектории. Для атмосферных движений центробежная сила обычно мала, так как радиус кривизны их траекторий составляет сотни и тысячи метров. Поэтому центробежная сила обычно в 10-100 раз меньше силы Кориолиса. Но при больших скоростях и маленьких радиусах кривизны центробежная сила во много раз превышает градиентную силу. Такие условия создаются в небольших вихрях с вертикальной осью, которые возникают в жаркую погоду, в смерчах и торнадо, где радиус траектории маленький, а скорости движения очень большие.
УСТАНОВИШЕЕСЯ ДВИЖЕНИЕ ПРИ ОТСУТСТВИИ ТРЕНИЯ. Градієнтний ВЕТЕР
Установившимся (стационарным) движением называется движение, при котором в каждой точке пространства величина и направление средней скорости не изменяются со временем.
Установившееся движение воздуха при отсутствии силы трение называется градиентным ветром.
В однородном барическом поле градиентная сила везде одинаковая по направлению и по величине. Поэтому, движение воздуха в таком поле будет равномерным и прямолинейным. При отсутствии силы трения на движущийся воздух действуют градиентная сила (F G), направленная перпендикулярно изобарам и сила Кориолиса (A), направленная перпендикулярно движению.
На рисунке 3.1 приведена схема сил, которые действуют на единичный объем воздуха при прямолинейном движении без учета силы трения.
V
Рисунок 3.1 – Схема сил, которые действуют на воздух при
прямолинейном движении без учета силы трения
При установившемся движении эти силы уравновешиваются, так как они одинаковые по величине, но противоположные по направлению. Так как сила Кориолиса перпендикулярна движению, то движение является перпендикулярным градиенту давления, то есть будет направлено вдоль изобар. Итак, градиентный ветер, который дует вдоль прямолинейных и параллельных изобар, называется геострофическим ветром.
Р
В – равнодействующая силы Кориолиса и силы трения.
Рисунок 3.2 – Схема сил, которые действуют на воздух
при прямолинейном движении с учетом силы трение
Вектор скорости в точке О отклонен от силы барического градиента вправо (в северном полушарии) на угол меньшее 90 0 . Градиентная сила перпендикулярная изобарам и направлена в сторону низкого давления. Сила Кориолиса А перпендикулярна вектору скорости и отклонена от него вправо (в северном полушарии). Сила трения R направлена противоположно вектору скорости. Условием стационарности движения есть равенство нулю равнодействующих этих сил.
Угол трения между направлением ветра и градиентом давления в слое трения тем более, чем больше широта места и чем меньше коэффициент трения.
Скорость ветра при наличии трения:
где k – коэффициент трения.
Угол отклонения ветра от градиентного при прямолинейном движении:
где φ – угол отклонения ветра от градиентного при наличии силы трения.
Отклонение направления ветра от горизонтального градиента давления в приземном слое атмосферы в среднем составляет 60° вправо в северном полушарии. Выше приземного слоя этот угол растет с высотой и на уровне трения ветер становится градиентным, отклонение достигает 90° .
Над океаном, где трение между воздухом и подстилающей поверхностью меньше, чем на суше, ветер более близок к геострофическому, чем над материком.
Опыт подтверждает, что ветер у земной поверхности всегда отклоняется от барического градиента на некоторый угол меньший прямого в северном полушарии вправо, в южный – влево. Отсюда вытекает такое правило: если встать спиной к ветру, то наиболее низкое давление окажется по левую сторону и немного впереди, а более высокое давление – по правую сторону и немного позади. Это положение было найдено эмпирически и носит название законом барического ветра.
ГрадИЕнтнЫй ВЕТЕР ПРИ КРУГОВЫХ ИЗОБАРАХ
В случае криволинейных изобар направление градиента давления, а итак, и градиентной силы меняется от одной точки к другой. Поэтому, движение воздуха тоже будет криволинейным. При отсутствии силы трение на воздух, который движется, в этом случае действуют градиентная, центробежная силы и сила Кориолиса.
Градиентный ветер, который дует вдоль круговых изобар, называется геоциклострофическим ветром.
Антициклон
Антициклон – это барическая система с высоким давлением в центре и понижением давления от центра к периферии.
На рисунке 3.3 приведена схема сил, которые действуют на единичный объем воздуха, который двигается вдоль запертых круговых изобар в антициклоне.
Рисунок 3.3 – Схема сил, которые действуют на воздух в антициклоне
(северное полушарие)
Градиентная сила (F G) направлена перпендикулярно изобарам в сторону уменьшения давления, то есть от центра данной барической системы к ее периферии. В том же направлении действует и центробежная сила (С). Сила Кориолиса (А) направлена в противоположную сторону и уравновешивает первые две силы. Вектор скорости (V) отклонен вправо от градиента (для северного полушария) и направлен по касательной к изобаре. Итак, движение происходит вдоль изобар по часовой стрелке (в северном полушарии). Такое движение называется антициклоническим.
В южном полушарии вектор скорости направленный влево от градиентной силы. Поэтому движение воздуха происходит против часовой стрелки.
При упроченном движении в антициклоне сила Кориолиса уравновешиваются градиентной и центробежной силами.
АРисунок 3.4 – Схема сил, которые действуют на воздух в циклоне
(северное полушарие)
Здесь градиентная сила направлена от периферии к центру барической системы и уравновешивается центробежной и силой Кориолиса, совпадающими по направлению. Вектор скорости направлен также вправо от градиента, и движение происходит по изобарам против часовой стрелки. Такое движение называется циклоническим.
При установившемся движении в циклоне градиентная сила уравновешиваются центробежной силой и силой Кориолиса.
Скорость геоциклострофического ветра в циклоне:
Угол отклонения ветра от градиентного при криволинейном движении:
где «+» относится к циклону, а «-» – к антициклону.
ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ.
ТУРБУЛЕНТНОЕ ПЕРЕМЕШИВАНИЕ в АТМОСФЕРЕ
Атмосферный воздух представляет собой очень подвижную среду, в которой всегда происходят движения, разные по масштабам и направлениям с разными скоростями. Турбулентный характер атмосферных движений воздуха определяется наличием шероховатости земной поверхности, неравномерностью нагревания разных участков поверхности, а также гидродинамическими свойствами атмосферных течений. Чем больше шероховатость земной поверхности, тем выше турбулентность. Чем интенсивнее происходит нагревание воздуха, тем выше турбулентность. Следствием турбулентного движения есть вертикальный и горизонтальный обмен воздуха. Это приводит к переносу в атмосфере тепла, влаги, пыли и других примесей. Турбулентное перемешивание ведет к выравниванию содержания примесей в атмосферном воздухе.
Вертикальный турбулентный обмен описывается следующим уравнением:
S = – A (dс/dz),
где S – количество субстанции, переносимой в единицу времени через единицу площади;
Dс/dz – вертикальный градиент субстанции, то есть ее изменение на единицу расстояния по вертикали;
А – коэффициент турбулентного обмена, который зависит от атмосферных условий и характера земной поверхности.
При определении турбулентных потоков в приземном слое атмосферы используют коэффициент турбулентности k, который определяется по формуле:
где ρ – плотность воздуха, кг/м 3 .
 |
Степень турбулентности может быть разной. Об этом можно судить по наблюдениям за распределением дыма, который выходит из труб предприятий. Вид струй дыма, которые выходят из труб при разной степени турбулентности атмосферы, приведен на рисунке 3.5.
,Коэффициенты А и k в условиях атмосферы изменяются в значительной мере как в времени, так и в пространстве. Они зависят от вертикального градиенту скорости ветра, термической устойчивости атмосферы, свойств земной поверхности (ее шероховатости, термической неоднородности) и др.
Земля окружена толстым слоем воздуха - атмосферой. С высотой воздух становится все более разреженным, менее плотным. У поверхности Земли, на уровне моря, один кубический метр воздуха весит при 0 градусов около 1,3 килограмма; а на высоте 25 километров над земной поверхностью кубический метр воздуха весит уже в тридцать с лишним раз меньше.
Хотя толщина земной атмосферы достигает многих сотен километров, но по сравнению с объемом земного шара она совсем не велика.
Нижний слой атмосферы, в пределах от 9 до 18 километров над поверхностью Земли, называется тропосферой. В этом слое находится более 3/4 по весу воздуха. Верхние слои называют стратосферой и ионосферой.
Воздух, как и все предметы, имеет вес; он давит на Землю и на всех, живущих на ней, с большой силой; эта сила у поверхности Земли равна примерно одному килограмму на каждый квадратный сантиметр площади тела.
С высотой давление воздуха постепенно уменьшается. Но и у поверхности Земли, как мы увидим далее, атмосферное давление никогда не бывает постоянным, оно всегда меняется.
Давление воздуха, равное давлению, которое оказывает при 0 градусов столб ртути высотой в 760 миллиметров, называется нормальным атмосферным давлением. Это давление равно 1,0336 килограмма на квадратный сантиметр.
В метеорологии давление воздуха принято измерять в миллибарах. Один миллибар равен примерно давлению, которое оказывает один грамм на поверхность одного квадратного сантиметра. Нормальное атмосферное давление равно примерно 1000 миллибар.
Метеорология - наука об атмосфере и происходящих в ней явлениях, преимущественно физических. В более узком понятии - зто наука о погоде и ее изменениях.
Атмосфера никогда не находится в покое. Всюду - у полюсов и под тропиками, внизу, у поверхности Земли, и вверху, там, где плывут облака,- воздух находится в движении.
Движение воздуха, окружающего Землю, и называют ветром.
Что же вызывает движение воздуха в атмосфере? Почему дуют ветры?
Чтобы хорошо уяснить себе причину ветра, вспомните всем известное явление. Когда зимой вы открываете дверь из натопленной комнаты на улицу или в более холодную комнату, понизу устремляется в теплую комнату холодный воздух. Одновременно с этим поверху будет выходить наружу теплый комнатный воздух. Убедиться в этом легко. Зажгите свечу или спичку и поместите ее у открытой двери - сначала внизу, у порога, а затем - вверху (рис. 1). Внизу пламя свечи будет заметно отклоняться потоком холодного воздуха в комнату, а вверху, наоборот, поток теплого воздуха, идущего из комнаты, отклонит пламя свечи наружу, из комнаты.
Почему это так происходит?
А вот почему. Если взять два одинаковых объема воздуха, но различно нагретые, то более холодный объем воздуха будет всегда более плотным, а значит, и более тяжелым. Нагреваясь, воздух, как и все тела, расширяется, становится менее плотным и более легким. Когда мы открываем дверь на улицу, более холодный и более плотный наружный воздух устремляется в теплую комнату, вытесняя менее плотный и более легкий комнатный воздух кверху.
Как более тяжелый, наружный воздух входит в комнату понизу, располагается в комнате в нижних слоях, у пола. Вытесняемый холодным тяжелым воздухом теплый воздух поднимается вверх и уходит из комнаты наружу через верхнюю часть открытых дверей.
Этот пример позволит нам понять причины движения воздуха в атмосфере.
Солнечное тепло, падающее на Землю, нагревает прежде всего ее поверхность. Атмосфера поглощает только незначительную часть солнечной тепловой энергии. От нагретой поверхности земного шара нагреваются нижние, соприкасающиеся с ней слои воздуха. Теплые слои воздуха перемешиваются с холодными, отдают им свое тепло; так происходит нагревание воздуха.
Таким образом, чем сильнее нагревается Солнцем земная поверхность, тем сильнее нагревается и воздух, лежащий над ней.
Но как нагревается поверхность Земли Солнцем? Далеко не одинаково. Это связано прежде всего с тем, что в разное время года и в разных климатических поясах.
Земли Солнце поднимается над горизонтом по-разному. Чем выше Солнце стоит над горизонтом, тем более приходится солнечного тепла на одну и ту же площадь поверхности Земли (рис. 2).
Благодаря шарообразной форме Земли на экваторе и близ него лучи Солнца падают круто, в полдень почти отвесно. В странах умеренного климата солнечные лучи падают на земную поверхность уже значительно более полого. А в полярных странах и на полюсах солнечные лучи лишь как бы скользят по земной поверхности - Солнце поднимается над горизонтом сравнительно невысоко. Более того, зимой Солнце здесь совсем не появляется над горизонтом: стоит длинная полярная ночь.
По этой же причине изменяется температура поверхности Земли в течение суток. Днем, когда Солнце находится высоко в небе, поверхность Земли нагрета сильнее всего, вечером же, когда Солнце уходит за горизонт, Земля начинает остывать, а ночью и утром температура ее падает еще ниже.
Рис. 3. Ход Солнца на небесном своде: вверху - за полярным кругом, в середине - в странах умеренного климата и внизу - на экваторе
Кроме того, неравномерный нагрев земной поверхности объясняется тем, что различные участки поверхности нагреваются Солнцем и охлаждаются различно. Особенное значение имеет способность воды и суши различно нагреваться и охлаждаться.
Суша быстро нагревается до более высокой температуры, но быстро и остывает. Вода же (особенно в морях и океанах) благодаря постоянному перемешиванию нагревается очень медленно, но зато сохраняет свое тепло значительно дольше, чем суша. Объясняется это тем, что теплоемкость воды и суши различна (теплоемкостью называется количество тепла, необходимое для нагревания тела на один градус).
По-разному нагреваются под лучами Солнца и различные участки суши. Например, черная голая земля нагревается значительно сильнее, чем, скажем, зеленое поле. Сильно нагревается Солнцем песок и камень, много слабее - лес и трава.
Способность различных участков земли по-разному нагреваться под лучами Солнца зависит также от того, какая доля падающих на поверхность лучей поглощается поверхностью и какая отражается. Различные тела имеют различную отражательную способность. Так, снег усваивает лишь 15 процентов солнечной энергии, песок - 70 процентов, а вода отражает только 5 процентов и поглощает 95 (рис. 4).
От различно нагретых участков земного шара по-раз- ному нагревается и воздух. Насколько различно количество тепла, получаемое воздухом в разных местах, видно из такого примера. В пустыне воздух получает от нагретого песка в 130 раз больше тепла, чем получает воздух от воды в море, находящемся на одной широте с пустыней.
Но различно нагретый воздух имеет, как уже говорилось, и различную плотность. Это создает в разных местах различное атмосферное давление: там, где воздух менее нагрет и, значит, более плотный, атмосферное давление выше; наоборот, где воздух нагрет сильнее и, следовательно, более разрежен, давление воздуха ниже.
А воздух с более высоким давлением всегда стремится двигаться туда, где имеется более низкое атмосферное давление, подобно тому, как вода всегда течет от более высокого уровня к более низкому. Так и возникает в природе ветер.
Постоянное движение воздуха создает разность температур и давлений в атмосфере, что связано с неравномерным нагреванием земного шара Солнцем.
Таким образом, ветер в природе возникает за счет энергии солнечных лучей.
На рисунке 5 мы приводим упрощенную схему главных воздушных течений. Как видно из схемы, даже в простейшем виде движение воздушных масс над Землей представляет собой довольно сложную картину.
У экватора благодаря сильному нагреванию поверхности наблюдается постоянное пониженное давление воздуха. Сюда текут воздушные потоки с севера и с юга и создают постоянные ветры - пассаты. Эти ветры отклоняются под влиянием вращения Земли. В северном полушарии, если смотреть по тому направлению, куда дует пассат, ветер отклоняется вправо, в южном - влево. На высоте 3-7 километров в этих областях дуют антипассаты - ветры обратных направлений. У самого экватора находится зона затишья.
По мере удаления от экватора антипассаты все сильнее отклоняются от своего направления к полюсам.
Примерно на широте 30 градусов)по обе стороны от экватора наблюдаются полосы затишья; в этих районах притекающие от экватора воздушные массы (антипассаты) опускаются и создают областц повышенного давления. Именно здесь и зарождаются пассаты.
Отсюда же внизу дуют ветры по направлению к полюсам. Ветры эти - преобладающие западные; по сравнению с пассатами они значительно более изменчивы.
Старые моряки называют области между 30 и 60 градусами областями "западных штормов".
Полосы затишья около 30 градусов широты называют иногда конскими широтами. Здесь преобладает ясная погода при высоком атмосферном давлении. Это странное название сохранилось еще с тех времен, когда мореплаватели ходили на парусных кораблях, и относилось только к району около Бермудских островов. Многие корабли перевозили лошадей из Европы на острова Вест-Индии. Попадая в полосу затишья, парусники теряли возможность двигаться. Нередко при этом моряки оказывались в тяжелых условиях. Истощались запасы воды, от жажды в первую очередь погибали лошади. Выброшенные за борт трупы лошадей долго носились волнами.
Ветры, дующие от полюсов, часто называют полярными восточными ветрами (см. рис. 5).
Рис. 5. Упрощенная схема главных воздушных течений
Описанная нами картина главных воздушных течений над Землей еще более усложняется постоянными ветрами, возникающими благодаря неравномерному нагреванию воды и суши.
Мы уже говорили о том, что суша нагревается и охлаждается быстрее, чем вода. Благодаря этому за день суша успевает нагреться значительно сильнее, чем вода: ночью же, наоборот, вода охлаждается медленнее, чем суша.
Поэтому днем над сушей воздух нагревается сильнее; нагретый воздух подымается вверх и увеличивает там атмосферное давление. Потоки воздуха (примерно на высоте 1 км) устремляются к воде, и над водной поверхностью устанавливается повышенное атмосферное давление. В результате этого внизу с воды начинает дуть свежий ветер - бриз (рис. 6).
Рис. 6. Схема дневного бриза
Но вот наступает ночь. Суша быстро охлаждается; охлаждается и прилегающий к ней воздух. Холодный воздух, уплотняясь, опускается. Его давление в верхних слоях уменьшается. В то же время вода остается долгое время теплой и нагревает находящийся над ней воздух. Подсчитано, что охлаждение 1 кубического метра морской воды на один градус дает такое количество тепла, которого достаточно для нагревания на один градус более 3 тысяч кубических метров воздуха! Нагреваясь, воздух поднимается кверху и создает там повышенное атмосферное давление. В результате вверху начинает дуть ветер на берег, а внизу дует материковый бриз - с суши к воде (рис. 7).
Рис. 7. Схема ночного бриза
Такие береговые ветры известны всем, кто живет на берегу больших озер или морей. Хорошо известны, например, бризы на Черном, Азовском и Каспийском морях; так, в Сухуми бризы бывают круглый год. Бризы дуют и на больших озерах, на таких, как Севан, Иссык-Куль, Онежское и другие. Наблюдают бризы и на берегах больших рек, например, на Волге у Саратова, на ее высоком правом берегу.
Бризы не распространяются далеко. Это - чисто местные ветры. Неравномерное нагревание воды и суши в береговых районах морей и океанов создает ветры, аналогичные бризам. Это - так называемые муссоны.
Муссоны - сезонные ветры, они дуют полгода в одном направлении, полгода в другом. Они дуют благодаря различному нагреванию и охлаждению морей и материков в зимнее и летнее время. Летом воздух над материком нагревается намного сильнее, чем над морем. Наоборот, зимой воздух над морем (океаном) оказывается более теплым, чем воздух над материком. Объясняется это тем, что летом материки нагреваются сильнее, а зимой охлаждаются сильнее, чем вода, в то время как море, более холодное летом, зимой становится теплее суши.
Большая теплоемкость воды позволяет океану хранить в себе с лета огромные запасы тепла.
Таким образом, летом материки как бы нагревают атмосферу, а моря и океаны - охлаждают ее. Зимой положение меняется: "атмосферными печками" становятся моря, а "холодильниками" - материки.
По этой причине и дуют муссоны; зимой - с суши на море, а летом с моря на материк.
Муссоны наблюдаются во всех климатических поясах, даже на берегах Северного Ледовитого океана. На направление муссонов также влияет вращение Земли. Наиболее ярко выражены муссоны в Индии.
Наконец, для общей характеристики воздушных течений необходимо сказать и об атмосферных вихрях - циклонах.
Воздушные течения, о которых мы говорили выше, связаны с перемещением в атмосфере громадных объемов воздуха - воздушных масс. Воздушной массой принято называть такие объемы воздуха, которые сохраняют некоторое время свои определенные свойства. Так, например, воздушная масса, идущая из Арктики, несет с собой низкую температуру и сухой прозрачный воздух.
Поверхность раздела двух различных воздушных масс называют фронтом. По обе стороны фронта часто резко различны температура воздуха, скорость ветра и т. д. Поэтому, когда над каким-либо местом проходит фронт, то в этом районе обычно резко меняется погода.
Когда две соседние воздушные массы, имеющие разную температуру (а значит, и разную плотность воздуха), движутся с различной скоростью, или когда они перемещаются друг относительно друга вдоль фронта (рис. 8 вверху) на пограничной поверхности воздушных масс, благодаря взаимодействию теплых и холодных масс воздуха, возникает волновое возмущение - на фронте образуется как бы воздушная волна. При этом холодный воздух подтекает под теплый, а теплый воздух в свою очередь начинает оттеснять холодный воздух. Начинается завихрение воздушных потоков. Волновое возмущение на фронте растет, поверхность раздела двух воздушных масс изгибается все более круто: так постепенно возникает все более сильное вихревое движение воздуха - циклон (см. рис. 8).
Рис.8. Схема образования и развития циклона
Имеется три главных фронта, где возникают циклоны: арктический, полярный и тропический. Арктический фронт является линией раздела арктического и полярного воздуха (северные широты). Полярный фронт разделяет полярный и тропический воздух (умеренные широты). Тропический фронт является линией раздела тропического и экваториального воздуха (южные широты).
Атмосферное давление в циклоне понижается к его центру. В центре циклона давление воздуха самое низкое. Если на карте местности, где развивается циклон, все точки с одинаковыми давлениями соединить линиями - например, одна линия соединит все точки с давлением 990 миллибар, другая - с давлением 995 миллибар и т. д.,- то окажется, что все такие линии в области циклона будут замкнутыми кривыми линиями (рис. 9). Такие линии называются изобарами. Изобара, находящаяся в центре этой области, будет соединять точки с самым низким давлением.
Благодаря такому распределению давлений в циклоне ветры дуют в нем от краев к центру, так, что образуется круг ветров, дующих против часовой стрелки.
Рис. 9. Изобары на карте погоды
Циклон перемещается в атмосфере; он приносит с собой резкое изменение ветра по направлению и по скорости. Средняя скорость движения циклонов 25-40 километров в час.
Помимо циклонов, т. е., иными словами, областей с пониженным давлением, в атмосфере возникают также области с повышенным давлением - антициклоны. Здесь давление воздуха повышается к центру.
Циклоны и антициклоны нередко захватывают очень большие пространства, простирающиеся на тысячи километров. Поэтому эти атмосферные возмущения оказывают заметное влияние на общую циркуляцию воздуха в атмосфере, в еще большей степени осложняют ее. Возникновение и смена различных ветров в умеренных широтах связаны главным образом с перемещением циклонов и антициклонов.
Очень сильные, ураганные ветры возникают в циклонических возмущениях, зарождающихся на тропическом фронте, над южными морями. Эти циклоны носят название тропических.
Газовая среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею, называется атмосферой.
Неравномерность нагревания поверхности Земли способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли. Сила ветра у земной поверхности оценивается по шкале Бофорта.
Атмосферное давление распределяется неравномерно, что приводит к движению воздуха относительно Земли от высокого давления к низкому. Это движение называется ветром.
Область пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре называется циклоном.
Циклон в поперечнике достигает нескольких тысяч километров. В Северном полушарии ветры в циклоне дуют против часовой стрелки, а в Южном – по часовой. Погода при циклоне преобладает пасмурная, дождливая, с сильными ветрами.
Антициклон – это область повышенного давления в атмосфере с максимумом в центре. Поперечник антициклона составляет несколько тысяч километров. Антициклон характеризуется системой ветров, дующих по часовой стрелке в Северном полушарии и против – в Южном, малооблачной и сухой погодой и слабыми ветрами.
В результате естественных процессов, происходящих в атмосфере, на Земле наблюдаются явления, которые представляют непосредственную опасность или затрудняют функционирование систем человека. К таким атмосферным опасностям относятся туманы, гололед, молнии, ураганы, бури, смерчи, торнадо, ливни и др.
Смерч (в Северной Америке называется торнадо) представляет собой вертикальный крутящийся столб в воздухе, который зарождается под грозовой тучей и поднимает с земли все, что встречает на своем пути. Высота смерча может достигать 800−1500 м. Воздух в смерче вращается и одновременно поднимается по спирали вверх. Скорость вращения может достигать
200−300 м/с. Огромные скорости вращения развивают в смерче центробежные силы, вызывающие пониженное давление в его центре. Вращение ветра в смерче чаще всего циклоническое, но иногда наблюдается и антициклоническое. Вокруг ядра ядра смерча отмечаются громадные (до
70−90 м/с) восходящие движения воздуха. Смерч всасывает в себя предметы, встречающиеся на его пути, поднимает их высоко вверх и переносит на большие расстояния. Предметы в сотни килограммов легко поднимаются смерчем и переносятся на десятки километров. Своей мощью он вырывает из земли деревья, бетонные опоры, телеграфные столбы, срывает с домов крыши и вместе с крышей всасывает в себя предметы мебели, передвигает автомобили. Он создает среди людей панику своей мгновенной и наводящей ужас силой. Мер предосторожности почти не существует. Когда смерч только образуется, можно заметить темную вращающуюся воронку, затем наступает на какое-то время тишина, а потом неожиданно начинают подниматься в воздух все более и более тяжелые предметы.
9 июня 1984 года в 15 км к югу от г. Иваново зародился смерч, который через час оказался примерно в 60 км на холмистом берегу Волги, у турбазы Лунево. Падали вывороченные с корнем ели, ломались сосны и березы, рушились щитовые домики; бак водонапорной башни массой 50 т был отброшен на 200 м . Были человеческие жертвы.
При приближении смерча необходимо: закрыть двери и окна, избегать находиться на последнем этаже, выключить газ и электроэнергию, укрыться в подвале.
Буря – это ливень, сопровождающийся сильным ветром (скорость ветра 20-32 м/с) шквального характера, что может легко вызвать паводок в реке, наводнение или сель.
Если ливень, длящийся 30−60 минут настолько сильный, что вода начинает поступать в подземные этажи, надо заблокировать попадание ее туда мешками с песком, приготовленными заблаговременно.
Буре часто предшествует гроза.
Несколько наблюдений для тех, кто попал в грозу:
Ветер не дает правильного представления о направлении движения грозы, грозы часто идут против ветра;
Расстояние до грозы можно определить по времени между вспышкой молнии и раскатом грома (1 с – расстояние 300−400 м, 2 с – 600−800м, 3 с – 1000 м);
Непосредственно перед началом грозы обычно наступает безветрие или ветер меняет направление;
Мокрая одежда и тело повышают опасность поражения молнией;
В лесу предпочтительно укрываться среди невысоких деревьев, в горах в 3−8 метрах от высокого «пальца» 10−15 метров, на открытой местности – в сухой ямке, канаве;
Песчаная и каменистая почва безопаснее глинистой;
Признаками повышенной опасности являются: шевеление волос, жужжание металлических предметов, разряды на острых концах снаряжения, огни «святого Эльма» на мачтах судов.
В грозу запрещено:
Укрываться возле одиноких деревьев;
Останавливаться на опушке леса;
Идти и останавливаться возле водоемов;
Прятаться под скальным навесом;
Бегать и суетиться;
Передвигаться плотной группой;
Находиться в мокрой одежде;
Хранить металлические предметы в палатке.
Грозу, внешними признаками которой являются молнии и гром, с точки зрения физики можно отнести к проявлениям «самостоятельной электропроводности в газах» . При определенных метеорологических условиях в грозовых тучах может возникнуть сильная электрическая полярность, которая ведет к разряду в виде молнии. Таким образом происходит частичное выравнивание разрядов. Разряды, попадающие в землю, следует рассматривать как случайные, хотя, индуктируясь локально, положительные разряды могут привести к таким явлениям, как огни святого Эльма или удар молнии. В зависимости от силы возникающего разряда в опережающем, «лидирующем» разряде можно различить особенно сильный ‒ «основной разряд» (от 100 А до 200 кА максимально), наконец, хотя и реже, длительный запаздывающий разряд. Именно последний в силу длительности своего воздействия может привести к пожару. Обширные научные исследования не дали каких-либо результатов, свидетельствующих о том, что молния ударяет в определенные места. Человек, стоящий среди строений, нисколько не защищен от молнии, место удара которой в силу множества воздействий определяется только чистой случайностью.
Действие молнии в основном заключается в передаче объекту тепловой энергии. Кроме того, ее электрический заряд вызывает в пораженном объекте дополнительные разрушения. При этом может иметь место оплавление металлических проводников в точках их контакта (переходного сопротивления), растрескивание каменной кладки или древесины пораженных деревьев вследствие испарения содержащейся в них влаги, а также загорание легковоспламеняющихся материалов.
Особым случаем термического воздействия электрической энергии на организм человека является удар молнии. Если она поражает стоящего человека, то ток в теле или по поверхности тела проходит по руслам крупных кровеносных сосудов, жидкая среда которых обеспечивает повышенную проводимость. Места входа и выхода заряда молнии характеризуются значительными повреждениями.
Защитой от описанных здесь воздействий молнии служат молниеотводы.
Чтобы избежать риска быть пораженными ею, необходимо:
Отключить телевизор и другие электрические приборы;
Не стоять перед открытым окном;
Закрыть окна и двери;
Помнить, что середина комнаты – самое надежное место;
Находясь вне помещения, никогда не бежать, остановить автомашину;
Не укрываться под деревьями, особенно дубами и лиственницами;
Переместиться из возвышенной местности к низу;
Ураган – это циклон, у которого давление в центре очень низкое, а ветры достигают большой и разрушительной силы.
Ураган характеризуется большими скоростями ветра – 32 м/с и более. Ураганы могут сопровождаться сильными дождями, наводнениями. Особой силой отличаются тропические ураганы, радиус ветров которых может превышать 300 км. Средняя продолжительность урагана 9 дней. Ураганы являются одной из самых мощных сил стихии. По своему пагубному воздействию не уступают таким страшным стихийным бедствиям, как землетрясение. Ураганный ветер разрушает прочные и сносит легкие строения, опустошает поля, обрывает провода и валит столбы линий электропередач и связи, повреждает транспортные магистрали и мосты, вырывает с корнями деревья, повреждает и топит суда. Ураганы в зимних условиях приводят к возникновению снежных бурь, когда огромные массы снега с большой скоростью перемещаются с одного места на другое. Их продолжительность может быть до нескольких суток.
В июле 1989 года мощный тайфун «Джуди» прокатился с юга на север Дальневосточного края. Затопило 109 населенных пунктов (эвакуировано 8 тыс. человек), разрушено около 2 тыс. домов, разрушено и снесено 267 мостов, выведено из строя 1340 км дорог, 700 км линий электропередач, затоплено 120 тыс. га сельхозугодий .
При приближении урагана необходимо:
Плотно закрыть двери, окна (ставни), чердачные (вентиляционные) люки, не выпускать на улицу детей;
Убрать с крыш, лоджий, балконов все предметы и вещи, которые ветром может сбросить вниз и травмировать находящихся внизу людей;
Потушить огонь в печах (горящие искры из труб могут привести к пожарам);
Ураганы нередко сопровождаются грозой, поэтому не следует укрываться под отдельно стоящими деревьями, нельзя подходить близко к опорам линий электропередач и т.п. во избежание поражения молнией.
