Тема 11 ДИНАМИКА АТМОСФЕРЫ 11 1

Тема 11. ДИНАМИКА АТМОСФЕРЫ

§ 11. 1. Ветер. Основные понятия Ветер приходит, когда хочет и уходит не спросив…

Ветер – это горизонтальное (адвективное) перемещение воздуха относительно земной поверхности, характеризуется направлением и скоростью. • Направление задается • углом (или румбом δ=22, 50 ) , отсчитываемым от северного направления по часовой стрелке Величина скорости задается оперением на стрелке (малое перо – 2, 5 м/с, большое перо – 5 м/с, зачерненный треугольник – 25 м/с) ССЗ С СЗ З В ЮЗ ЮВ Ю

По величине скорости различают • < 3 м/с – слабый ветер • 4 -7 м/с – умеренный • 8 -14 м/с – сильный • 15 -19 м/с – очень сильный • 20 -24 м/с – шторм • 25 -30 м/с – жестокий шторм, ураган • Меняющийся ветер – за 2 мин направление • • изменяется более, чем на 1 румб Порывистый – за 2 минуты ветер меняется на 4 м/с и более Шквал – кратковременное резкое усиление ветра до 20 м/с и более со значительным изменением направления

§ 11. 2. Измерение характеристик ветра • Флюгер • Анемометр • Анерумбометр и анерумбограф (дистанц измерения) • Шар-пилот • Радиопилотный метод

§ 11. 3. Барические системы • Циклон – область пониженного давления, ограниченная • • замкнутыми изобарами с минимальным давлением в центре. Антициклон – область повышенного давления, ограниченного замкнутыми изобарами с максимальным давлением в центре. Ложбина – область пониженного давления без замкнутых изобар, часто это вытянутая периферия циклона. Геометрическое место точек с минимальным давлением – ось ложбины. Поле воздушных течений имеет циклонический характер, преобладают восходящие движения, облачная погода с осадками Гребень – это область повышенного давления без замкнутых изобар ( часто это вытянутая периферия антициклона). Ось гребня – геометрическое место точек с максимальным давлением. Характерны нисходящие движения и малооблачная погода. Седловина – область, расположенная между двумя накрест лежащими циклонами и двумя антициклонами. Изобарические поверхности имеют вид седла. Погода: слабые ветры, облачно с прояснениями.

Распределение давления в атмосфере

Примерные значения высот стандартных изобарических поверхностей Р, г. Па 1000 700 500 300 200 100 H, км (от у. м. ) 0 3 5 9 12 16 Изобарической называется поверхность, в каждой точке которой давление имеет одно и то же значение. Для представления поля давления в 3 D пространстве принято семейство изобарических поверхностей 1000, 925, 900, 850, 700, 600, 500, …. , 10 г. Па

• Барическая ступень:

§ 11. 4. Геопотенциал • Абсолютным геопотенциалом называется • потенциальная энергия единицы массы в поле силы тяжести. Геопотенциал изобарической поверхности в каждой ее точке есть работа, которую нужно совершить против силы тяжести для того, чтобы поднять единицу массы от уровня моря в данную точку: • Единица измерения [Ф]= 1 кг м 2/с2.

Для того, чтобы сделать сравнимыми геометрическую единицу длины и единицу геопотенциала вводят понятие геопотенциальный метр: • Введем величину Н (геопотенциальная высота): (напомним, что ) • Единица измерения H – это геопотенциальный метр, который численно близок к геометрическому метру, и точно равен ему на уровне моря на широте 450. Наиболее часто используют единицу измерения декаметр (сокращ. - дам). [H]= 1 дам = 10 гп. м

1. Карты барической топографии • В службе погоды ежедневно 2 раза в сутки • • • составляют карты топографии (высот) изобарических поверхностей – карты барической топографии Картой абсолютной барической топографии (АТ) называют карту высот этой поверхности над уровнем моря. Изогипсы АТ - линии равных высот над уровнем моря. Картой относительной барической топографии (ОТ) данной изобарической поверхности называется высота этой изобарической поверхности относительно другой нижележащей поверхности. (Часто используют карты ОТ 1000/500 г. Па) Относительная высота одной изобарической поверхности относительно другой зависит только от температуры воздуха между этими двумя поверхностями, поэтому карты ОТ показывают распределение температуры в атмосфере

• Вспомним уравнение статики: • (2) в (1): • и уравнение состояния: • Откуда: • Интегрируем:

• Применим ее для карты ОТ 1000/500: • Для Н: • Итак: Высота слоя 1000 -500 г. Па, деленная на 2, дает среднюю температуру этого слоя в 0 К

§ 11. 5. Динамика атмосферы Основные понятия.

• Барический градиент – вектор, который в каждой точке изобарической поверхности направлен по нормали к ней в сторону убывания давления: • Вертикальная составляющая градиента давления с хорошей точностью уравновешивается силой тяжести: • Барическая тенденция – локальное изменение давления на рассматриваемом уровне за определенные промежутки времени (например, за последние 3 ч).

Силы, действующие на воздушную частицу • Сила барического градиента: • Сила Кориолиса: • Сила трения: • Центробежная сила (в расчете на единицу массы):

§ 11. 6. Геострофический ветер (в сев. п/ш, пренебрегаем трением) fp – сила барического градиента, fk - сила Кориолиса градиента

• Геострофический – ветер, дующий вдоль изобар, под действием силы барического градиента и силы Кориолиса. • Наблюдается при широтном (вдоль параллелей) расположении изобар в свободной атмосфере

Барический закон ветра Геострофический ветер дует вдоль изобар, оставляя низкое давление слева (в сев. п/ш)

• Из рисунка: Геострофическая скорость увеличивается • 1) с высотой; • 2) с ростом барического градиента; • 3) с уменьшением широты ( но на экваторе геостр. Ветер не существует).

Расчет скорости геострофического ветра по картам АТ (Лаб. Работа № 2)

600 500 υg =36 м/с Направление α≈960 40 16 дам=160 гп. м ω =7. 29 x 10 -5 c-1 Sin φ =sin 560=0, 83