Движение воздушных масс в атмосфере

Обусловлено следующими факторами:

- сила барического градиента (градиент давления);

- сила Кориолиса;

- геострофический ветер;

- градиентный ветер;

- сила трения.

Барический градиент приводит к тому, что ветер, возникающий благодаря движению воздуха по направлению барического градиента из области более высокого давления в область более низкого давления. Давление атмосферы составляет 1,033 кг/см², измеряется в мм рт.ст., мБ и в гПа.

Изменение давления происходит при перемещении воздуха вследствие его нагревания и охлаждения. Главная причина переноса воздушных масс – конвективные потоки – подъём тёплого воздуха и замещение его снизу холодным (вертикальный конвекционный поток). Встречая слой воздуха повышенной плотности, они растекаются, образуя горизонтальные конвекционные потоки.

Сила Кориолиса – отталкивающая сила. Возникает при вращении Земли. Под её действием ветер отклоняется в Северном полушарии – вправо, в Южном – влево, т.е. в Северном отклоняется к востоку. Ближе к полюсам отклоняющая сила возрастает.

Геострофический ветер.

В умеренных широтах сила градиента давления и сила Кориолиса уравновешиваются, при этом воздух не перемещается из области повышенного давления в область пониженного, а перетекает между ними параллельно изобарам.

Градиентный ветер - это круговое движение воздуха параллельно изобарам под воздействием центробежных и центростремительных сил.

Воздействие силы трения.

Трение воздуха о земную поверхность нарушает баланс между силой горизонтального барического градиента и силой Кориолиса, замедляет движение воздушных масс, изменяет их направление так, что поток воздуха движется не по изобарам, а пересекает их под углом.

С высотой действие трения ослабляется, отклонение ветра от градиента возрастает. Изменение скорости и направление ветра с высотой называется спиралью Экмана.

Средняя многолетняя спираль ветра у Земли составляет 9,4 м/с, она максимальна у Антарктиды (до 22 м/с), иногда порывы достигают 100 м/с.

С высотой скорость ветра увеличивается и достигает сотен м/с. Направление ветра зависит от распределения давления и отклоняющего действия вращения Земли. Зимой ветры направлены с материка на океан, летом – с океана на материк. Местные ветры называют бриз, фен, бора.

Модели циркуляции атмосферы

В атмосфере постоянно образуются вихри из-за различного атмосферного давления и отклоняющего действия вращения Земли.

В замкнутой области пониженного давления воздух устремляется к центру, отклоняясь вправо в северном полушарии и влево – в южном. В центре он поднимается и растекается в стороны, образуется восходящий вихрь – циклон. При этом у поверхности формируется область пониженного давления с циклической системой ветров (от периферии к центру). Такие подвижные барические минимумы называются циклонами.

Убыль массы воздуха в воздушном столбе над определенной площадью поверхности (единицей площади) приводит к падению давления, увеличение – к росту.

Давление атмосферы на земную поверхность, его распределение в пространстве и во времени называется барическим полем. Оно постоянно.

В замкнутой области повышенного давления формируется нисходящий вихрь – антициклон.

Разность атмосферного давления между двумя областями вызывает горизонтальное перемещение воздушных масс – ветер. Восходящие воздушные массы (циклональный тип) создают условия для конденсации влаги и выпадения осадков. Нисходящие воздушные массы (антициклональный тип) исключают эти процессы. В этих массах происходит нагревание и понижение влажности воздуха. С ними связана сухая, ясная, безоблачная погода.

В восходящих потоках воздух адиабатически охлаждается, водяной пар конденсируется, выпадают осадки. Пограничные слои, разделяющие воздушные массы, называются атмосферными фронтами. Диаметр вихрей (циклонов, антициклонов) достигает 3-4 тыс. км, высота – 20 км.

Главная причина переноса воздушных масс – конвекция, т.е. подъем легких воздушных масс и замещение их снизу холодными.

Сильнее всего прогревается воздух на экваторе. Вертикальные конвекционные потоки на высоте переходят в горизонтальные. Теплый воздух частично охлаждается и в средних широтах опускается, компенсируя убыль воздушной массы за счет конвекционного подъема (происходит за сутки – быстро, поэтому энергии расходуется очень мало).

Из-за вращения Земли верхние ветры в северном и южном полушариях отклоняются и становятся западными, а нижние ветры, направляющиеся к экватору, приобретают восточное направление. Такие ветры над океаном в тропических широтах называются пассаты.

Нагреваясь от поверхности, воздух расширяется и устремляется вверх. Достигнув высоты, на которой его плотность больше плотности окружающего воздуха, он растекается в стороны, поэтому давление на тёплую поверхность уменьшается, на другие участки увеличивается.

+ + + + + - повышенное давление

- - - - - - - пониженное давление

В экваториальных широтах давление всегда пониженное, в тропических широтах – область повышенного давления. Над холодной поверхностью в Арктике и Антарктиде давление повышенное, его создаёт воздух, приходящий из умеренных широт, на место уплотнившегося холодного воздуха. Отток воздуха в полярные широты – причина понижения давления в умеренных широтах. Воздух, перемещающийся от большего давления к меньшему по кратчайшему пути, отклоняется влево - в южном полушарии, вправо - в северном.