- •Міністерство освіти і науки України
- •Содержание
- •Вступление
- •1. Предмет и задачи навигационной гидрометеорологии.
- •2. Метеорологические елементы и явления.
- •3. Состав и строение атмосферы.
- •4. Солнечная радиация и ее ослабление в атмосфере.
- •5. Теплообмен океана и атмосферы.
- •7. Температурные инверсии.
- •8. Суточные и годовые колебания температуры.
- •Лекция 2.Вода в атмосфере. Облака и их международная классификация.
- •1. Испарение. Характеристики влажности воздуха
- •2. Суточные и годовые колебания характеристик влажности.
- •3. Конденсация водяного пара ,
- •6. Атмосферные осадки их классификация.
- •8. Связь облачных структур с типом погоды.
- •2. Изменчивость атмосферного давления.
- •4. Формы барического рельефа.
- •5. Зональность в распределении атмосферного давления.
- •1. Всемирная служба погоды и ее значение для морского транспорта.
- •2. Штатные приборы и регламент гидрометеорологических наблюдений.
- •4. Классификация синоптических карт.
- •7. Местные признаки погоды.
- •1. Ветер и его характеристики.
- •2. Причины возникновения ветра.
- •3. Силы, действующие в атмосфере.
- •4. Градиентный и геострофический ветер.
- •5. Изменчивость ветра.
- •6. Периодические и местные ветры.
- •Лекция 6. Воздушные массы и атмосферне фронты. Циклоны и антициклоны, .Погода в них
- •2. Классификации (термодинамическая и географическая) воздушных масс.
- •3. Особенности погоды в зоне воздушных масс
- •4. Атмосферные фронты и их характеристики.
- •5. Особенности погодных условий атмосферных фронтов.
- •6. Природа возникновения циклонов.
- •7. Стадии развития циклонов.
- •8. Погода в циклонах и барических ложбинах.
- •9. Признаки приближения циклонов.
- •10. Понятие антициклона, особенности его формирования и перемещения.
- •11. Стадии развития антициклона.
- •12. Погода в антициклоне.
- •13. Признаки приближения антициклона.
- •Лекция 7. Тропические циклоны
- •2. Зарождение и строение тропических циклонов.
- •3. Районы зарождения и основные пути тропических циклонов.
- •4. Стадии развития и траектории движения тропических циклонов.
- •5. Погода в тропических циклонах.
- •7. Определение положения судна относительно центра тропического циклона.
- •3. Химический состав и физические свойства морской воды
- •5. Классификация морских льдов.
- •6. Географическое распределение льдов в Мировом океане.
- •7. Навигационные пособия по льдам
- •8. Классификация морских волн.
- •9. Элементы волн
- •11. Навигационные пособия по волнению моря.
- •13. Классификация морских течений.
- •14. Методы и приборы для определения морских течений
- •Рекомендованная литература
2. Причины возникновения ветра.
Мерой неравномерности распределения давления является горизонтальный барический градиент. Воздух стремится двигаться от высокого давления к низкому по наиболее короткому пути – по направлению барического градиента, т. е. по нормали к изобарическим поверхностям. Следовательно, барический градиент есть сила, сообщающая воздуху ускорение, т. е. вызывающая ветер и меняющая скорость движения частиц воздуха – скорость ветра. Барическим градиентом называется изменение атмосферного давления на единицу удаления в направлении, перпендикулярном к изобарической поверхности в данной точке, в сторону уменьшения атмосферного давления.
В метеорологии рассматривают силу барического градиента действующую на единицу массы:
Gr = - (12)
По направлению эта сила в каждой точке барического поля совпадает с направлением нормали к изобаре в сторону убывания давления. Для стандартной атмосферы (р = 1,273 • 10-3 г/см3) и среднего годового горизонтального барического градиента для Земли в 1–2 гПа/111 км получаем, что сила горизонтального барического градиента создает ускорение частицы воздуха около 0,1–0,2 см/с2. Через час это ускорение разовьет скорость ветра 3–8 м/с.
Следовательно, на планете всегда есть условия для возникновения горизонтальных перемещений воздуха, т. е. ветра.
Только сила горизонтального барического градиента и приводит воздух в движение и увеличивает его скорость. Все другие силы, которые проявляються при движении воздуха, могут лишь замедлить движение и от клонять его от направления градиента.
3. Силы, действующие в атмосфере.
Все силы, рассматриваемые в метеорологи, беруться на единицу массы. Если давление в горизонтальной плоскости неоднаково, то возникает поток воздуха в сторону наименьшего давления. Другими словами, возникает сила, заставляющая воздух двигаться. Она называется солой барического градиента и на единицу массы равна:
Gr = - ,(13)
где ρ – плотность воздуха. Градиент давления dp/dn направлен в сторону роста давления. Движение, вызванное разностью давления, направлено в противоположную сторону. Поэтому, чтобы значения силы барического градиента было противоположным, в уравнении ставят знак минус.
Кроме этого есть еще и другие силы, которые оказывают влияние на движение воздуха. Это силы Кариолиса К, центробежная сила Z, трения Fтр и сила тяжести g.
Сила Кариолиса К или, иначе, отклоняющая сила вращения Земли, является инерционной кажущейся силой. Она возникает потому, что Земля вращается вокруг своей оси и на единицу массы равна:
K = 2ω С sinφ, (14)
где ω угловая скорость вращения Земли, равная ω = 2 π /Т, где Т – период обращения Земли вокруг своей оси, Т = 24*60*60с;
С –скорость движения воздуха;
φ – широта места.
Таким образом, сила Кариолиса зависит от скорости движения и широты места. Сила Кариолиса действует только на движущиеся тела перпендикулярно направлению движения. Она наибольшая на полюсах, а на экваторе – равна нулю. В результате, тела перемещаются вдоль земной плоскости, отклоняются в северном полушарии вправо, а в южном – влево от перво начального направления их движения.
Центробежная сила Z. Центробежная сила является также кажущейся, инерционной силой, возникающей при движении по криволинейной траектории. Она направлена по радиусу от центра и на единицу массы равна:
Z = C2 /r, (15)
где r – радиус кривизны.
Аналитическое выражение для силы трения Fтр имеет сложный вид. В навигации решаются задачи в, так называемой геострофической модели, без учета силы трения, а сила трения вводится затем коэффициентом. И, наконец, есть еще известная всем сила тяжести g. Она часто рассматривается как константа.
Сила тяжести g. Несравненно больше других сил (9,81 ~ 10 м/с2 ). Она действует вдоль вертикальной оси. Однако мы не замечаем в атмосфере заметных вертикальных движений, направленных к поверхности Земли (вниз). Это связано с тем, что такая большая сила уравновешивается столь же большой силой барического градиента по вертикали. Из основного уравнения статики следует:
g = -dp/dz (16)
Как видим, в левой части уравнения стоит сила тяжести, а в правой записана сила барического градиента по вертикали. Вертикальный барический градиент – большая величина, а значит и сила барического градиента велика. Аналогично, можно констатировать, что очень большая сила барического градиента по вертикали, не вызывает движений вверх так как уравновешивается силой тяжести. Эти силы находятся на одной оси, направленные в разные стороны и обычно уравновешивают друг друга.
Таким образом, на ветер, под которым мы понимаем горизонтальное движение воздуха, сила тяжести g не влияет. Ее проекция на горизонтальную плоскость равна нулю. Силы Кариолиса К и центробежная сила Z появляются лишь после того, как уже возникло движение. То есть, единственной силой, вызывающей движение воздуха, является сила барического градиента по горизонтали Gr. Разность давлений в разных местах порождает движение воздуха, стремящееся сгладить эти различия. Остальные сила разворачивают движение относительно первоначального направления и тормозят его.