2 года назад
Нету коментариев

На Земле постоянно происходят разнообразные природные явления. Могучие природные силы за­трагивают то земную кору, то воды Мирового океана, то атмосферу.

Жизнь людей протекает на дне безбрежного воз­душного океана. Мы часто наблюдаем образование облаков, бурь, ураганные ветры. Все это происхо­дит потому, что окружающий нас воздух находится в непрерывном движении. Главными факторами, определяющими движение воздуха, являются: при­ток солнечной энергии, неоднородность поверхности Земли, вращение Земли вокруг своей оси, трение воздуха о земную поверхность. Лучистая энергия Солнца является основным источником движения воздуха. Распределяется она на земном шаре неравномерно. В этом и есть при­чина возникновения ветра. В экваториальную и тропические зоны Земли солнечной радиации по­ступает больше, чем в умеренные зоны и особенно в высокие широты. Поэтому и воздух в низких широтах нагревается больше, чем в умеренной зо­не средних и высоких широт. Между теплыми и относительно холодными массами воздуха возникают разности температуры (Разность температуры, определяемая по нормали, отне­сенная к единице расстояния, называется градиентом температуры. Он обычно определяется в градусах на 100 км).

Ввиду этого на Земле возникает неодинаковое рас­пределение атмосферного давления. Из областей высокого давления воздух стремится перейти в ме­ста с более низким давлением. Отток воздуха про­исходит до тех пор, пока существует разность атмо­сферного давления в горизонтальном направлении. Давление воздуха измеряется в миллиметрах ртутного столба или миллибарах. Разность давления, отнесенная к единице расстояния (100 км), называется горизонтальным градиентом давления, или барическим градиентом. Градиент давления направлен по нормали от высокого давления к низ­кому. Чем больше градиент давления, тем больше скорость ветра. В умеренных широтах Земли наиболее часто наблюда­ются градиенты давления, равные 1—3 мб на 100 кмПри градиенте давления 10—15 мб на 100 км скорость ветра до­стигает ураганной силы (более 30 м/сек). В тропической зо­не возникают вихри, в системе которых иногда наблюдаются разности давления на расстоянии 100 кмравные 30—60 мб и более. Скорость ветра в этих случаях превышает 50 — 60 м/сек.

За исключением узкой экваториальной зоны ветер направ­лен не вдоль градиента давления, а под некоторым углом к нему. Одной из сил, вызывающей изменение направления движения и скорости воздушных течений,, является отклоняю­щая сила вращения Земли или, как обычно ее называют, си­ла Кориолиса. Под действием силы Кориолиса ветер дует не вдоль градиента давления, а отклоняется от него на 90° в Северном полушарии вправо, а в Южном полушарии — вле­во. Сила Кориолиса оказывает действие на все движущиеся тела на Земле: течение рек, морские течения и др.

В приземном слое воздуха действует еще и сила трения, направленная всегда в сторону, противоположную движению, и пропорциональная его скорости. Сила трения уменьшает скорости воздушных течений и отклоняет их вправо от гра­диента давления и влево от направления течений вне слоя трения. Влияние трения посредством турбулентного переме­шивания воздуха передается в вышележащие слои до высоты около 1 км над земной поверхностью. Влияние трения наи­большее у поверхности Земли. С высотой оно уменьшается и на уровне около 1 км почти прекращается.

Если течения воздуха криволинейны, как это бывает в си­стеме атмосферных вихрей, то на движение воздуха оказы­вает действие и центробежная сила.

Скорости ветра измеряются в метрах в секунду, километ­рах в час, милях в час, узлах в час и т. п. Существует шкала Бофорта, по которой определяют силу ветра в баллах. В табл. 1 приведены сравнительные единицы измерения скоро­сти ветра.

У поверхности Земли и на высотах скорость и направле­ние ветра хорошо связаны с полем давления. Однако здесь в сложных условиях рельефа скорость и направление его мо­гут не соответствовать полю давления. В районах с пересе­ченным рельефом температура воздуха у поверхности Земли отличается неравномерностью.

Вблизи поверхности Земли структура полей температуры и давления (Под полем той или иной величины, например давления, температур ры, ветра понимается распределение ее в пространстве и во времени. Поле атмосферного давления изображается изобарическими поверхностя­ми, поле температуры воздуха — изотермическими поверхностями, поля ветра распределением скорости и направления движения воздуха и т. п.) может быть в любом сочетании. Низкое или вы­сокое давление может сочетаться с низкими или высокими значениями температуры. С высотой положение изменяется. Уже на высотах 2—4 км поле давления по характеру распо­ложения изобар (линий одинакового давления) приближается к изотермам — линиям одинаковой температуры. Объясняется это тем, что изменение давления с высотой на единицу рас­стояния (по вертикали) зависит от средней температуры воз­духа, заключенного между нижней и верхней границей рассматриваемого слоя. В теплом воздухе на высотах давле­ние относительно выше, чем в холодном. Следовательно, если у поверхности Земли между двумя пунктами давление оди­наковое, а температура разная, то на некоторой высоте воз­никает горизонтальный градиент давления, направленный из области, занятой теплым воздухом, в сторону области холод­ного воздуха. Чем больше разность температуры между ука­занными массами воздуха, тем больше градиент давления, а следовательно, и скорость ветра.

Так как разность скоростей ветра между двумя уровнями зависит от среднего в слое (между этими уровнями) горизон­тального градиента температуры, по величине этого градиен­та можно вычислить приращение ветра с высотой. Это позво­лило ввести удобное для практических целей понятие термического ветра (Термический ветер — векторный прирост ветра От одного уровня до другого, зависящий от среднего горизонтального градиента темпера­туры в слое между этими уровнями. Термический ветер пропорционален среднему горизонтальному градиенту температуры и направлен по изо­терме). Таким образом, изменение ветра с вы­сотой определяется величиной и направлением горизонталь­ного градиента средней температуры слоя воздуха между двумя высотами. Поэтому градиент давления у поверхности Земли с высотой меняется и приближается к градиенту тем­пературы в свободной атмосфере, а изобары по своей конфи­гурации приближаются к изотермам.