6.Адиабатические процессы в атмосфере.

Атмосферный воздух может нагреваться или охлаждаться, соприкасаясь с более теплыми или холодными телами, заимствуя у них или отдавая им теплоту. Также воздух может сам излучать и поглощать энергию в виде энергии видимых или невидимых лучей. Однако существуют и такие процессы, при которых температура воздуха меняется, хотя воздух при этом не получает и не отдает теплоты окружающим телам. Адиабатический процесс в атмосфере - изменение температуры воздуха, протекающее без теплообмена с окружающей средой, только за счет внутренней энергии воздушных масс при их перемещении. При этом внутренняя энергия и температура воздуха изменяются за счет работы сжатия или расширения. При сжатии давление и внутренняя энергия воздуха возрастают, и температура повышается. При расширении давление и внутренняя энергия убывают, и температура падает. При адиабатическом процессе воздушная масса, поднимаясь в более разреженные слои атмосферы, расширяется и охлаждается, при опускании в более плотные слои - сжимается и нагревается. Расчет и измерения показывают, что подъем воздуха на 100 м сопровождается охлаждением приблизительно на 1 К. Проявления действия адиабатических процессов в атмосфере весьма многочисленны и разнообразны. Например, воздушный поток на своем пути встречает высокий горный хребет и вынужден подниматься по его склонам вверх. Восходящее движение воздуха сопровождается его охлаждением. Поэтому климат горных стран всегда холоднее климата ближайших равнин, и на больших высотах господствует вечный мороз. Когда воздушная масса опускается, она сжимается и при сжатии нагревается. Если воздушный поток, перевалив через горный хребет, спускается вниз, он снова нагревается. По-особому протекает адиабатический процесс охлаждения во влажном воздухе. Когда воздух достигает при своем постепенном охлаждении точки росы, водяной пар начинает в нем конденсироваться. Так образуются мельчайшие капли воды, из которых состоит туман или облако. Адиабатический процесс, при котором идет одновременно конденсация пара, называется влажно-адиабатическим.

7.Ветер. Связь ветра с изменениями давления. Скорость и направление ветра.

Ветром называется горизонтальное движение воздуха. Причиной возникновения ветра является неравномерное распределение атмосферного давления по земной поверхности. При этом воздух движется из области высокого давления в область низкого. Ветер характеризуется скоростью и направлением. Ветры над обширными пространствами, охватывающие также большую или меньшую толщину атмосферы, образуют воздушные течения.

Силой, приводящей в движение некоторый объем воздуха, увеличивающей его скорость, является сила горизонтального градиента давления. Все другие силы, проявляющиеся при движении ветра, могут лишь замедлять движение и отклонять его от направления градиента. К этим силам относятся сила трения о земную поверхность, внутреннее трение воздуха и отклоняющая сила, возникающая в результате суточного вращения Земли (сила Кариолиса). Ветры, наблюдаемые у земной поверхности, весьма разнообразны. Их обычно делят на три группы: местные ветры, вызванные местными условиями (температурой); ветры циклонов и антициклонов; ветры, являющиеся частью общей циркуляции атмосферы.

Под местными ветрами понимаются ветры, отличающиеся какими-либо особенностями от главного характера общей циркуляции атмосферы, но закономерно повторяющиеся и оказывающие заметное влияние на режим погоды в данной местности. Возникновение местных ветров связано главным образом с крупными водоемами (бризы) или горами (фён, бора, горно-долинные), а также с изменением общей циркуляции атмосферы местными условиями (самум, сирокко, хамсин).

К местным ветрам термического происхождения относятся бризы (франц. - brise - легкий ветер). Это ветры по берегам морей, озер, крупных рек, которые дважды в сутки меняют направление на противоположное из-за различного нагревания суши и воды. Днем суша нагревается быстрее, чем вода, и над ней устанавливается более низкое атмосферное давление. Поэтому дневной бриз дует с акватории на нагретое побережье. Ночной (береговой) бриз дует со стороны быстро остывшей суши в сторону водоема. Бризы особенно развиты летом в условиях антициклональной погоды, когда термические контрасты между сушей и водоемами достигают наибольших значений (порядка 20 °С). Они охватывают слой воздуха в сотни метров и проникают в глубь суши (моря) на несколько километров или десятки километров.

Горно-долинные ветры - ветры с суточной периодичностью, схожие с бризами. Днем долинный ветер дует вверх по долине, а также вверх по горным склонам. Ночью горный ветер дует вниз по склону и по долине, в сторону равнины. Днем склоны гор теплее окружающего воздуха, поэтому воздух в непосредственной близости к склону нагревается сильнее, чем воздух расположенный дальше от склона, и в атмосфере устанавливается горизонтальный градиент температуры, направленный от склона в свободную атмосферу. Более теплый воздух начинает подниматься вверх по склону. Такой подъем воздуха приводит к усиленному образованию облаков. Ночью, при охлаждении склонов, условия меняются на противоположные, и воздух стекает вниз по склонам.

Ледниковый ветер, дующий вниз по леднику в горах. Этот ветер не имеет суточной периодичности, температура поверхности ледника в течение всех суток ниже температуры воздуха. Надо льдом господствует инверсия температуры, и холодный воздух стекает вниз.

Фён (нем. Fohn, от лат. favonius - теплый западный ветер) - теплый, сухой порывистый ветер, дующий временами с гор в долины. Возникает в тех случаях, когда воздух перетекает через гребень горного хребта и, опускаясь по подветренному склону, адиабатически нагревается. Температура воздуха при фене резко повышается, а относительная влажность падает иногда до очень малых значений. Высокая температура воздуха при фёне, обусловлена его адиабатическим нагреванием при нисходящем движении. Относительная влажность понижается по мере роста температуры.

Изменение температуры и влажности могут быть значительными и резкими, что может ускорить таяние снегов и сход лавин. При сильном развитии фена на подветренной стороне хребта нередко наблюдается восходящее движение воздуха по горному склону на наветренном склоне. При этом на наветренной стороне хребта произойдет образование облаков и выделение тепла конвекции. Продолжительность фена может быть от нескольких часов до нескольких суток, иногда с перерывами.

Бора (итал. bora от греч. «бореас» - север, северный ветер) - сильный холодный и порывистый ветер, дующий с низких горных хребтов в сторону достаточно теплого моря.

Образуется преимущественно в холодную часть года при вторжениях масс холодного воздуха, который, переваливая через невысокие хребты (обычно 300-600 м), сравнительно мало нагревается адиабатически и с большой скоростью «падает» по подветренному склону под действием градиента давления и силы тяжести. Температура воздуха в районе вторжения понижается. Наблюдается преимущественно зимой в местностях, где хребты отделяют внутренние равнины и плоскогорья от теплых морей или крупных водоемов. Особой силы достигает в сужениях рельефа. Бора может наблюдаться и вдали от водоемов, в районах, где этому способствуют местные геоморфологические условия. Бора нередко приводит к катастрофическим последствиям (обледенение судов и др.), поэтому ее прогноз является важной задачей.

Самум - знойный сухой ветер в пустынях Аравийского полуострова и Северной Африки, несущий раскаленный песок и пыль. Возникает при сильном прогреве земли в циклонах и преимущественно при западных и юго-западных ветрах. Шквал длится от 20 мин до 2-3 часов, иногда с грозой. При самуме температуре воздуха повышается до 50 °С, а относительная влажность подходит к 0%.

Сирокко - жаркий, сухой, пыльный южный и юго-восточный ветер из пустынь Северной Африки и Аравийского полуострова, возникающий в передней части циклона. Над Средиземным морем сирокко слегка обогащается влагой, но все же иссушаются ландшафты прибрежных районов Франции, Апеннинского и Балканского полуостровов. Чаще всего дует 2-3 дня подряд, повышая температуру до 35 °С.

В циклонах ветры дуют от периферии к центру, где наиболее низкое давление. При этом в северном полушарии они отклоняются вправо и образуют круговые вихревые поднимающиеся потоки воздуха диаметром до 1000-2000 км против часовой стрелки. В южном полушарии они, соответственно, отклоняются влево и по часовой стрелке.

В антициклонах ветры дуют от центра, где более высокое давление, к периферии. В результате отклонения возникают такие же крупные вихревые опускающиеся потоки воздуха по часовой в северном полушарии и против часовой стрелки в южном.