13. Силы действующие в атмосфере

Перемещение воздушных частиц происходит в атмосфере под действием нескольких сил: силы барического градиента, силы Кориолиса, центробежной силы, силы трения.

Сила барического градиента Сила барического градиента – единственная движущая сила. Другие силы – отклоняющая сила вращения Земли (сила Кориолиса), сила трения, центробежная сила (при криволинейном движении воздушных частиц), действуют как модифицирующие, т.е. либо отклоняют, либо тормозят уже возникшее движение.

_{Сила барического градиента} G имеет составляющие вдоль горизонтальных и вертикальной осей координат: G_x, G_y, G_z:

Горизонтальная слагающая силы барического градиента (в метеорологии её принято называть просто силой барического градиента) в десятки тысяч раз меньше вертикальной (численная её величина имеет порядок 0.1 см∗сек^-2). Однако при непрерывном действии силы горизонтального барического градиента равномерно-ускоренное движение воздуха быстро приобрело бы весьма значительную скорость (несколько десятков м/с).

Этому препятствует наличие других сил в атмосфере, которые действуют при уже начавшемся движении – модифицирующих сил.

Отклоняющая сила вращения Земли Если на поверхности Земли, вращающейся с угловой скоростью ω, находится движущаяся со скоростью V (скорость относительно Земли) воздушная частица (или любое тело), то на неё действует сила Кориолиса – отклоняющая сила вращения Земли (К). Сила К физически представляет собой лишь эффект инерции, которому подвержено любое движение на вращающейся Земле, независимо от направления:

KV=−[2ωV],

Сила Кориолиса пропорциональна скорости V и направлена перпендикулярно вектору скорости V и ω/

K возрастает с увеличением широты ϕ от экватора, где ϕ=0, к полюсу, где ϕ=90°. Кроме того, K возрастает с увеличением скорости перемещения движущегося тела или воздушной массы.

Сила Кориолиса действует на все движущиеся тела или частицы воздуха, отклоняя их в северном полушарии вправо (в южном – влево) от направления движения.

Сила трения Сила трения R {R_x, R_y, R_z} оказывает тормозящее действие на перемещение воздушных масс. Основное её воздействие проявляется в приземном слое атмосферы и приводит к уменьшению величины скорости ветра и угла между вектором скорости ветра и барическим градиентом. Угол отклонения ветра от барического градиента в приземном слое составляет уже около 40°.

С высотой действие силы трения уменьшается, и ветер, поворачивая с высотой вправо, приближается к изобаре (изогипсе) по направлению и возрастает по скорости. Над сушей сила трения больше чем над морем, следовательно, отклонение ветра от изобары проявляется над сушей сильнее.

Центробежная сила При криволинейном движении на перемещающиеся воздушные частицы действует центробежная сила С, обусловленная вращением Земли вокруг оси. Центробежная сила. направлена по радиусу кривизны r траектории от центра кривизны к периферии и пропорциональна скорости движения и численно равна C=V²/r, где V – скорость ветра. Центробежная сила особенно значительна в тропических циклонах с их большими скоростями ветра и малыми радиусами кривизны (большая кривизна траекторий воздуха), а также в маломасштабных вихрях – смерчах, торнадо.

14. Принципы составления карт прогноза погоды.

Для анализа атмосферных процессов и прогноза погоды используются различные сред­ства.

Карты погоды: а) призем­ные, б) высотные.

Диаграммы и графики:

а) аэрологические диаграммы,

б) вертикальные разрезы,

в) вспомогательные номограммы, таблицы и графики.

Приземные карты погоды со­ставляются путем нанесения данных, содержащихся в метео­рологических телеграммах. По­рядок нанесения данных и при­меняемые условные знаки (сим­волы) определяются соответст­вующими Наставлениями по службе погоды. Условные знаки (символы) подвергались изменениям в 1930, 1936, 1950 и 1974 гг., что следует иметь в виду при использовании карт погоды прошлых лет, например, в исследовательских целях. Схема нанесения данных на карту и условные знаки должны быть хорошо усвоены синоптиком для правильного «чтения» карты погоды. Па приземные карты погоды наносится большой комплекс метео­рологических величин и явлении погоды, поэтому они являются наиболее информативными. В зависимости от назначения составляются приземные карты по­годы различных территории: полушарии (иногда для исследователь­ских целей составляются карты всего земного шара), части конти­нентов или океанов (основные карты), нескольких административных районов (кольцевые карты, или кольцовки).

Для анализа состояния полей метеорологических величин на различных высотах но данным вертикального зондирования атмо­сферы составляются высотные карты погоды: карты барической топографии и изэнтропические карты. Изэнтропическая карта — карта топографии (высот над уровнем моря) поверхности равной потенциальной температуры (Q = const), а следовательно, и поверхности равной энтропии|ɸ сухого воздуха, поскольку ɸ ср =LnQ = const.

В настоящее время изэнтропические карты составляют в основном для исследовательских целей. На них наносят сведения о влажности воздуха и ветре на уровне изэитропической поверхности. Толщина слоя между двумя нзэнтропическими поверхностями характеризует вертикальный градиент температуры воздуха. По пзэнтропическим картам можно проследить перемещение влажных и сухих воздуш­ных потоков и получить ряд полезных для анализа и прогноза погоды характеристик атмосферы. Однако высоты одной и той же изэитроиической поверхности в низких и высоких широтах суще­ственно различаются (иногда на несколько километров.