Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Вопрос 9. Градиентный ветер. Барический закон ветра.

Градиентный ветер (U_g) – установившееся движение воздуха при отсутствии силы трения. Если центробежная сила равна нулю, то градиентный ветер называется геострофическим.

Геострофический ветер формируется под действиемсилы горизонтального барического градиента и силы Кориолиса. При установившемся движении эти силы уравновешиваются.

Ветер в свободной атмосфере направлен таким образом, что если встать лицом по направлению воздушного потока, то низкое давление воздуха будет находиться слева, а высокое давление - справа от наблюдателя. Эта законо­мерность носит название барического закона ветра для свободной атмо­сферы. Закон отражает связь между барическим полем и ветром в атмосфере.

Если в северном полушарии наблюдатель стоит лицом по направлению вет­ра, то область низкого давления будет располагаться слева и несколько впереди, а область высокого давления - справаи несколько позади от наблюдателя. Это закон Бейс-Балло или барический закон ветра для пограничного слоя атмо­сферы.

Вопрос 10. Барические системы.

Ложбина на приземной карте погоды (барическая ложбина) — вытянутая область пониженного атмосферного давления с незамкнутыми изобарами. Ось ложбины - линиянаименьшего давления воздуха вдоль барической ложбины.

Гребень на приземной карте погоды (барический гребень) - вытянутая область повышенного атмосферного давления с незамкнутыми изобарами. Ось гребня - линия наибольшего давления воздуха вдоль гребня.

Седловина на приземной карте погоды - барическое поле с незамкнуты­ми изобарами между двумя циклонами и антициклонами, расположенными крест-накрест.

Вопрос 11. Силы, действующие в атмосфере.

Ветер воз­никает под действием силы горизонтального барического градиента (G), которая определяется по формуле:

G=-(1/ρ)*(ΔP/ΔS)

где ρ - плотность воздушной частицы; -(ΔP/ΔS) горизонтальный барический градиент, характеризующий распределение атмосферного давления по гори­зонтали и равный изменению давления воздуха на единицу наименьшего расстояния между изобарическими поверхностями.

Сила горизонтального барического градиента равна ускорению, которое полу­чает воздушная частица под действием горизонтального барического градиента. Эта сила направлена по кратчайшему расстоянию между изобарическими поверх­ностями в сторону понижения давления воздуха в горизонтальном направлении. Под действием силы горизонтального барического градиента воздушная частица начинает перемещаться из области высокого давления в область низкого давления.

Сила Кориолиса (А) - отклоняющая сила вращения Земли, всегда дейст­вует в направлении, перпендикулярном направлению движения воздушной частицы. Эта сила направлена по отношению к вектору ветра в северном по­лушарии вправо, а в южном полушарии - влево.

Сила Кориолиса, действующая на воздушную частицу, определяется по формуле

где ω - угловая скорость вращения Земли; φ- географическая широта; U -скорость ветра. На экваторе сила Кориолиса равна нулю, а на полюсе прини­мает максимальное значение, равное 2 ωU.

Сила трения всегда направлена в сторону, противоположную направле­нию движения воздушной частицы, Сила трения значительна в пограничном слое атмосферы, уменьшается с увеличением высоты и близка к нулю на уровне трения.

Сила трения, действующая на воздушную частицу, определяется по фор­муле

где U - скорость ветра, k - коэффициент трения, характеризующий шерохо­ватость (неровности) подстилающей поверхности.

Центробежная сила (С) возникает при движении воздушной частицы по криволинейной траектории и направлена по радиусу кривизны траектории от центра вращения.

С=U^2/r

Вопрос 12. Ветер в слое трения в циклонах и антициклонах.

В пограничном слое атмосферы при отсутствии центробежной силы и ус­тановившемся горизонтальном движении воздуха сила горизонтального ба­рического градиента уравновешивается равнодействующей сил Кориолиса и трения.

Если в северном полушарии наблюдатель стоит лицом по направлению вет­ра, то область низкого давления будет располагаться слева и несколько впереди, а область высокого давления - справа и несколько позади от наблюдателя. Это закон Бейс-Балло или барический закон ветра для пограничного слоя атмо­сферы.

При наличии силы трения ветер отклоняется от направления градиентно­го ветра влево, т.е. против часовой стрелки. Угол отклонения вектора ветра от градиентного над сушей составляет' примерно 30°, а над морем 20°, т.к. над сушей коэффициент трения больше, чем над морем.

В циклоне в слое трения сила горизонтального барического градиента уравновешивается силами Кориолиса, трения и центробежной силой:

В антициклоне равнодействующая сил горизонтального барического гра­диента и центробежной уравновешивается равнодействующей сил Кориолиса и трения:

Вопрос 13. Изменение ветра с высотой в разных частях циклонов и антициклонов. Термический ветер.

В различных частях циклонов и антициклонов в свободной атмосфере ве­тер по высоте изменяется по-разному. Предположим, что в северном полу­шарии горизонтальный градиент средней температуры в некотором слое ат­мосферы направлен с юга на север. Тогда изотермические поверхности и термический ветер направлены с запада на восток.

Рассмотрим изменение ветра с высотой в различных частях циклона. На рис. 3.3 сплошные линии - изобары - линии пересечения изобарических по­верхностей с горизонтальной плоскостью. Пунктирные линии - изотермы - ли­нии пересечения изотермических поверхностей с горизонтальной плоскостью.

Предположим, что циклон движется с запада на восток, тогда восточная часть циклона является его передней частью. В передней части циклона гра­диентный ветер на нижнем уровне слоя атмосферы направлен с юга на север, т.е. из области тепла в область холода.

С увеличением высоты ветер усиливается и поворачивает вправо относи­тельно ветра на нижнем уровне. Таким образом, в передней части циклона наблюдается адвекция тепла, правое вращение и усиление ветра с уве­личением высоты.

В западной части циклона, которая является его тыловой частью, ветер на нижнем уровне слоя атмосферы направлен с севера на юг, т.е. из области хо­лода в область тепла. Ветер на верхнем уровне слоя атмосферы усиливается и поворачивает влево относительно ветра на нижнем уровне. Таким образом, в тыловой части циклона наблюдается адвекция холода, левое вращение и усиление ветра с увеличением высоты.

В южной части циклона, которая соответствует его тёплому сектору, тер­мический ветер совпадает по направлению с градиентным ветром на нижнем уровне слоя атмосферы. Поэтому в тёплом секторе наблюдается ней­тральная адвекция температуры, ветер усиливается с высотой, не меняя направления.

В северной части циклона термический ветер направлен в противополож­ную сторону относительно направления градиентного ветра на нижнем уров­не слоя атмосферы, наблюдается нейтральная адвекция температуры. Над се­верной частью циклона на некоторой высоте имеется уровень обращения ветра, где скорость ветра равна нулю.

Термический ветер - ветер, обусловленный наличием горизонтального градиента средней температуры в некотором слое атмосферы. Термический ветер направлен перпендикулярно горизонтальному градиенту средней тем­пературы слоя так, что холодный воздух находится слева, а тёплый воздух -справа от направления движения.

Вопрос 14. Наблюдение за ветром на аэродромах.

При метеорологическом обеспечении полётов авиационные специалисты получают информацию о метеорологическом ветре, направление которого выражается в десятках градусов и определяется азимутом той части горизон­та, откуда ветер дует. Метеорологический ветер отличается по направле­нию от навигационного ветра на 180°.(в чем измеряется)

Истинный ветер - фактический ветер, направление которого отсчитыва­ется от северного направления географического (истинного) меридиана.

Магнитный ветер - ветер, направление которого отсчитывается от се­верного направления магнитного меридиана. Магнитный ветер сообщается в местных сводках погоды по аэродрому. Период осреднения магнитного ветра составляет две минуты. При определении направления магнитного ветра положительное магнит­ное склонение отнимается от направления истинного ветра, а отрицательное магнитное склонение прибавляется к направлению истинного ветра. Поло­жительное магнитное склонение является восточным, а отрицательное магнит­ное склонение - западным. Магнитное склонение не учитывается, если оно составляет по абсолютной величине менее 5 градусов

Приземный ветер на аэродромах должен измеряться на высоте около 10 м от уровня взлётно-посадочной полосы. Допустимая погрешность определе­ния направления приземного ветра на аэродроме составляет ± 10°.

Вопрос 15. Облака, характеристики облаков.

Облако - скопление взвешенных в атмосфере капель воды и/или кри­сталлов льда на некоторой высоте от поверхности земли. Капли воды и ледя­ные частицы в облаке называются облачными элементами.

Водность облака (г/м³) - масса капель воды, содержащихся в единичном объёме облака. Ледность облака (г/м³) - масса ледяных частиц, содержащих­ся в единичном объёме облака.

В зависимости от расположения высоты нижней границы облаков (НГО) различают четыре семейства облаков:

1. Облака верхнего яруса - НГО выше 6 км - перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые.

2. Облака среднего яруса - НГО от 2 до 6 км - высококучевые и высо­кослоистые.

3. Облака нижнего яруса - НГО ниже 2 км - слоисто-кучевые, слоистые и слоисто-дождевые.

4. Облака вертикального развития — кучевые и кучево-дождевые, НГО ниже 2 км, вершины этих облаков могут достигать тропопаузы и проникать в стратосферу.

Вопрос 17. Генетическая классификация облаков.

По генетическому принципу, т.е. по условиям образования, различают три типа облаков:

1. Слоистообразные облака - слоисто-дождевые, высокослоистые пери­сто-слоистые и некоторые разновидности перистых облаков.

2. Кучевообразные облака— кучевые, кучево-дождевые и определённые виды слоисто-кучевых, высококучевых и перисто-кучевых облаков.

3. Волнистообразные облака - определённые виды слоистых, слоисто-кучевых, высококучевых и перисто-кучевых облаков.

Вопрос 18. Адиабатические процессы в атмосфере.

Адиабатическим процессом в атмосфере называется тер­модинамический процесс, при котором изменение состояния частицы возду­ха происходит без теплообмена её¹ с окружающей средой.

Двигаясь вверх, воздушная частица попадает в менее плотные слои атмо­сферы и расширяется. При этом совершается работа за счёт внутренней энер­гии частицы, температура её понижается. При нисходящем движении части­ца попадает в слои с большим давлением воздуха и сжимается. Работа по сжатию частицы, совершаемая внешними силами, переходит во внутреннюю энергию частицы, поэтому температура её повышается. Таким образом, под­нимающаяся частица охлаждается, а опускающаяся - нагревается.

Различают сухоадиабатический и влажноадиабатический процессы в ат­мосфере. При сухоадиабатическом процессе происходит адиабатическое из­менение состояния сухой или ненасыщенной водяным паром частицы возду­ха. Сухоадиабатический закон выражается уравнением сухо адиабатического процесса или уравнением Пуассона, которое связывает изменения темпера­туры и давления частицы:

При подъёме насыщенной частицы воздуха от уровня конденсации состоя­ние частицы изменяется в соответствии с влажноадиабатическим законом. Этот закон характеризует Влажноадиабатический процесс — изменение физического состояния насыщенной частицы воздуха. При подъёме насыщенной частицы происходит конденсация водяного пара, вследствие чего выделяется в большом количестве теплота конденсации, равная теплоте парообразования (2501000Дж/кг).

Тепло конденсации расходуется на совершение части работы по расшире­нию частицы. Поэтому температура поднимающейся частицы при влажноадиабатическом процессе понижается на меньшую величину, чем при сухоадиабатическом процессе.