Раздел 5. Общая циркуляция атмосферы (стр. 1 )

Раздел 5. Общая циркуляция атмосферы.

Неравномерное распределение тепла в атмосфере приводит к неравномерному распределению атмосферного давления, а различия в распределения давления приводят к возникновению воздушных течений разного масштаба. Горизонтальные движение воздуха относительно земной поверхности называются ветром, вихревые движения крупного масштаба - циклонами и антициклонами, вся система воздушных течений на Земле - общей циркуляцией атмосферы. С перемещением воздуха в процессе общей циркуляции связаны основные изменения погоды: воздушные массы, перемещаясь из одних областей Земли в другие, приносят с собой новые условия температуры влажности, облачности.

5.1.Атмосферное давление

Всякий газ производит давление на ограничивающие его стенки, то есть действует на эти стенки с какой-то силой давления, направленной нормально к этой стенке. Числовую величину этой силы, отнесенную к единице площади, в физике называют давлением. Это положение относится и к атмосферному воздуху, не ограниченному стенками вмещающего сосуда. Применительно к атмосферному воздуху это положение предполагает, что в каждой точке атмосферы имеется определенная величина давления воздуха или атмосферного давления. На уровне моря атмосферное давление близко к одному килограмму на квадратный сантиметр, но в метеорологии давление воздуха выражают в миллиметрах ртутного столба, в миллибарах или гектопаскалях. Старая единица измерения атмосферного давления – миллиметры ртутного столба означают, что давление атмосферы сравнивают с эквивалентным ему давлением столбика ртути и выражают в высоте этого столбика, измеренной в мм. Выбор этой единицы измерения был связан с устройством прибора для измерения давления - ртутного барометра. Установлено, что на уровне моря на широте 450 среднее атмосферное давление близко к 760 мм рт. ст. Это значение принято за нормальное давление атмосферного воздуха.

С переходом к Международной системе единиц измерений СИ в метеорологии атмосферное давление стали выражать в абсолютных единицах - миллибарах (мб). Один мб - это давление, которое сила в 1000 дин производит на площадь в 1 см2. Среднее атмосферное давление на уровне моря 760 мм рт. ст. близко к 1013 мб, а 750 мм рт. ст. эквивалентно 1000 мб. Таким образом, для перехода от величины давления в мм рт. ст. к величине в мб нужно давление в мм рт. ст. умножить на 4/3, для обратного перехода нужно ввести множитель 3/4. Для расчетов в метеорологии используют также гектопаскаль (гПА). 1 гПА равен 10 3 мб.

5.2.Барический градиент и барическая ступень

5.5. Суточный и годовой ход давления.

Давление в каждой точке земной поверхности или в любой точке свободной атмосферы все время меняется. Эти изменения давления имеют характер непериодических изменений, хотя по данным многолетних наблюдений можно проследить отдельные закономерности в суточном и годовом ходе изменения давления.

Наиболее отчетливо суточный ход изменения давления наблюдается в тропической зоне, где разность между наибольшими и наименьшими значениями в течение суток может составлять 3-4 мб. Максимальные значения наблюдаются дважды в сутки перед полуднем и перед полуночью, (около 9-10 и 21-22 часами местного времени). От тропиков к полюсам амплитуда суточных колебаний убывает и под 60-й параллелью составляет только десятые доли мб. В умеренной зоне суточные колебания перекрываются более значительными непериодическими колебаниями, связанными с циклонической деятельностью. Для характеристики непериодических изменений давления введено понятие междусуточной изменчивости давления, обобщающее многолетние средние значения изменения давления за сутки. В умеренных широтах (особенно в северных частях океана) она составляет 3-10 мб, в тропиках - десятые доли мб и перекрывается суточными колебаниями.

Годовой ход атмосферного давления также разный в разных широтах. Наиболее прост годовой ход давления над материками, где максимум приходится на зиму, минимум - на лето, а годовая амплитуда растет по мере удаления от океанов. Так, в Москве годовая амплитуда - 9 гПа, со средней летней 1011 гПа, средней зимней - 1020гПа, в Ташкенте соответственно 22 гПа, 1004 гПа и 1026 гПа. В пустыне Гоби амплитуда давления составляет 40 гПа. Хорошо выражен годовой ход такого же типа и на окраинах материков в муссонных областях. В высоких широтах океанов максимум давления наблюдаются ранним летом, минимум зимой, в средних широтах океанов бывает два максимума - летом и зимой и два минимума - весной и осенью. В тропиках над океанами годовой ход давления выражен слабо.

Абсолютная амплитуда давления (т. е разность между самыми большими и самыми маленькими) на земном шаре составляет на уровне моря 200 гПа. В Москве за 35 лет давление колебалось от 1037 гПа до 944 гПа т. е в пределах почти 100 гПа. В Японии в 1934 году в центре тайфуна было отмечено давление 884 гПа, а в Барнауле в 1900 г. давление, приведенное к уровню моря, составило 1080 гПа.

5.6.Ветер. Скорость ветра. Направление ветра, роза ветров.

Ветром называют движение воздуха относительно земной поверхности, причем имеется в виду горизонтальная составляющая этого движения. Ветер характеризуется вектором скорости, но на практике под скоростью подразумевается только числовая величина скорости, направление вектора скорости называют направлением ветра. Скорость ветра выражается в метрах в секунду, в км в час и в узлах (морская миля в час). Чтобы перевести скорость из метров в секунду в узлы, достаточно умножить число метров в секунду на 2.

Существует еще одна оценка скорости или, как принято говорить в этом случае, силы ветра в балах, шкала Бофорта, по которой весь интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с различными эффектами, производимыми ветром разной скорости, такими, как степень волнения на море, качание ветвей деревьев, распространение дыма из труб. Каждая градация скорости ветра имеет определенное название.

Таблица 1

Характеристика скорости ветра по шкале Бофорта

Скорость ветра	Внешние признаки	Характеристика ветра
Баллы	м/с
0	0-0,5	Штиль	Полное отсутствие ветра. Дым поднимается отвесно
1	0,6-1,7	Тихий	Дым отклоняется от вертикального направления, позволяя определить направление ветра. Зажженная спичка не гаснет, но пламя заметно отклоняется
2	1,8-3,3	Легкий	Движение воздуха можно определить лицом. Шелестят листья. Пламя зажженной спички быстро гаснет
3	3,4-5,2	Слабый	Заметно колебание листьев деревьев. Развеваются легкие флаги.
4	5,3-7,4	Умеренный	Колеблются тонкие ветки. Поднимается пыль, клочки бумаги
5	7,5-9,8	Свежий	Колеблются большие ветки. .На воде поднимаются волны.
6	9,9-12,4	Сильный	Раскачиваются большие ветки. Гудят провода
7	12,5-19,2	Крепкий	Качаются стволы небольших деревьев. На водоемах пенятся волны.
8	19,3-23,2	Буря	Ломаются ветви. Движение человека против ветра затруднено. Опасен для судов, буровых вышек и сходных сооружений.
9	23,3-26,5	Сильная буря	Срываются дымовые трубы и черепица с крыши, повреждаются легкие постройки.
10	26,6-30,1	Полная буря	Деревья вырываются с корнем, значительные разрушения легких построек
11	30,2-35,0	Шторм	Ветер производит большие разрушения легких построек
12	Больше 35	Ураган	Ветер производит значительные разрушения

Для более полной оценки производимых сильными ветрами разрушений американской Национальной службой погоды шкала Бофорта была дополнена:

·  12.1 балов, скорость ветра 35 -42м/с. Сильный ветровал. Значительные разрушения легких деревянных построек. Валятся некоторые телеграфные столбы.

·  12.2, 42-49 м/с. Разрушаются до 50% легких деревянных построек, в прочих постройках - повреждения дверей, крыш, окон. Штормовой нагон воды на 1,6-2,4 м выше нормального уровня моря.

·  12.3, 49-58 м/с. Полное разрушение легких домов. В прочных постройках - большие повреждения. Штормовой нагон - на 1,5-3.5 м выше нормального уровня моря. Серьезное нагонное наводнение, повреждение зданий водой.

·  12.4 , 58-70 м/с. Полный ветровал деревьев. Полное разрушение легких и сильное повреждение прочных построек. Штормовой нагон - на 3,5-5,5 выше нормального уровня моря. Сильная абразия берегов. Сильные повреждения нижних этажей зданий водой.

·  12.5 более 70 м/с. Многие прочные постройки разрушаются ветром, при скорости 80-100 м/с - также каменные, при скорости 110м/с - практически все. Штормовой нагон выше 5,5 м. Интенсивные разрушения наводнением.

Скорость ветра на метеостанциях измеряют анемометрами, если прибор самопишущий, то он называется анемографом. Анеморумбограф определяет не только скорость, но и направление ветра в режиме постоянной регистрации. Приборы для измерения скорости ветра устанавливают на высоте 10-15 м над поверхностью и измеренный ими ветер называется ветром у земной поверхности.

Направление ветра определяют, назвав точку горизонта, откуда дует ветер или угол, образуемый направлением ветра с меридианом места, откуда дует ветер, т. е его азимут. В первом случае различают 8 основных румбов горизонта: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад, и 8 промежуточных. 8 основных румбов направления имеют следующие сокращения (русские и международные): С-N, Ю-S, З-W, В-E, СЗ-NW, СВ-NE, ЮЗ-SW, ЮВ-SE.