В экваториальных широтах преобладает повышенное атмосферное давление: Атмосферное давление, движение воздуха, вода в атмосфере, атмосферные осадки

Проверка знаний по географии — презентация онлайн

1. Проверка знаний

13. 17.Установите соответствие между территорией Земли и исследователями и путешественниками, которые её исследовали.

«Ветры.

Движущийся в определенном направлении. На других планетах он представляет собой массу свойственных их поверхности газов. На Земле ветер движется преимущественно горизонтально. Классификация, как правило, осуществляется в соответствии со скоростью, масштабом, типами сил, их вызывающими, местам распространения. Под влиянием потоков находятся различные природные явления и погода. Ветер способствует переносу пыли, семян растений, способствует перемещению летающих животных. Но как появляется направленный воздушный поток? Откуда дует ветер? От чего зависит его продолжительность и сила? И вообще, почему ветры дуют? Об этом и многом другом — далее в статье.

Классификация

В первую очередь ветры характеризуют по силе, направлению и продолжительности. Порывами считаются сильные и кратковременные перемещения (до нескольких секунд) воздушных потоков. Если дует сильный ветер средней продолжительности (примерно минуту), то его называют шквалом. Более продолжительные воздушные потоки называют в соответствии с их силой. Так, к примеру, легкий ветер, дующий на побережье, — это бриз. Есть еще тайфун, Продолжительность ветров может быть также различной. Некоторые длятся несколько минут, например. Бриз, зависящий от перепада температур на поверхности рельефа в течение суток, может продолжаться до нескольких часов. Местная и общая циркуляция атмосферы складываются из пассатов и муссонов. Оба этих типа относятся к категории «глобальных» ветров. Муссоны вызваны сезонными изменениями в температуре и имеют продолжительность до нескольких месяцев. Пассаты — это постоянно перемещающиеся. Они обусловлены разницами температур на различных широтах.

Как объяснить ребенку, почему дует ветер?

Для детей в раннем возрасте это явление представляет отдельный интерес. Ребенок не понимает, где образуется поток воздуха, из-за чего в одном месте он есть, а в другом — нет. Достаточно просто объяснить малышу, что зимой, например, дует холодный ветер из-за низкой температуры. Как же происходит этот процесс? Известно, что воздушный поток представляет собой массу молекул газов атмосферы, совместно перемещающихся в одном направлении. Небольшой по объему воздушный поток, обдувая может свистеть, срывать шапки с прохожих. Но если масса газовых молекул обладает большим объемом и шириной в несколько километров, то она может покрыть достаточно большое расстояние. В закрытых помещениях воздух практически не перемещается. И о его существовании можно даже и забыть. Но если выставить, например, руку из окна движущегося автомобиля, то можно кожей ощутить воздушный поток, его силу и давление. Откуда дует ветер? Движение потока осуществляется вследствие разницы давления в разных участках атмосферы. Рассмотрим этот процесс более подробно.

Разница атмосферного давления

Так почему дует ветер? Для детей лучше привести в пример плотину. С одной стороны высота столба воды, к примеру, три, а с другой — шесть метров. При открытии шлюзов вода перетечет в тот участок, где ее меньше. Примерно то же самое происходит и с воздушными потоками. В разных частях атмосферы давление различно. Это обусловлено разницей в температуре. В теплом воздухе движение молекул осуществляется быстрее. Частицы стремятся разлететься друг от друга в разные стороны. В связи с этим теплый воздух больше разряжен и весит меньше. В результате давление, которое в нем создается, снижается. Если же температура понижена, то молекулы образуют более тесные скопления. Воздух, соответственно, весит больше. Давление при этом повышается. Аналогично воде, воздух обладает свойством перетекать из одной зоны в другую. Так, поток переходит из участка с повышенным давлением в область с пониженным. Вот почему ветры дуют.

Движение потоков около водоемов

Почему ветер дует с моря? Рассмотрим пример. В солнечный день лучи прогревают и берег, и водоем. Но вода нагревается намного медленнее. Это связано с тем, что поверхностные теплые слои незамедлительно начинают смешиваться с более глубокими, и потому холодными слоями. А вот берег нагревается намного быстрее. И воздух над ним более разряжен, а давление, соответственно, ниже. Атмосферные потоки устремляются от водоема к берегу — в более свободную область. Там они, нагреваясь, поднимаются вверх, снова освобождая место. Вместо них появляется снова прохладный поток. Вот так происходит циркуляция воздуха. На пляже отдыхающие могут периодически чувствовать легкий прохладный ветерок.

Значение ветров

Выяснив, почему ветры дуют, следует сказать о том, какое воздействие они оказывают на жизнь на Земле. Ветер имеет большое значение для человеческой цивилизации. Вихревые потоки вдохновляли людей на создание мифологических произведений, расширяли торговый и культурный диапазон, воздействовали на исторические явления. Ветры также выступали в качестве поставщиков энергии для разных механизмов и агрегатов. За счет движения потоков воздуха получили возможность преодолевать значительные расстояния по океанам и морям, а воздушные шары — по небу. Для современных летательных аппаратов ветры имеют большое практическое значение — они позволяют экономить топливо и увеличивать Но следует сказать, что воздушные потоки могут приносить и вред человеку. Так, например, из-за градиентных колебаний ветра может быть потерян контроль над управлением самолета. В небольших водоемах быстрые воздушные потоки и вызванные ими волны могут разрушить постройки. Во многих случаях ветры способствуют увеличению масштаба пожара. В целом, явления, связанные с образованием воздушных потоков, различными способами воздействуют на живую природу.

Глобальные эффекты

Во многих районах планеты преобладают воздушные массы, обладающие определенным направлением движения. В районе полюсов, как правило, преобладают восточные, а в умеренных широтах — западные ветры. При этом в тропиках воздушные потоки принимают снова восточное направление. На границах между данными зонами — субтропическом хребте и полярном фронте — расположены так называемые области затишья. Преобладающие ветры в этих зонах практически отсутствуют. Здесь движение воздуха осуществляется главным образом вертикально. Это объясняет появление зон высокой влажности (близ полярного фронта) и пустынь (около субтропического хребта).

Тропики

В этой части планеты в западном направлении дуют пассаты, приближаясь к экватору. За счет постоянного перемещения этих воздушных потоков происходит перемешивание атмосферных масс на Земле. Это может проявляться в значительных масштабах. Так, к примеру, пассаты, перемещающиеся над Атлантическим океаном, переносят пыль с африканских пустынных территорий в Вест-Индию и некоторые районы Северной Америки.

Локальные эффекты формирования воздушных масс

Выясняя, почему ветры дуют, следует сказать и о влиянии наличия тех или иных географических объектов. Одним из локальных эффектов формирования воздушных масс считается температурный перепад между не слишком удаленными участками. Он может быть спровоцирован разными коэффициентами поглощения света либо различной теплоемкостью поверхности. Сильнее всего последний эффект проявляется между и сушей. В результате возникает бриз. Еще одним локальным фактором, представляющим важность, является присутствие горных систем.

Влияние гор

Эти системы могут представлять собой некий барьер на пути движения воздушных потоков. Кроме этого, горы во многих случаях сами вызывают ветрообразование. Воздух над взгорьями прогревается сильнее, чем атмосферные массы над низменностями на той же высоте. Это способствует формированию зон пониженного давления над горными хребтами и ветрообразованию. Данный эффект часто провоцирует появление горно-долинных атмосферных движущихся масс. Такие ветры преобладают в областях с пересеченной местностью.

Повышение трения у долинной поверхности приводит к отклонению параллельно направленного воздушного потока на высоту расположенных рядом гор. Это способствует формированию струйного высотного течения. Скорость этого потока может превышать силу окружающего ветра до 45%. Как было выше сказано, горы могут выступать в качестве препятствия. При обходе цепи поток меняет свое направление и силу. Перепады в горных хребтах оказывают существенное влияние на движение ветра. Например, если в горной цепи, которую преодолевает атмосферная масса, есть перевал, то поток проходит его с заметным увеличением скорости. В этом случае работает эффект Бернулли. Необходимо отметить, что даже незначительные перепады высот вызывают колебания Из-за существенного градиента скорости воздуха поток становится турбулентным и продолжает таким оставаться даже за горой на равнине на определенном расстоянии. Такие эффекты представляют в некоторых случаях особое значение. Например, они важны для самолетов, осуществляющих взлет и посадку на горных аэродромах.

Ветер — это воздух, находящийся в движении относительно земной поверхности; а движется он вследствие колебаний атмосферного давления. В противном случае ветра не было бы. Разница в давлении существует над регионами, где солнце неравномерно нагревает земную поверхность.

Над теплой поверхностью воздух также нагревается и увеличивается в объеме, соответственно давление его возрастает по сравнению с более прохладными областями.

Воздух можно представить в виде слоев между поверхностями с постоянным давлением (справа), причем самый плотный слой находится внизу. Когда воздух неизменен, его слои — ровные и плоские, как на этапе 1. Но если одна из областей (этап 2, желтый цвет) поглощает определенное количество тепла, то воздух расширяется, давление его увеличивается, и слои воздушного давления также расширяются и приобретают изгиб.

Затем воздух начинает перемещаться из области высокого давления в область низкого давления, отчего высоко над землей возникает ветер (этап 3). Чем больше амплитуда колебаний температур — и, соответственно, давления — между двумя областями, тем сильнее дующий между ними ветер.

Неравномерное нагревание. Солнце нагревает точку В, отчего температура воздуха над ней повышается (справа). Воздух увеличивается в объеме и поднимается, а давление его возрастает.

Конвекция вызывает ветры

Давление воздуха увеличивается с возрастанием температуры. Поэтому, если масса теплого воздуха граничит с массой более холодного, то давление в этих двух массивах будет разным. Эта разница обуславливает конвекционные потоки (этапы 1-4), которые порождают ветер между двумя зонами.

Равновесие. Температура в точках А и В (слева) одинаковая, как и давление над ними. Следовательно, между этими точками нет ветра.

Созидающая сила. Разница в давлении воздуха над точками А и В порождает градиентную силу, которая перемещает воздух из областей высокого давления в области низкого давления. Она же несет часть воздуха, находящегося над точкой В, к точке А, вызывая верхнеатмосферный ветер (красная стрелка) в этом же направлении.

Поверхностные ветры. Воздух, оказавшийся в точке А, заставляет давление расти, в то время как в точке В оно падает. Это порождает поверхностный ветер, стремящийся в направлении, противоположном верхнеатмосферному ветру. Нисходящий поток в А и восходящий поток в В завершают цикл.

Составляя метеорологические карты, ученые опираются на воображаемые атмосферные поверхности, которые называются поверхностями постоянного давления (изогнутые плоскости, сверху). В каждой точке этой поверхности давление неизменно. Когда воображаемая плоскость, параллельная Земле (красный контур), пересекается с поверхностью постоянного давления, метеорологи проводят линию — изобару — отделяющую области с разным давлением воздуха. Воздушная масса между изобарами (темно-синий сегмент) направляется градиентной силой (зеленая стрелка) в область более низкого давления.

Круговые изобары

В областях с разным давлением направление ветра определяется также и центробежной силой. В верхнем слое атмосферы градиентная сила давления, сила вращения и центробежная сила находятся в равновесии, если ветры дуют по часовой стрелке вокруг зоны высокого давления (крайнее слева, вверху) и против часовой стрелки вокруг зоны низкого давления (слева, вверху). Над поверхностью сила трения поворачивает ветер наружу-вверх (крайнее слева, внизу) и внутрь-вниз (слева, внизу).

Земля, как и многие другие небесные тела, окружена атмосферой – оболочкой из газов, которая удерживается вокруг планеты благодаря гравитации, или силе притяжения.

Отдельные молекулы газов, составляющих атмосферу, перемещаются в разных направлениях с различной скоростью. Земная атмосфера весит пять квадриллионов тонн, и давление воздуха в разных ее участках различно. Именно из-за разницы в атмосферном давлении и возникает такое природное явление, как ветер.

Температура воздуха и атмосферное давление

Отдельные участки воздуха в атмосфере имеют разную температуру. В теплых потоках молекулы движутся с высокой скоростью и быстрее разлетаются в разные стороны. именно по этой причине более разрежен, его вес снижается, а создаваемое им атмосферное давление уменьшается.

В участках атмосферы с более холодным воздухом происходит обратное явление: молекулы образуют скопления с высокой плотностью, вес таких участков увеличивается, соответственно, повышается и атмосферное давление.

Воздух всегда перемещается из области повышенного давления в область пониженного. Чтобы понять этот механизм, достаточно представить себе, как работает плотина: если открыть шлюзы между участками с высотой в 7 и 5 метров, то вода потечет туда, где ее уровень изначально был ниже, то есть на участок с меньшей высотой. И это движение продолжится, пока уровень на обоих участках не сравняется.

Аналогичным образом происходит и движение атмосферных масс, что, в свою очередь, и образует такое явление, как ветер.

Бризы, муссоны, пассаты

Представьте себе ясный погожий день у морского побережья. Солнце воздействует и на воду, и на берег, но быстрому нагреву воды мешает ее подвижность: верхние слои, более теплые, постоянно смешиваются с более прохладными нижними слоями. Это мешает воде нагреваться так же быстро, как нагревается берег.

Воздух над берегом оказывается более теплым, чем над морем. И этот теплый воздух довольно быстро расширяется, расстояние между молекулами внутри этой области увеличивается, а давление снижается. В итоге воздух с более высоким давлением (то есть воздух с моря) двигается туда, где давление ниже, то есть в сторону суши, и приносит на побережье прохладу.

Ночью же все происходит наоборот: вода остывает медленнее, чем суша, и ветер начинает дуть с земли на море, воздух над которым теплее, чем над берегом. Этот ветер называют бризом – дневным и ночным. Кстати, направление ветра в горах тоже меняется вместе со временем суток: днем ветер дует из долины в сторону гор, а ночью – с гор в долину.

Бриз меняет направление дважды в сутки. Есть ветры, которые меняют направление дважды в году – летом и зимой; эти ветры называют муссонами. Принцип смены направления аналогичен принципу, согласно которому образуется бриз: над прогретой летом сушей давление воздуха низкое, и прохладный воздух перемещается со стороны океана.


Зимой муссон дует с быстро остывающего берега в строну еще сохраняющей тепло воды. Смена муссонов влечет за собой и перемену погоды: вместо сухой и малооблачной она становится дождливой. Муссоны характерны для восточной части материковой суши – там, где берег соприкасается с широкой полосой океана.

Помимо переменных, Земля имеет и постоянные ветры – пассаты и западные ветры. На протяжении всего года возле поверхности Земли дуют ветры, направленные от 30-х широт с высоким давлением в сторону экватора, где давление ниже. Но, поскольку планета вращается вокруг своей оси, эти ветры словно закручиваются по спирали: в Северном полушарии – на юго-запад с северо-востока, в Южном – с юго-востока на северо-запад.

Западные ветры образуются из-за перемещения воздушных масс от 30-х широт к полюсам. Именно пассаты приносят сухой воздух в Сахару, а западные ветры – влажную и дождливую погоду со стороны Атлантики в Европу.

Скорость, сила и направление ветра

Ученые характеризуют ветры по их скорости и силе. Скорость измеряют в баллах или метрах в секунду (один балл – около двух метров в секунду). Сила ветра зависит от разницы в атмосферном давлении между разными областями: чем эта разница больше, тем мощнее ветер.

Для оценки силы ветра еще в XIX веке была разработана шкала Бофорта, с 1874 года принятая для использования в Международной синоптической практике. На протяжении десятилетий в шкалу вносили изменения и дополнения, и сегодня ветры оценивают по 12-балльной системе.

Например, отсутствие ветра, или штиль, соответствует 0 баллов. Слабый ветер оценивают в 3 балла, свежий – в 5, сильный – в 6 баллов. Ветер силой в 9 баллов – это уже шторм, а в 12 – ураган. Шкалой Бофорта сегодня активно пользуются, прежде всего, в морской навигации.

Любой ветер также характеризуют с точки зрения его направления. Определяется направление, в зависимости от стороны горизонта, с которой дует ветер: если с севера – то ветер северный, если с юга – то южный. Направление ветра зависит не только от разницы в атмосферном давлении, но и от вращения Земли вокруг своей оси.


Ветер – это крупные воздушные потоки, вместе с которыми перемещаются огромные массы молекул газов атмосферы. Эти потоки могут охватывать тысячи километров и облетать всю землю, а могут иметь местные, «локальные» масштабы, как описанные выше ветры у моря и у подножия гор.

Воздух только кажется нам невесомым; чтобы понять, что атмосфера действительно имеет плотность, достаточно выставить руку за окно движущегося автомобиля – вы сразу почувствуете, как вашу руку обтекает поток воздуха.

Элементарные вопросы чаще всего загоняют в тупик. Вроде бы понимаешь и знаешь, откуда берется ветер, но как это правильно сформулировать и красиво выразить мысль? А если спрашивает ребенок, ситуация значительно усложняется. Ведь у него еще толком не представлений об окружающем мире и познаний в области физики.

Откуда появляется ветер?

Чтобы объяснить что-то кому-то другому следует самому разобраться в вопросе. Хотя бы в упрощенном варианте:

• Воздух на нашей планете прогревается не равномерно.
• Разная температура может быть вызвана особенностями рельефа и изменчивой погодой.
• С курса физики можно вспомнить, что более легкий нагретый воздух устремляется вверх.
• Природа пустоты не потерпит, она нуждается в срочном замещении.
• На место «ушедшего вверх» теплого воздуха приходят холодные массы из менее прогретого региона.
• Холодный воздух движется горизонтально, вдоль земли.

Вот и выходит, что если перемещения теплого воздуха вверх мы не ощущаем, то поток холодного воздуха над землей не заметить сложно.

Конечно же, все немого сложнее, свою роль играют зону повышенного и пониженного давления , на формирование ветра и воздушных масс влияет даже солнечный ветер. Но если вдаваться в такие подробности, самостоятельно ничего понять не получится. А ведь еще кому-то «простым языком » это объяснить надо.

Что ответить ребенку на вопрос о ветре?

Конечно же, можно пойти по простому пути и использовать какую-то замену реальному описанию:

• Так дышит земля и море, им ведь тоже надо дышать.
• Ветер от того появляется, что Бог начинает сердито дышать.
• Это так деревья листьями шелестят и воздух гоняют, чтобы общаться.

Но все это даже близко не отображает реальное положение дел, а местами даже подменяет причину и следствие.

Наверное, самое оптимальное объяснение: «Холодный воздух приходит в гости к теплому воздуху, оттого и дует ».

В это легко поверить, это не имеет никакого религиозного подтекста, если ребенок запомнит, то подрастя, он поймет, что родители действительно знали, как правильно и пытались ему объяснить в меру его развития.

Можно показать на элементарном примере — открыть дверь в подъезд и показать, что оттуда «тянет» холодный воздух. После объяснить, что в квартире тепло, а на лестничной площадке холодно. Оттого и образуется ветер и сквозняк, что холодный воздух идет туда, где теплее.

Любознательный малыш может поинтересоваться, куда же девается теплый воздух? Здесь уже или будьте честными до конца и пытайтесь объяснить, что он поднимается выше, или придумайте какую-то убедительную отговорку. Мол, остается там же, но замерзает из-за такого соседа.

Ветер — друг и враг человечества

На жизнь человека ветер влияет самым разным способом:

Человек во многом смог «приручить» первобытную стихию и научился использовать многие природные явления себе на благо. Но нет никаких эффективных способов и даже теоретических наработок, которые позволили бы победить ветер. Он всегда дует куда хочет. Даже , в этом плане, оказалась куда податливее, но может, уже через пару десятилетий, мы увидим первые воздушные плотины.

Осталось только понять, в чем будет смысл таких сооружений. Можно привести в качестве аргумента защиту от ураганов , но такой вариант грубого воздействия на атмосферу может привести к еще более плачевным последствиям.

Как объяснить ребенку, что такое ветер?

Кстати, малышу даже сложно объяснить, что такое ветер и откуда он берется. Лучше двигаться поэтапно, начиная с наиболее простого:

1. Ветер — движущийся воздух.
2. Воздух движется, потому что он по-разному нагрет и всегда стремится туда, где теплее.
3. Он может шелестеть листьями и даже гнуть деревья, потому что у него есть вес.
4. Если кто-то идет и у него есть вес, во время движения он будет перемещать все, на что наталкивается.
5. У воздуха слишком маленький вес, но его очень много и передвигается он сразу в большом количестве.
6. Мы просто не видим этого, поэтому сложно поверить, что все дело в массе.

Из-за надуманных объяснений у детей может сформироваться представление, что ветер это какое-то одушевленное существо , жестокое или справедливое, наделенное своей волей.

Все это может пугать ребенка или закладывать шаткий фундамент для получения новых знаний в дальнейшем. Именно поэтому лучше научить малыша читать лет в 5-6 и купить ему пару энциклопедий, которые будут способны дать ответ на большую часть вопросов. Но это еще не гарантирует родителям хоть минуту покоя.

На самом деле, лучше ценить тот непродолжительный отрезок, когда ребенок постоянно спрашивает «почему?» , ведь он пройдет и никогда больше не повторится. И возможности побыть для ребенка всезнающим мудрецом, способным ответить на любой вопрос, может больше и не представиться.

Как образовывается ветер?

1. Формирование ветра происходит за счет движения огромных воздушных масс.
2. Перемещение пластов воздуха объясняется разным уровнем прогрева атмосферы, перемещением по градиенту давления и влиянием солнечного ветра.
3. Холодный, ощущаемый нами воздух в виде ветра всегда перемещается как можно ближе к земле.
4. Чаще всего сильный ветер возле водоема, потому что над водой воздух всегда холоднее.
5. Грунт и даже асфальт нагреваются быстрее, чем вода. Это связано с химическими и физическими особенностями. Поэтому с моря и речки постоянно веет прохладой.

Опасен ветер в некоторых северных и приморских регионах. В той же тундре на пути холодного воздуха нет никаких естественных преград, поэтому он может развивать колоссальные скорости.

Те, кто живут недалеко от моря, знают, что такое штормовое предупреждение и прекрасно понимают, что в такую погоду на улице лучше не показываться.

Постарайтесь не запутаться в попытке объяснить ребенку, откуда берется ветер. Ведь доверие детей очень легко потерять, малыш может разубедиться во всесильности своих родителей.

Видео об источнике ветров

Общая циркуляция атмосферы – система воздушных течений на земном шаре, которая способствует переносу тепла и влаги из одних районов в другие. Воздух перемещается из областей высокого давления в области низкого . Области высокого и низкого давления формируются в результате неравномерного нагревания земной поверхности. Под влиянием вращения Земли потоки воздуха отклоняются в Северном полушарии вправо, в Южном – влево.

В экваториальных широтах благодаря высоким температурам постоянно существует пояс низкого давления со слабыми ветрами. Нагретый воздух поднимается вверх и растекается на высоте к северу и югу. При высоких температурах и восходящем движении воздуха, при большой влажности образуется большая облачность. Здесь выпадает большое количество осадков.

Примерно между 25 и 30° с. и ю. ш. воздух опускается к поверхности Земли, где вследствие этого формируются пояса высокого давления . Около Земли этот воздух направляется в сторону экватора (где низкое давление), отклоняясь в Северном полушарии вправо, в Южном – влево. Так образуются пассаты . В центральной части поясов высокого давления зона затишья: ветры слабые. Благодаря нисходящим токам воздуха происходит иссушение и прогревание воздуха. Жаркие и сухие районы Земли расположены в этих поясах.

В умеренных широтах с центрами около 60° с. и ю. ш. давление низкое . Воздух поднимается вверх и устремляется затем в полярные районы. В умеренных широтах преобладает западный перенос воздуха (действует отклоняющая сила вращения Земли).

Полярные широты отличаются низкими температурами воздуха и высоким давлением. Пришедший из умеренных широт воздух опускается к Земле и снова направляется в умеренные широты с северо-восточными (в Северном полушарии) и юго-восточными (в Южном полушарии) ветрами. Осадков мало.

Ветры

Ветер — горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Он возникает в результате неравномерного распределения атмосферного давления и его движение направлено от областей с более высоким давлением к областям, где давление ниже. Причина возникновения ветра — разница в давлении между территориями, а причина разницы — неоднородность в нагреве. Направление ветра определяется той частью горизонта, откуда он дует (северный ветер дует с севера на юг). На направление ветров действует отклоняющая сила вращения Земли.

Ветры разнообразны по происхождению, характеру, значению . Общая циркуляция ветров, обусловленная разностью атмосферного давления, включает: муссоны, зональные переносы, циклоны, антициклоны . Местная циркуляция атмосферы выражается в бризах.

Виды ветров.

К местным ветрам относят бризы, горно-долинные, фены, бора, сирокко, самум и т.д. В экваториальном поясе преобладает низкое давление, в субтропическом — повышенное, поэтому ветры дуют к экватору. Под воздействием силы Кориолиса они отклоняются в северном полушарии вправо и имеют северо-восточное направление, в южном — влево и становятся юго-восточными.

Фён — теплый, сухой и порывистый ветер с гор. Он дует, когда по одну сторону хребта давление ниже, чем по другую. Бора — сильный, холодный, порывистый ветер, образующийся в том случае, если холодный воздух переваливает через невысокие хребты к теплому морю.

Пассаты – постоянные ветры в тропических областях Северного и Южного полушарий, дующие из поясов высокого давления (25-35° с. и ю. ш.) к экватору (в пояс пониженного давления). Под влиянием вращения Земли вокруг своей оси пассаты отклоняются от своего первоначального направления. Северном полушарии они дуют с северо-востока на юго-запад, в Южном – с юго-востока на северо-запад. Пассаты характеризуются большой устойчивостью направления и скорости движения.

В умеренных широтах обоих полушарий господствуют западные переносы (западные ветры ). Западные ветры умеренного пояса — преобладающие ветры, дующие в умеренном поясе примерно между 35 и 65 градусами северной и южной широты. Эти ветры дуют преимущественно с запада на восток, точнее с юго-запада в Северном полушарии и с северо-запада в Южном полушарии.

Днем суша нагревается быстрее моря, воздух над ней теплее, чем над водой. Над землей образуется область пониженного давления, над водой — повышенного, и ветер дует с моря на сушу. Это дневной бриз . Ночью суша остывает быстрее моря, над которым формируется область пониженного давления, и ветер дует в обратную сторону — ночной бриз .

Аналогичен механизм образования муссонов — сезонных ветров, меняющих свое направление дважды в год: летом они дуют на сушу, зимой — на море. Зимой воздух над сушей холоднее, над океаном – теплее. Следовательно, давление выше над материком, ниже – над океаном. Поэтому зимой воздух перемещается с материка (области более высокого давления) на океан (над которым давление ниже). В теплое время года – наоборот: муссоны дуют с океана на материк. Поэтому в областях распространения муссонов осадки выпадают, как правило, летом. Вследствие вращения Земли вокруг своей оси муссоны отклоняются в Северном полушарии вправо, а в Южном – влево от своего первоначального направления.

Особые системы ветров.

В следствие неравномерного нагревания земной поверхности и отклоняющей силы вращения Земли образуются огромные (до нескольких тысяч километров в диаметре) атмосферные вихри: циклоны и антициклоны. Циклон — атмосферный вихрь с пониженным давлением в центре. Антициклон — атмосферный вихрь с повышенным давлением в центре.

Циклон – восходящий вихрь в атмосфере с замкнутой областью пониженного давления, в которой ветры дуют от периферии к центру (в Северном полушарии против часовой стрелки, в Южном – по часовой). Средняя скорость движения циклона 35-50 км/ч, а иногда до 100 км/ч. В циклоне воздух поднимается вверх, что влияет на погоду. С возникновением циклона погода достаточно резко изменяется: усиливаются ветры, быстро конденсируются водяные пары, порождая мощную облачность, выпадают осадки.

Антициклон – нисходящий атмосферный вихрь с замкнутой областью повышенного давления, в которой ветры дуют от центра к периферии (в Северном полушарии – по ходу часовой стрелки, в Южном – против). Скорость движения антициклонов 30-40 км/ч, но они могут долго задерживаться на одном месте, особенно на материках. В антициклоне воздух опускается вниз, становясь более сухим при прогревании, т. к. заключенные в нем пары удаляются от насыщения. Это, как правило, исключает образование облаков в центральной части антициклона. Поэтому при антициклоне погода ясная, солнечная, без осадков. Зимой – морозная, летом – жаркая.

Шкала скорости ветра (шкала Бофорта)

Конспект урока «Ветер. Системы ветров «. Следующая тема:

География 101 Онлайн

Введение в динамику климата и моделирование климата

1.2.2 Общая циркуляция атмосферы

Высокие температуры на экваторе делают воздух там менее плотным. Таким образом, это имеет тенденцию к поднимаются перед транспортировкой к полюсу на больших высотах в тропосфере. Это движение компенсируется на поверхности перемещением воздуха к экватору. На неподвижной Земле, эта большая конвекционная ячейка достигла бы полюсов, вызывая прямой обмен между самыми теплыми и самыми холодными местами на Земле.Тем не мение, из-за вращения Земли такая атмосферная структура была бы нестабильный. Следовательно, две клетки, движимые восхождением на экваторе, называемые ячейками Хэдли, замыкаются нисходящей ветвью на широте около 30 ^или (рис. 1.4). Северный граница этих ячеек отмечена сильными западными ветрами в верховьях тропосферы, называемые тропосферными струями. У поверхности вращение Земли равно отвечает за отклонение вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии (за счет силы Кориолиса) поток, идущий из средних широт к экватору. Это порождает восточные пассаты характерны для тропических регионов (рис. 1.5).

Во внетропической циркуляции на поверхности преобладают западные ветры. зональная симметрия нарушается крупными волнообразными узорами и непрерывным последовательность нарушений, определяющая ежедневные колебания погода в этих регионах. Доминантная черта Меридиональная циркуляция на этих широтах представляет собой ячейку Феррелла (рис.1.4), которая слабее, чем ячейка Хэдли. Как это характеризуется восходящим движением в его полярной ветви и нисходящее движение в экваториальной ветви, напротив, называется непрямой ячейкой с ячейкой Хэдли, которая называется прямой ячейкой.

Вне узкой экваториальной полосы и выше поверхностного пограничного слоя крупномасштабная атмосферная циркуляция близка к геострофическому равновесию. То Таким образом, приземное давление и ветер тесно связаны. В Северном полушария, ветры вращаются по часовой стрелке вокруг высокого давления и против часовой стрелки вокруг низкого давления, в то время как в Южном полушарии верно обратное. Следовательно, средние широты западные ветры связаны с высоким давлением в субтропиках и низким давление на отметке 50-60 ^o .Этот субтропический пояс высокого давления представляет собой не непрерывную структуру. характеризуется отчетливыми центрами высокого давления, часто называемыми области, близкой к их максимуму (например, высота Азорских островов, высота Святой Елены). В северном полушарии низкие давления в районе 50-60 ^o северной широты проявляются на климатологических картах как циклонические центры, называемые Исландской депрессией и Алеутская низина. В Южном океане из-за отсутствия больших массивов суши в соответствующей полосе широт давление более зонально однородно, с минимумом приземного давления около 60 ^o С.

В реальной атмосфере схождение приземных ветров и возникающее в результате восхождение происходит не точно на экваторе, а в полосе, называемой Межтропическая зона конвергенции (ITCZ). Из-за существующей геометрии континентов, она расположена около 5 ^o с.ш., с некоторыми сезонными сдвигами. Наличие земной поверхности также имеет решающую роль в муссонной циркуляции. Летом континенты прогреваются быстрее чем океаны из-за их меньшей тепловой инерции (см.1.5). Это вызывает потепление воздуха у поверхности и уменьшение поверхностное давление там. Эта разница давлений между сушей и Море вызывает перенос влажного воздуха с моря на сушу. Зимой, ситуация обратная, с высоким давлением над холодным континентом и потоком обычно с суши на море. Такая муссонная циркуляция с сезонными изменения направления ветра, присутствует во многих тропических районах Африки, Азии и Австралии.Тем не менее, самый известный муссон вероятно, южно-азиатский, сильно влияющий на Индийский субконтинент (рис. 1.6).

Межтропическая конвергентная зона – обзор

Межгодовые колебания

Помимо регулярных сезонных колебаний, ВТКЗ испытывает межгодовые колебания своего положения и интенсивности.На рис. 9 показан диапазон межгодовой изменчивости ITCZ ​​за период с 1979 по 1998 г. для трех долготных секторов, обсуждавшихся в предыдущем разделе. На этом рисунке показаны диаграммы время-широта сезонных аномалий количества осадков из среднегодовых циклов, представленных на рисунке 8. Обратите внимание, что каждый график построен с использованием одной и той же цветовой шкалы. Сразу бросается в глаза тот факт, что межгодовые аномалии положения и интенсивности ВКЗ наиболее слабы над Африкой и наиболее сильны для ВКЗ над центральной частью Тихого океана. Типичные сезонные аномалии осадков для ITCZ ​​над Африкой составляют около ± 0,5 мм день 90 201 — 1 90 202 и колеблются примерно до ± 1,5 мм день 90 201 -1 90 202 в более экстремальных явлениях. В зависимости от местоположения и интенсивности средней полосы осадков ITCZ ​​эти значения представляют собой вариации порядка 10–25% от средних значений. В целом эти аномалии показывают, что в этом регионе наблюдаются относительно слабые, малочастотные колебания количества осадков: начало и конец 1980-х годов были относительно более влажными, чем обычно, а конец 1970-х и начало 1990-х годов были относительно более сухими, чем обычно.Внутри этой низкочастотной изменчивости есть периоды, когда ITCZ ​​демонстрирует кратковременную изменчивость своей интенсивности и широты. Например, зимой 1981–1982 гг. ITCZ ​​аномально вытянулась на юг, а зимой 1982–1983 гг. количество осадков, связанных с ITCZ, было примерно на 25% больше нормы. Осенью 1986 г. и летом 1987 г. ITCZ ​​аномально расширилась на север, принеся дожди в обычно сухую пустыню Сахара. Еще одна заметная аномалия в ITCZ ​​над Африкой произошла зимой 1991–1992 гг., Когда ITCZ ​​была особенно слабой и не мигрировала так далеко на юг, как обычно.

Рис. 9. Широтно-временные диаграммы аномалий количества осадков, связанных с ITCZ, зонально осредненные по трем различным долготным секторам: (A) Африка, 10–40° в.д.; (Б) Индийская, 60–100° в.д.; и (C) центральная часть Тихого океана, 160 ° в. Осадки (CMAP).)

Диаграмма аномалии количества осадков в зависимости от времени и широты для региона Индийского океана (рис. 9B) показывает изменчивость, совершенно отличную от той, которую демонстрирует ITCZ ​​над Африкой.Во-первых, меридиональная протяженность аномальных экскурсов намного больше и простирается по крайней мере до 30°. По большей части это просто связано с гораздо более широкой широтной протяженностью среднего паттерна ITCZ ​​в этом регионе (т. е. рис. 2 и 8). Во-вторых, интенсивность флуктуаций немного больше, в пределах примерно ±3 мм сут ^-1 . Однако, учитывая более высокие средние значения количества осадков для этого региона, этот диапазон аномалий представляет собой отклонение от годового цикла порядка 25%, что аналогично случаю для Африки.В-третьих, даже при сезонном сглаживании данных ВКЗ в этом регионе демонстрирует значительно большую изменчивость на более коротких временных масштабах, чем, например, ВКЗ над Африкой. Эта краткосрочная изменчивость частично объясняется внутрисезонными колебаниями, которые, как было установлено, наиболее сильно преобладают над Индийским и западной частью Тихого океанов. Учитывая распределение земли и людей в этом секторе, наиболее серьезные аномалии осадков происходят летом в северном полушарии, примерно к северу от 15° северной широты.Из рисунка 7 видно, что максимальное количество осадков, связанное с сезоном бабьего лета, приходится на июль. Рисунок 8B иллюстрирует некоторые аспекты изменчивости, связанные со временем и силой азиатского муссона, в зависимости от ITCZ. Например, в 1980 г. осадки, связанные с миграцией ITCZ ​​на север и развитием летнего муссона, были особенно интенсивными, тогда как летний муссон 1981 г., по-видимому, пришел несколько раньше, чем обычно. Напротив, летние муссоны 1983, 1987 и 1989 годов являются примерами осадков ITCZ, связанных с муссонами, которые были немного слабее, чем обычно.Важно подчеркнуть, что даже несмотря на то, что эти аномалии (∼1 мм 90 201 −1 90 202 в день) составляют лишь около 10 % от общего количества осадков, которые обычно выпадают во время сезона дождей (рис. 8B), они представляют собой очень важные отклонения для людей и промышленности. (например, сельское хозяйство), на которые они влияют.

В случае центральной части Тихого океана (рис. 9C) в аномальном количестве осадков ITCZ ​​преобладают отрицательные и положительные аномалии на экваторе или вблизи него. Обратите внимание, что эти значения значительно больше, чем аномалии осадков ITCZ, происходящие в любом из других секторов долготы, обсуждавшихся выше (и в тех секторах долготы, которые не обсуждались). В этом регионе усредненные по зонам аномалии количества осадков колеблются не менее чем на ± 7 мм день ⁻¹ . В некоторых случаях, особенно для крупных аномалий прямо на экваторе, эти значения могут превышать 100% средних значений, связанных с годовым циклом (рис. 7D). Эти большие вариации положения и интенсивности ITCZ ​​в этом регионе связаны с климатическими явлениями, известными как Эль-Ниньо–Южное колебание (ЭНЮК). В теплые фазы ЭНСО (т.э., Ла-Нинья) этот регион становится аномально холодным на аналогичную величину. Это оказывает драматическое влияние на организацию тропической конвекции в этом районе, а также в районах, удаленных от центральной части Тихого океана. На рис. 9С видны большие положительные аномалии количества осадков, связанные с сильным Эль-Ниньо в 1982–1983 гг., умеренным Эль-Ниньо в 1986–1987 гг. и продолжительным и несколько более слабым Эль-Ниньо в начале 1990-х годов. Как правило, эти события приводят к тому, что две зоны конвергенции, расположенные немного в стороне от экватора в центральной части Тихого океана, сливаются в единую зону конвекции и осадков с центром на экваторе или очень близко к нему. Крупные отрицательные экваториальные аномалии осадков связаны с явлениями Ла-Нинья 1984, 1988–1989 и 1995–1996 годов. Аномалии осадков в центральной части Тихого океана, связанные с Ла-Нинья, обычно приводят к тому, что относительно сухая экваториальная зона вблизи линии перемены дат (рис. 2) становится еще суше и простирается дальше на запад, чем обычно. Важно отметить, что эти аномалии осадков ITCZ, связанные с ENSO в центральной части Тихого океана, не возникают изолированно. Обычно эти аномалии индуцируют аномалии противоположного направления и несколько меньшей величины в западно-тихоокеанском секторе, а в некоторых случаях также в индоокеанском и южноамериканском секторах.На самом деле, эти связанные с ЭНЮК аномалии количества осадков настолько велики, что представляют собой единственное существенное отклонение, которое, по-видимому, происходит в глобальном среднем значении ITCZ ​​(не показано). Аномалии глобального среднего количества осадков ITCZ ​​обычно совпадают по фазе с аномалиями в центральной и восточной части Тихого океана и имеют магнитуду, которая колеблется примерно до 1 мм в день ^-1 . Однако, что касается количественной оценки размера этого климатического сигнала в контексте ITCZ, важно отметить, что точные измерения количества осадков над океаническими регионами, вероятно, возможны только с помощью спутниковых данных, и это все еще область активное исследование.

Климатические исследования Южная Флорида

Крупные глобальные ветровые системы создаются неравномерным нагревом поверхности Земли. Эти глобальные ветровые системы, в свою очередь, управляют поверхностными течениями океанов. Чтобы понять, как формируются глобальные ветры и управляют основными океанскими течениями, вам необходимо знать, что ветер — это в основном движение воздуха из области высокого давления в область низкого давления. Давление — это сила на единицу площади, а давление воздуха — это просто вес (сила) столба воздуха над определенным местом на единицу площади. Таким образом, атмосферное давление зависит от высоты над уровнем моря (чем выше, тем меньше воздуха наверху), средней температуры воздуха над конкретным местом (горячий воздух легче холодного) и состава воздуха.Например, воздух с большим количеством водяного пара менее плотный, чем сухой воздух, потому что молекула воды имеет меньшую массу, чем отдельная молекула азота или кислорода. Также по мере увеличения высоты или высоты воздух становится менее плотным.

Неравномерный нагрев поверхности Земли также формирует крупные глобальные ветры. В районе экватора солнце большую часть года находится почти прямо над головой. Теплый воздух поднимается на экваторе и движется к полюсам.На полюсах более холодный воздух опускается и движется обратно к экватору. Однако это не так просто. Глобальные ветры не движутся прямо с севера на юг или с юга на север, потому что Земля вращается. Кажется, что все ветры в Северном полушарии изгибаются вправо при движении. В южном полушарии ветры изгибаются влево. Это известно как эффект Кориолиса, который представляет собой кажущееся смещение пути любой жидкости или объекта, движущегося по поверхности Земли, из-за вращения Земли.

Около экватора пассаты сливаются в широкую область слабых ветров с востока на запад. Район известен как депрессия, потому что здесь дуют слабые ветры. Этот воздушный пояс вокруг экватора получает большую часть солнечной лучистой энергии. Эта область известна как зона межтропической конвергенции (ITCZ) и является областью с наиболее активной погодой. Широта, на которой среднегодовая температура поверхности Земли самая высокая, расположена на 10° северной широты.Как вы узнали, в Северном полушарии больше суши и относительно теплее, чем в Южном полушарии. Также на экваторе более теплый и влажный воздух поднимается вверх и создает область низкого давления, простирающуюся на многие километры к северу и югу от экватора.

Пассаты — Примерно в 30° к северу и югу от экватора теплый влажный воздух, поднимавшийся вертикально, охлаждается и начинает опускаться.Здесь небо чистое. Облаков мало, осадков мало. Ветры спокойные. Их называют конскими широтами, потому что, когда кончались продукты, морякам приходилось выбрасывать лошадей за борт. Пустыни, такие как Сахара в Африке, также распространены на 30° северной широты и 30° южной широты. На лошадиных широтах часть опускающегося воздуха возвращается к экватору. Воздух, движущийся обратно к экватору, образует теплые устойчивые ветры, известные как пассаты.

Поднимающийся воздух в экваториальных регионах и опускающийся воздух примерно на 30° с.

Господствующие западные ветры – Часть прохладного опускающегося воздуха продолжает двигаться на север и юг. Эти ветры называются западными и дуют между 40° и 60° широты в обоих полушариях.

Полярные восточные ветры – В обоих полушариях западные ветры начинают подниматься и охлаждаться между 50° и 60° широты по мере приближения к полюсам.Они встречаются с очень холодным воздухом, текущим к экватору с полюсов, и образуют полярные восточные ветры.

Ветер | Национальное географическое общество

Ветер — это движение воздуха, вызванное неравномерным нагревом Земли солнцем. В нем не так уж много вещества — вы не можете его увидеть или удержать, — но вы можете почувствовать его силу. Он может высушить вашу одежду летом и охладить вас до костей зимой. Он достаточно силен, чтобы переносить парусные корабли через океан и отрывать от земли огромные деревья.Это великий уравнитель атмосферы, переносящий тепло, влагу, загрязняющие вещества и пыль на большие расстояния по всему миру. Формы рельефа, процессы и воздействия ветра называются эоловыми формами рельефа, процессами и воздействиями.

Разница в атмосферном давлении порождает ветер. На экваторе солнце нагревает воду и землю больше, чем остальную часть земного шара. Теплый экваториальный воздух поднимается выше в атмосферу и мигрирует к полюсам. Это система низкого давления. В то же время более холодный и плотный воздух движется по поверхности Земли к экватору, заменяя нагретый воздух. Это система высокого давления. Обычно ветры дуют из областей с высоким давлением в области с низким давлением.

Граница между этими двумя областями называется фронтом. Сложные отношения между фронтами вызывают различные типы ветра и погодных условий.

Преобладающие ветры — это ветры, которые дуют с одного направления над определенной областью Земли. Области, где встречаются господствующие ветры, называются зонами конвергенции. Как правило, преобладающие ветры дуют с востока на запад, а не с севера на юг.Это происходит потому, что вращение Земли порождает так называемый эффект Кориолиса. Эффект Кориолиса заставляет ветряные системы закручиваться против часовой стрелки в Северном полушарии и по часовой стрелке в Южном полушарии.

Эффект Кориолиса заставляет некоторые ветры перемещаться по краям систем высокого и низкого давления. Такие ветры называются геострофическими. В 1857 году голландский метеоролог Кристоф Байс Баллот сформулировал закон о геострофических ветрах: когда вы стоите спиной к ветру в Северном полушарии, низкое давление всегда находится слева от вас. (В Южном полушарии системы низкого давления будут справа от вас.)

Зоны ветра

На Земле есть пять основных зон ветра: полярные восточные, западные, лошадиные широты, пассаты и депрессивные ветры.

Полярные восточные ветры
Полярные восточные ветры — это сухие, холодные преобладающие ветры, дующие с востока. Они исходят из полярных максимумов, областей высокого давления вокруг Северного и Южного полюсов. Полярные восточные ветры текут в области низкого давления в субполярных регионах.

Западные ветры
Западные ветры — преобладающие ветры, дующие с запада в средних широтах. Их подпитывают полярные восточные ветры и ветры высоких барических широт, которые окружают их с обеих сторон. Западные ветры самые сильные зимой, когда давление над полюсом низкое, и самые слабые летом, когда полярный максимум создает более сильные полярные восточные ветры.

Сильнейшие западные ветры дуют через «Ревущие сороковые», ветровую зону между 40 и 50 градусами широты в Южном полушарии. На протяжении бурных сороковых мало участков суши, где дуют медленные ветры. Кончик Южной Америки и Австралии, а также острова Новой Зеландии — единственные крупные массивы суши, проникшие в «Ревущие сороковые». Западные ветры Ревущих сороковых были очень важны для моряков в эпоху Великих географических открытий, когда исследователи и торговцы из Европы и Западной Азии использовали сильные ветры, чтобы добраться до рынков специй Юго-Восточной Азии и Австралии.

Западные ветры оказывают огромное влияние на океанские течения, особенно в Южном полушарии.Движимое западными ветрами, мощное Антарктическое циркумполярное течение (АЦТ) движется вокруг континента (с запада на восток) со скоростью около 4 километров в час (2,5 мили в час). На самом деле, другое название Антарктического циркумполярного течения — Дрейф западного ветра. ACC является крупнейшим океанским течением в мире и несет ответственность за транспортировку огромных объемов холодной, богатой питательными веществами воды в океан, создавая здоровые морские экосистемы и пищевые сети.

Лошадиные широты
Лошадиные широты представляют собой узкую зону теплого и сухого климата между западными ветрами и пассатами.Лошадиные широты составляют около 30 и 35 градусов северной и южной широты. Многие пустыни, от бездождевой Атакамы в Южной Америке до засушливой Калахари в Африке, относятся к конским широтам.

Преобладающие ветры на конских широтах различны, но обычно слабые. Даже сильные ветры часто кратковременны.

Пассаты
Пассаты — это сильные преобладающие ветры, дующие с востока через тропики. Пассаты вообще очень предсказуемы. Они сыграли важную роль в истории исследований, коммуникации и торговли.Корабли полагались на пассаты, чтобы установить быстрые и надежные маршруты через обширную Атлантику, а затем и Тихий океан. Даже сегодня судоходство зависит от пассатов и океанских течений, которые они вызывают.

В 1947 году норвежский исследователь Тур Хьердал и небольшая команда использовали пассаты для путешествия от побережья Перу к коралловым рифам Французской Полинезии на расстояние более 6920 километров (4300 миль) на парусном плоту. Экспедиция, названная в честь плота ( Кон-Тики ), стремилась доказать, что древние мореплаватели могли использовать предсказуемые пассаты для исследования широких участков Тихого океана.

Пассаты, формирующиеся над сушей (называемые континентальными пассатами), теплее и суше, чем те, что формируются над океаном (морские пассаты). Отношения между континентальными и морскими пассатами могут быть сильными.

Большинство тропических штормов, включая ураганы, циклоны и тайфуны, развиваются как пассаты. Эти штормы развиваются из-за разницы в давлении воздуха над океаном. По мере того, как плотные влажные ветры шторма сталкиваются с более сухими ветрами побережья, интенсивность шторма может увеличиваться.

Сильные пассаты связаны с недостатком осадков, а слабые пассаты уносят осадки далеко вглубь суши. Самый известный тип дождя в мире, муссон в Юго-Восточной Азии, представляет собой сезонный, насыщенный влагой пассат.

Помимо кораблей и осадков, пассаты также могут разносить частицы пыли и песка на тысячи километров. Частицы песчаных и пыльных бурь в Сахаре могут разноситься по островам в Карибском море и американском штате Флорида, находящимся на расстоянии более 8047 километров (5000 миль).

Пыльные бури в тропиках могут быть разрушительными для местного населения. Ценный верхний слой почвы сдувается, и видимость может упасть почти до нуля. За океаном пыль делает небо туманным. Эти пыльные бури часто связаны с засушливыми районами с низким давлением и отсутствием тропических штормов.

Депрессия
Место, где встречаются пассаты двух полушарий, называется межтропической зоной конвергенции (ВЗК). Район вокруг ITCZ ​​называют депрессией. Преобладающие ветры в депрессиях очень слабые, а погода необычайно спокойная.

ITCZ ​​пересекает экватор. На самом деле депрессия низкого давления возникает, когда солнце нагревает экваториальную область и заставляет воздушные массы подниматься и перемещаться на север и юг. (Этот теплый экваториальный ветер с низким давлением снова опускается вокруг лошадиных широт. Некоторые экваториальные воздушные массы возвращаются в депрессию как пассаты, тогда как другие циркулируют в другом направлении как западные ветры.)

Хотя муссоны воздействуют как на тропические, так и на экваториальные регионы , сам ветер создается по мере того, как ITCZ ​​каждый сезон немного удаляется от экватора.Это изменение депрессивного состояния нарушает обычное давление воздуха, создавая влажный муссон в Юго-Восточной Азии.

Результаты ветра

Ветер, движущийся с разной скоростью, на разной высоте и над водой или сушей, может вызывать различные типы узоров и штормов.

Струйные течения
Струйные течения – это геострофические ветры, образующиеся вблизи границ воздушных масс с различной температурой и влажностью. Вращение Земли и неравномерный ее нагрев солнцем также способствуют образованию высотных струйных течений.

Эти сильные, быстрые ветры в верхних слоях атмосферы могут дуть со скоростью 480 км/ч (298 миль/ч). Реактивные потоки дуют через слой атмосферы, называемый стратосферой, на высоте от 8 до 14 километров (от 5 до 9 миль) над поверхностью Земли.

В стратосфере мало турбулентности, поэтому пилоты коммерческих авиакомпаний любят летать в этом слое. Езда по струйным течениям экономит время и топливо. Вы когда-нибудь слышали, чтобы кто-то говорил о встречном или попутном ветре, когда речь шла о самолетах? Это струйные течения.Если они находятся позади самолета, толкая его вперед, их называют попутными. Они помогут вам быстрее добраться до места назначения. Если ветры дуют впереди самолета, отталкивая его назад, их называют встречными. Сильный встречный ветер может привести к задержке рейсов.

Ураган
Ураган — это гигантский спиралевидный тропический шторм, скорость ветра которого превышает 257 км/ч (160 миль в час), и высвобождается более 9 триллионов литров (2,4 триллиона галлонов) дождя. Эти же тропические штормы известны как ураганы в Атлантическом океане, циклоны в северной части Индийского океана и тайфуны в западной части Тихого океана.

Эти тропические штормы имеют спиралевидную форму. Спираль (вращающаяся против часовой стрелки в северном полушарии и по часовой стрелке в южном полушарии) развивается, когда область высокого давления закручивается вокруг области низкого давления.

Пик сезона ураганов в Атлантическом океане приходится на период с середины августа до конца октября, в среднем от пяти до шести ураганов в год.

Ветровые условия, которые могут привести к ураганам, называются тропическими возмущениями. Они начинаются в теплых водах океана при температуре поверхности не менее 26.6 градусов Цельсия (80 градусов по Фаренгейту). Если возмущение длится более 24 часов и достигает скорости 61 км/ч (38 миль в час), оно становится известным как тропическая депрессия.

Когда тропическая депрессия достигает скорости 63–117 км/ч (39–73 миль/ч), она называется тропическим штормом и получает название. Метеорологи называют бури в алфавитном порядке, чередуя женские и мужские имена.

Когда скорость шторма достигает 119 км/ч (74 миль/ч), он становится ураганом и оценивается по степени тяжести от 1 до 5 по шкале Саффира Симпсона. Ураган категории 5 — это самый сильный шторм, возможный по шкале Саффира-Симпсона. Ветры категории 5 дуют со скоростью 252 км/ч (157 миль/ч).

Ураганы вращаются вокруг центра низкого давления (теплого), известного как «глаз». Опускание воздуха внутри глаза делает его очень спокойным. Глаз окружен жесткой круглой «глазной стенкой». Здесь самые сильные штормовые ветры и дожди.

Ураган Этель, самый сильный ураган в истории человечества, пронесся над Мексиканским заливом в сентябре 1960 года.Ветер поддерживался со скоростью 260 км/ч (160 миль/ч). Однако ураган Этель быстро рассеялся. Хотя его ветры в конечном итоге дули на север до американских штатов Огайо и Кентукки, к тому времени, когда он достиг береговой линии американских штатов Луизиана и Миссисипи, штормовой нагон составил всего около 1,5 метра (5 футов). В результате урагана Этель погиб только один человек, а ущерб, нанесенный зданиям и лодкам, составил менее 2 миллионов долларов.

Ураганы разрушают прибрежные экосистемы и сообщества. Когда ураган достигает суши, он часто создает волны, которые могут достигать 6 метров (20 футов) в высоту и разгоняться сильным ветром на 161 километр (100 миль) вглубь суши. Эти штормовые нагоны чрезвычайно опасны и являются причиной 90 процентов всех смертей от ураганов.

Самый смертоносный ураган за всю историю наблюдений — Великий ураган 1780 года. Хотя в то время сложного метеорологического оборудования не было, скорость ветра могла достигать 320 км/ч (200 миль в час), когда ураган обрушился на Барбадос и другие острова Карибского моря.Этого может быть достаточно, чтобы содрать кору с деревьев. Более 20 000 человек погибли в результате урагана, когда он прошел через Барбадос, Сент-Люсию, Мартинику, Доминику, Гваделупу, Доминиканскую Республику, Багамы, Теркс и Кайкос и Бермудские острова. Несмотря на то, что его интенсивность уменьшилась, ураган проследили через американский штат Флорида, прежде чем рассеяться в канадской провинции Ньюфаундленд.

Ураганы могут быть разрушительными и по другим причинам. Сильные ветры могут создавать торнадо.Сильные дожди способствуют наводнениям и оползням, которые могут происходить на многие километры вглубь суши. Ущерб, нанесенный домам, предприятиям, школам, больницам, дорогам и транспортным системам, может опустошить населенные пункты и целые регионы.

Ураган Катрина, пронесшийся через Мексиканский залив и южную часть США в 2005 году, является самым дорогостоящим ураганом в истории человечества. Ущерб, нанесенный зданиям, транспортным средствам, дорогам и судоходным сооружениям, оценивается примерно в 133,8 миллиарда долларов (с поправкой на инфляцию).Новый Орлеан, штат Луизиана, был почти полностью разрушен ураганом Катрина. Новому Орлеану, а также Мобилу в Алабаме и Галфпорту в Миссисипи потребовались годы, чтобы оправиться от ущерба, нанесенного их строениям и инфраструктуре.

Лучшая защита от урагана — это точный прогноз, который дает людям время, чтобы убраться с его пути. Национальный центр ураганов выпускает часы слежения за ураганами для штормов, которые могут угрожать населению, и предупреждения об ураганах для штормов, которые достигнут земли в течение 24 часов.

Циклоны
Циклоны дуют через Индийский океан точно так же, как ураганы дуют через Атлантику. Циклоны дуют с воздушными массами с востока, часто с Южно-Китайского моря или с юга.

Самым мощным и разрушительным циклоном в истории человечества был циклон Бхола 1970 года. Как и ураган Катрина, циклон Бхола был штормом 3-й категории. Его скорость ветра составляла около 185 км/ч (115 миль в час), когда он достиг побережья Бенгальского залива на территории современной Бангладеш.Погибло более 300 000 человек, более миллиона остались без крова. Циклонные ветры опустошили рыбацкие деревни, а штормовые волны затопили посевы. Экономический ущерб от циклона Бхола составил более 479 миллионов долларов с поправкой на инфляцию.

Тайфун
Тайфуны — это тропические штормы, возникающие над северо-западной частью Тихого океана. Их формирование идентично ураганам и циклонам. Тайфуны формируются как экваториальные ветры и дуют на запад, а затем поворачивают на север и сливаются с западными ветрами в средних широтах.

Тайфуны могут затронуть большую часть восточной части Тихого океана. Больше всего пострадали острова Филиппин, Китая, Вьетнама и Японии. Однако тайфуны также были зарегистрированы в штатах США на Гавайях и даже на Аляске.

Тайфуны часто связаны с чрезвычайно сильными дождями. Самым влажным из когда-либо зарегистрированных тайфунов был тайфун Моракот в 2009 году. Моракот опустошил весь остров Тайвань при скорости ветра около 140 км/ч (85 миль в час). Однако наибольший ущерб нанесли штормовые нагоны и наводнения, вызванные этими ветрами.Более 277 сантиметров (109 дюймов) дождя вылилось на Тайвань, что привело к гибели 461 человека и ущербу в размере 6,2 миллиарда долларов.

Северо-восток и метели
Северо-восток — это сильный зимний шторм, сочетающий в себе сильный снегопад, сильный ветер и очень низкие температуры. Он дует с северо-востока вдоль восточного побережья США и Канады. Сильный северный восток называется метелью.

Служба погоды США называет бурю метелью, когда скорость ветра превышает 56 км/ч (35 миль/ч) и плохая видимость. (Видимость — это расстояние, на которое человек может видеть; метели, как и туман, затрудняют видимость, а такие задачи, как вождение автомобиля, становятся опасными.) Буря должна продолжаться в течение длительного периода времени, чтобы классифицироваться как метель, обычно несколько часов.

Метели могут изолировать и парализовать районы на несколько дней, особенно если в районе редко бывают снегопады и нет оборудования для его очистки от улиц.

Великая метель 1888 года была, пожалуй, самой страшной в истории США. Ветры со скоростью до 72 км/ч (45 миль в час) дули по восточному побережью от Чесапикского залива до севера Новой Шотландии, Канада.В регионе выпало более 147 сантиметров (58 дюймов) снега, что привело к заморозкам и массовым наводнениям по мере таяния снега. В результате Великой метели погибло 400 человек, а ущерб составил 1,2 миллиарда долларов.

Муссон
Муссон — это сезонное изменение преобладающей ветровой системы в данной местности. Они всегда дуют из холодных регионов с высоким давлением. Муссоны являются частью годичного цикла неравномерного нагревания и охлаждения тропических и среднеширотных прибрежных регионов. Муссоны являются частью климата Австралии, Юго-Восточной Азии и юго-западного региона Северной Америки.

Воздух над сушей нагревается и охлаждается быстрее, чем воздух над океаном. Летом это означает, что теплый воздух с суши поднимается вверх, создавая пространство для прохладного и влажного воздуха с океана. Когда земля нагревает влажный воздух, он поднимается вверх, охлаждается, конденсируется и выпадает обратно на Землю в виде дождя. Зимой суша остывает быстрее, чем океан. Теплый воздух над океаном поднимается, позволяя прохладному воздуху с суши поступать внутрь.

Большинство зимних муссонов прохладные и сухие, а летние муссоны теплые и влажные.Зимние муссоны Азии приносят прохладный сухой воздух с Гималаев. С другой стороны, знаменитый летний муссон развивается над Индийским океаном, поглощая огромное количество влаги. Летние муссоны приносят тепло и осадки в Индию, Шри-Ланку, Бангладеш и Мьянму.

Летний сезон дождей имеет важное значение для здоровья и экономики Индийского субконтинента. Водоносные горизонты заполнены, что позволяет использовать воду для питья, гигиены, промышленности и орошения.

Торнадо
Торнадо, также называемый смерчем, представляет собой сильно вращающуюся воздушную воронку.Торнадо могут возникать поодиночке или группами, как два вращающихся воздушных вихря, вращающихся вокруг друг друга. Торнадо могут возникать в виде водяных или наземных смерчей, вращающихся с сотен метров в воздухе, чтобы соединить землю или воду с облаками наверху. Хотя разрушительные торнадо могут возникать в любое время суток, большинство из них происходит между 4 и 9 часами вечера. местное время.

Торнадо часто возникают во время сильных гроз, называемых суперячейками. Суперячейка — это гроза с мощным вращающимся восходящим потоком.(Сухой воздух — это просто вертикальное движение воздуха. ) Этот мощный восходящий поток называется мезоциклоном.

Мезоциклон содержит вращающиеся потоки воздуха на расстоянии от 1 до 10 километров (от 1 до 6 миль) в атмосфере. Когда в суперячейке увеличивается количество осадков, дождь может утащить вместе с собой мезоциклоны на землю. Этот нисходящий поток — торнадо.

В зависимости от температуры и влажности воздуха торнадо может длиться от нескольких минут до часа. Однако прохладные ветры (так называемые нисходящие потоки с тыла) в конечном итоге обвивают торнадо и перекрывают подачу питающего его теплого воздуха.Торнадо утончается до стадии «веревки» и через несколько минут рассеивается.

Скорость ветра большинства торнадо не превышает 177 км/ч (110 миль/ч), а их диаметр составляет около 76 метров (250 футов). Они могут пройти несколько километров, прежде чем рассеяться. Однако самые мощные торнадо могут иметь скорость ветра более 482 км/ч (300 миль/ч) и иметь диаметр более 3 км (2 мили). Эти торнадо могут путешествовать по земле на десятки километров и через несколько штатов.

Эти сильные штормы случаются по всему миру, но Соединенные Штаты являются главной горячей точкой, где ежегодно происходит около тысячи торнадо.«Аллея торнадо», регион, который включает в себя восточную часть Южной Дакоты, южную Миннесоту, Небраску, Канзас, Оклахому, северный Техас и восточный Колорадо, является домом для самых мощных и разрушительных из этих штормов.

Самый сильный из когда-либо зарегистрированных торнадо произошел 18 марта 1925 года. Этот «Торнадо трех штатов» пронесся на 338 километров (219 миль) через Миссури, Иллинойс и Индиану. Торнадо разрушил местные коммуникации, сделав оповещение для следующего города почти невозможным. Торнадо в трех штатах унес жизни 695 человек за 3 года.5 часов.

Лучшая защита от торнадо — раннее предупреждение. В районах, где торнадо являются обычным явлением, во многих общинах есть системы предупреждения о торнадо. В Миннесоте, например, высокие башни по всему району подают сигнал тревоги, если приближается торнадо.

Измерение ветра

Ветер часто измеряется с помощью сдвига ветра. Сдвиг ветра — это разница в скорости и направлении ветра на заданном расстоянии в атмосфере. Сдвиг ветра измеряется как по горизонтали, так и по вертикали.Сдвиг ветра измеряется в метрах в секунду, умноженных на километры высоты. В нормальных условиях ветры движутся выше в атмосфере намного быстрее, создавая сильный сдвиг ветра на больших высотах.

При строительстве зданий инженеры должны учитывать средний сдвиг ветра в данной местности. Например, сдвиг ветра выше вблизи побережья. Небоскребы должны учитывать этот усиленный ветер за счет более прочного фундамента или конструкции, обеспечивающей безопасное «раскачивание» ветра.

Сила ветра измеряется по шкале Бофорта.Шкала названа в честь сэра Фрэнсиса Бофорта, который создал систему описания силы ветра в 1805 году для британского Королевского флота. Шкала Бофорта имеет 17 уровней силы ветра. «0» описывает настолько спокойные условия, что дым поднимается вертикально. «12» описывает ураган, а «13-17» зарезервированы только для тропических тайфунов, самых мощных и потенциально разрушительных ветров.

Анемометр — прибор для измерения скорости ветра. Анемометры используются с коллекторами данных о торнадо, которые измеряют скорость, осадки и давление торнадо.

Сила торнадо измеряется по шкале Фуджиты. Шкала имеет шесть категорий, обозначающих возрастающий урон. После того, как торнадо прошел, метеорологи и инженеры определяют силу торнадо, основываясь на его скорости ветра, ширине и повреждении растительности и искусственных сооружений. В 2007 г. в США была создана расширенная шкала Fujita; он обеспечивает более конкретные эффекты торнадо для определения его разрушительной силы. Усовершенствованная шкала Fujita включает 28 категорий, в которых наиболее сильно каталогизированы повреждения лиственных и хвойных пород деревьев.

Ураганы измеряются по шкале Саффира-Симпсона. Помимо тропических депрессий и тропических штормов, существует пять категорий ураганов. Самая мощная, категория 5, измеряется скоростью ветра 252 км/ч (157 миль/ч). Тропические циклоны и тайфуны часто измеряются с использованием других шкал, таких как Японская шкала интенсивности тропических циклонов, которая измеряет тайфун как ветер со скоростью 118 км/ч (73 мили в час).

Влияние на климат

Ветер является основным фактором, определяющим погоду и климат.Ветер переносит тепло, влагу, загрязняющие вещества и пыльцу в новые районы.

Многие ежедневные погодные условия зависят от ветра. Например, в прибрежной зоне направление ветра меняется ежедневно. Солнце нагревает землю быстрее, чем воду. Теплый воздух над сушей поднимается вверх, а более холодный воздух над водой движется над землей, создавая внутренний бриз. Прибрежные сообщества обычно намного прохладнее, чем их внутренние соседи. Сан-Франциско — прибрежный город в «солнечной Калифорнии», и все же писатель Марк Твен заметил, что «самой холодной зимой, которую я когда-либо проводил, было лето в Сан-Франциско!»

Ветер по-разному влияет на климат горной местности. Тени дождя создаются, когда ветер взаимодействует с горным хребтом. Когда ветер приближается к горе, он приносит с собой влагу, которая конденсируется в виде дождя и других осадков, прежде чем пройти через гребень горы. На другой стороне горы сухой «нисходящий ветер» может разогнаться через горные перевалы почти до 160 км/ч (100 миль/ч). Одним из самых известных из этих нисходящих ветров является Фён. Ветры Фёна, получившие прозвище «пожиратели снега», развиваются по мере того, как воздух опускается над Альпами, создавая более теплый климат в Центральной Европе.

Ветры также способствуют перемещению поверхностных океанских течений по всему миру. Антарктическое циркумполярное течение переносит холодную, богатую питательными веществами воду вокруг Антарктиды. Гольфстрим приносит теплую воду из Мексиканского залива на восточное побережье Северной Америки и через Атлантический океан в Северную Европу. Из-за течения Гольфстрим климат в Северной Европе намного теплее и мягче, чем в других районах на тех же широтах, таких как штат Аляска в США.

Воздействие на экологию

Ветер способен перемещать частицы земли — обычно пыль или песок — в больших количествах и на большие расстояния.Пыль из Сахары пересекает Атлантику, создавая туманные закаты в Карибском море.

Ветры переносят вулканический пепел и обломки на тысячи километров. Ветры разнесли пепел от извержения вулкана Эйяфьятлайокудль в Исландии в 2010 году на запад до Гренландии и на восток до Великобритании. Массовое извержение Кракатау, островного вулкана в Индонезии, в 1883 году имело еще более драматичные последствия для атмосферы. Ветры разнесли вулканический пепел и мусор высоко в атмосферу по всему миру.Европа пережила годы холодного, влажного лета и розовых закатов.

Способность ветра двигать землю может разрушать ландшафт. В некоторых случаях это происходит в пустыне, поскольку песчаные дюны со временем мигрируют и меняют форму. Ветер также может поднимать огромное количество песка и превращать скальные образования в потрясающие скульптуры. В регионе Альтиплано в Южной Америке образовались артефакты — скалы, вырезанные переносимым ветром песком и льдом.

Сила ветра, разрушающая землю, может нанести ущерб сельскому хозяйству.Лесс, осадок, который может превратиться в одну из самых богатых почв для сельского хозяйства, легко уносится ветром. Даже когда фермеры принимают меры для его защиты, ветер может выветривать до 2,5 кг лёсса на квадратный метр (1,6 фунта на квадратный фут) каждый год.

Самым известным примером этого разрушительного урагана, вероятно, является Пыльный котёл Северной Америки 1930-х годов. Пыльные бури могли уменьшить видимость до нескольких футов и заслужили такие названия, как «черные метели». Миллионы фермеров, особенно в США.Южные штаты Оклахома, Арканзас и Техас потеряли свои земли, когда не смогли собрать урожай.

Каким бы разрушительным для экономики ни был ветер, он является важным способом рассеивания семян растениями. Такая форма распространения семян называется анемохория. Растения, зависящие от анемохории, производят сотни и даже тысячи семян. Семена переносятся ветром в дальние или близлежащие места, увеличивая распространение генетики растения. Некоторые из самых известных семян, разносимых ветром, — это пушистый одуванчик.

Энергия ветра

Ветер использовался в качестве источника энергии более тысячи лет — он толкал корабли по всему миру и использовался в ветряных мельницах для перекачки воды; он превратил гигантские камни в измельчение зерна, изготовление бумаги, распиловку бревен и дробление руды. Сегодня большая часть энергии ветра используется для выработки электроэнергии для домов, предприятий, больниц, школ и промышленности.

Ветер является возобновляемым ресурсом, не вызывающим загрязнения. Энергия ветра используется с помощью мощных турбин.Ветряные турбины имеют высокую трубчатую башню с двумя или тремя пропеллерными лопастями, вращающимися наверху. Когда ветер крутит лопасти, лопасти вращают генератор и вырабатывают электричество.

Часто ветряные турбины собираются в ветреных районах в массивы, известные как ветряные электростанции. Многие ветряные электростанции были созданы в горах, долинах и на море, поскольку воздух из океана взаимодействует с воздухом земли.

Некоторые считают ветряные турбины уродливыми и жалуются на производимый ими шум.Медленно вращающиеся лезвия также могут убивать птиц и летучих мышей, но не так часто, как автомобили, линии электропередач и высотные здания.

Однако экономическим недостатком ветряных электростанций является сам ветер. Если он не дует, электричество не вырабатывается.

Тем не менее, с 2000 по 2006 год использование энергии ветра увеличилось более чем в четыре раза. Наибольшая установленная мощность ветровой энергии находится в Германии, за ней следуют Испания, США, Индия и Дания. Развитие также быстро растет во Франции и Китае.

Эксперты отрасли прогнозируют, что если темпы роста сохранятся, к 2050 году одна треть мировых потребностей в электроэнергии может быть покрыта за счет ветра.

Меридиональная циркуляция – обзор

10.2.1 Обычное среднее Эйлера

Применяя схему усреднения (10.9) к (10.1) и (10.5), мы получаем среднезональные уравнения импульса и термодинамической энергии для квази- геострофические движения на средней широте β плоскости:

(10.11)∂u¯∕∂t−f0v¯=−∂u′v′¯∕∂y+X¯

(10.12)∂T¯∕∂t+N2HR−1w¯=−∂v′T′¯∕∂y+J¯∕cp

где N – частота плавучести, определяемая

N2≡RHκT0H+dT0dz

3

3

В (10.11) и (10.12), в соответствии с квазигеострофическим скейлингом, мы пренебрегли адвекцией за счет агеострофической средней меридиональной циркуляции и дивергенций вертикальных вихревых потоков. Легко убедиться, что для квазигеострофических масштабов эти члены малы по сравнению с оставшимися членами (см. задачу 10.4). Мы включили осредненное по зонам турбулентное сопротивление в (10.11), так как напряжения из-за неразрешенных вихрей (таких как гравитационные волны) могут иметь большое значение не только в пограничном слое, но также в верхней тропосфере и в средней атмосфере.

Аналогичное масштабирование показывает, что зональное среднее меридионального уравнения количества движения (10.2) может быть точно аппроксимировано геострофическим балансом: чтобы получить соотношение теплового ветра

(10.13)f0∂u¯∕∂z+RH−1∂T¯∕∂y=0

Это соотношение между среднезональным распределением ветра и потенциальной температуры налагает сильное ограничение на агеострофический средняя меридиональная циркуляция (v¯,w¯).В отсутствие средней меридиональной циркуляции вихревая дивергенция потока импульса в (10.11) и вихревая дивергенция потока тепла в (10.12) по отдельности стремились бы изменить средние зональные поля ветра и температуры и тем самым нарушить баланс теплового ветра. Однако сила градиента давления, возникающая в результате любого небольшого отклонения среднего зонального ветра от геострофического баланса, будет вызывать среднюю меридиональную циркуляцию, которая корректирует поля среднего зонального ветра и температуры так, что (10.13) остается в силе. Во многих ситуациях эта компенсация позволяет среднему зональному ветру оставаться неизменным даже при наличии больших вихревых потоков тепла и импульса. Таким образом, средняя меридиональная циркуляция играет в среднезональной циркуляции точно такую ​​же роль, какую вторичная дивергентная циркуляция играет в квазигеострофической системе синоптического масштаба. Фактически, для стационарных условий среднего потока циркуляция (v¯,w¯) должна просто уравновешивать вихревое воздействие плюс диабатический нагрев, так что балансы в (10.11) и (10.12: показывает, что вне тропиков эти балансы кажутся приблизительно верными над пограничным слоем. Таким образом, изменения среднезонального стока возникают из-за небольших диспропорций между условиями воздействия и средней меридиональной циркуляцией.

Средняя меридиональная циркуляция Эйлера может быть определена в терминах воздействия из уравнения, аналогичного омега-уравнению из раздела 6.4. Перед выводом этого уравнения полезно заметить, что средняя меридиональная циркуляция массы не расходится в меридиональной плоскости. Таким образом, ее можно представить в терминах меридиональной функции тока массопереноса, которая тождественно удовлетворяет уравнению неразрывности (10.8), полагая

Зависимость знака функции тока χ¯ от направления средней меридиональной циркуляции схематично показана на рис. 10.1.

Рисунок 10.1. Связь эйлеровой средней меридиональной функции тока с вертикальным и меридиональным движением.

Диагностическое уравнение для χ¯ получается, если сначала взять

f0∂∂z10,11+RH∂∂y10,12

, а затем использовать (10.13) для исключения производных по времени и (10.14) для выражения среднего меридионального обращения в терминах χ¯. Полученное эллиптическое уравнение имеет вид yu′v′¯−∂X¯∂z

Уравнение (10.15) можно использовать для качественной диагностики средней меридиональной циркуляции. Поскольку χ¯ должно обращаться в нуль на границах, его можно представить двойным рядом Фурье по y и z . Следовательно, эллиптический оператор в левой части (10. 15) приблизительно пропорционален −χ¯, а (10.15) качественно утверждает, что 2∂y∂z крупномасштабный вихревой импульс поток+∂∂z зональная сила лобового сопротивления

Теперь диабатический нагрев в северном полушарии уменьшается с увеличением y .Таким образом, первый член справа положителен и стремится вынудить среднюю меридиональную ячейку с χ¯>0. Это называется термически прямой ячейкой , поскольку теплый воздух поднимается, а холодный опускается. Именно этот процесс в первую очередь объясняет циркуляцию Хэдли в тропиках, как показано на рис. 10.2. Для идеализированной ячейки Хэдли в отсутствие вихревых источников дифференциальный диабатический нагрев будет уравновешиваться только адиабатическим охлаждением вблизи экватора и адиабатическим нагреванием в более высоких широтах.

Рисунок 10.2. Схематическая эйлерова средняя меридиональная циркуляция, показывающая функцию тока для термически прямой ячейки Хэдли.

Во внетропическом северном полушарии вихревые тепловые потоки к полюсу, обусловленные как временными вихрями синоптического масштаба, так и стационарными планетарными волнами, имеют тенденцию переносить тепло к полюсу, создавая максимальный поток тепла к полюсу v’T’¯ в нижней тропосфере примерно на 50° широты как показано на рисунке 10. 3. Поскольку χ¯ пропорциональна второй производной v′T′¯, которая должна быть отрицательной, когда v′T′¯>0, член должен иметь тенденцию создавать среднюю меридиональную ячейку с χ¯<0 с центром в нижней тропосфере в точке средние широты.Таким образом, вихревой тепловой поток имеет тенденцию вызывать непрямую меридиональную циркуляцию.

Рисунок 10.3. Наблюдаемое вихревое распределение теплового потока на север (°Cm s ⁻¹ ) для зимы в Северном полушарии.

Существование этой непрямой меридиональной циркуляции можно понять с точки зрения необходимости поддержания геострофического и гидростатического баланса. К северу от широты, где v′T′¯ является максимальным, наблюдается конвергенция вихревого теплового потока, а к экватору этой широты – расхождение.Таким образом, вихревой перенос тепла имеет тенденцию уменьшать градиент средней температуры от полюса к экватору. Если средний зональный сток должен оставаться геострофическим, то и термический ветер должен уменьшиться. В отсутствие переноса вихревого импульса это уменьшение теплового ветра может быть вызвано только крутящим моментом Кориолиса из-за средней меридиональной циркуляции в том же смысле, что и на рисунке 10.4. В то же время неудивительно, что вертикальные средние движения, требуемые непрерывностью, противостоят температурной тенденции, связанной с вихревым тепловым потоком, вызывая адиабатический нагрев в области расхождения вихревого теплового потока и адиабатическое охлаждение в области вихревого теплового потока. сходимость потоков.

Рисунок 10.4. Схематическая эйлерова средняя меридиональная циркуляция, вызванная потоками тепла, направленными к полюсу.

Предпоследний вынуждающий член в (10.15) пропорционален вертикальному градиенту сходимости горизонтального потока вихревого импульса. Однако можно показать (см. задачу 10.5), что

−∂2∂z∂yu′v′¯=+∂∂zv′ζ′¯

Таким образом, этот член пропорционален вертикальной производной меридиональной завихренности поток. Чтобы интерпретировать это вихревое воздействие физически, мы предполагаем, как показано на рисунке 10. 5 видно, что сходимость потока импульса (или потока завихренности) положительна и увеличивается с высотой. Это будет верно в тропосфере Северного полушария к полюсу от ядра струйного течения, поскольку u′v′¯ имеет тенденцию быть направленным к полюсу и достигает своего максимума около тропопаузы примерно на 30° (в центре среднего струйного течения), как показано на рисунке 10.6. Для этой конфигурации потока импульса ∂2u′v′¯∕∂y∂z<0 в тропосфере средних широт, которая снова приводит в движение среднюю меридиональную ячейку с χ¯<0. Из (10.11) ясно, что сила Кориолиса этой индуцированной непрямой меридиональной циркуляции необходима для уравновешивания ускорения из-за схождения потоков импульсов, которое в противном случае увеличило бы вертикальный сдвиг среднего зонального ветра и нарушило бы баланс теплового ветра.

Рисунок 10.5. Схематическая эйлерова средняя меридиональная циркуляция, вызванная вертикальным градиентом сходимости потока вихревого импульса.

Рисунок 10.6. Наблюдаемое распределение потока вихревого импульса в северном направлении (м ² с ⁻² ) для зимы в Северном полушарии.

Таким образом, комбинированные распределения вихревого теплового потока и вихревого потока импульса имеют тенденцию управлять средними меридиональными ячейками в каждом полушарии с восходящим движением к полюсу на 45° и опусканием к экватору на 45°. Это вихревое воздействие более чем компенсирует прямое диабатическое воздействие в средних широтах и ​​является причиной наблюдаемой термически непрямой ячейки Феррела .

Полученная в результате наблюдаемая климатология средней меридиональной эйлеровой циркуляции показана на рисунке 10.7. Он состоит в основном из тропических ячеек Хэдли, управляемых диабатическим нагревом, и ячеек Ферреля, расположенных в средних широтах и ​​вызванных вихрями. Имеются также небольшие термически прямые ячейки в полярных широтах. Меридиональная циркуляция зимой значительно сильнее, чем летом, особенно в северном полушарии. Это отражает сезонные изменения как диабатических, так и вихревых потоков в (10. 15).

Рисунок 10.7. Функция тока (единицы: 10 ² кг м ⁻¹ с ⁻¹ ) для наблюдаемой средней меридиональной циркуляции Эйлера для зимы в Северном полушарии.

Ячейка Ферреля представляет собой загадку, поскольку вертикальные циркуляции, создаваемые отдельными бароклинными вихрями, являются термически прямыми, при этом теплый воздух поднимается, а холодный опускается. Однако эйлерова средняя меридиональная циркуляция, которая усредняется по этим циркуляциям, показывает термически непрямую циркуляцию. Эта загадка решается путем изучения меридиональной циркуляции в изоэнтропических координатах (рис. 10.8), которая обнаруживает термически прямую циркуляцию как в ячейках Хэдли, так и во внетропических зонах.Это показывает, что ячейка Ферреля является артефактом эйлерова процесса усреднения и что вихревые потоки энтропии велики по сравнению с потоками средней циркуляции.

Рисунок 10.8. Январское время и среднезональная изоэнтропическая функция потока массы, определенная по данным реанализа ERA-40 1980–2001 гг. ). Контуры функции тока показаны каждые 20 × 10 ⁹ кг с ⁻¹ , с подразумеваемым обращением по часовой стрелке вокруг отрицательных значений. Пунктирные линии показывают поверхности давления, а сплошная нижняя кривая представляет собой среднюю потенциальную температуру поверхности.

Зональный баланс импульса в верхней тропосфере в ячейках тропических и средних широт поддерживается балансом между силой Кориолиса, вызванной средним меридиональным дрейфом, и конвергенцией вихревого потока импульса. Баланс тепла поддерживается восходящим движением (адиабатическое охлаждение), уравновешивающим диабатический нагрев в тропиках, и схождением вихревых потоков тепла в высоких широтах и ​​опусканием (адиабатическое потепление), уравновешивающим расхождение вихревых потоков тепла в субтропиках.

Из-за появления членов вихревых потоков как в уравнениях среднего импульса, так и в уравнениях термодинамической энергии, а также из-за того, что вихревые процессы и процессы среднего течения практически компенсируются, довольно неэффективно пытаться диагностировать чистое вихревое воздействие среднего потока на основе обычного уравнения Эйлера. значит. Можно показать, что аналогичная компенсация вихревого и среднего потока имеет место в уравнении непрерывности среднего Эйлера для долгоживущего индикатора, так что расчет переноса индикатора также неэффективен в этой формулировке.

8.2 Ветры и эффект Кориолиса – Введение в океанографию

Дифференциальный нагрев поверхности Земли приводит к тому, что экваториальные области получают больше тепла, чем полюса (раздел 8.1). По мере нагревания воздух на экваторе становится менее плотным и поднимается вверх, а на полюсах холодный воздух уплотняется и опускается. Если бы Земля не вращалась, теплый воздух, поднимающийся на экваторе, достигал бы верхних слоев атмосферы и двигался горизонтально к полюсам. Когда воздух достигнет полюсов, он остынет, опустится и будет двигаться по поверхности Земли обратно к экватору.Это привело бы к одной большой ячейке атмосферной конвекции в каждом полушарии (рис. 8.2.1), когда воздух поднимается на экваторе и опускается на полюсах, а движение воздуха над поверхностью Земли создает ветры. Таким образом, на этой невращающейся Земле преобладающие ветры будут дуть от полюсов к экватору в обоих полушариях (рис. 8.2.1).

Ситуация отсутствия вращения на рис. 8.2.1, конечно, только гипотетическая, и в действительности вращение Земли делает эту атмосферную циркуляцию немного более сложной. Пути ветров на вращающейся Земле отклоняются Эффектом Кориолиса .Эффект Кориолиса возникает из-за того, что разные широты на Земле вращаются с разной скоростью. Это связано с тем, что каждая точка на Земле должна совершить полный оборот за 24 часа, но некоторые точки должны двигаться дальше и, следовательно, быстрее, чтобы завершить оборот за то же время. За 24 часа точка на экваторе должна совершить оборот, равный окружности Земли, что составляет около 40 000 км. Точка прямо на полюсах за это время не проходит никакого расстояния; просто крутится по кругу.Так скорость вращения на экваторе около 1600 км/час, а на полюсах скорость 0 км/час. Широты между ними вращаются с промежуточными скоростями; примерно 1400 км/ч в точке 30 ^o и 800 км/ч в точке 60 ^o . Когда объекты движутся по поверхности Земли, они сталкиваются с областями с различной скоростью, что приводит к отклонению их пути из-за эффекта Кориолиса.

Чтобы объяснить эффект Кориолиса, представьте пушку, расположенную на экваторе и направленную на север. Хотя кому-то на Земле пушка кажется неподвижной, на самом деле она движется на восток со скоростью около 1600 км/ч из-за вращения Земли.Когда пушка стреляет, снаряд летит на север к своей цели; но он также продолжает двигаться на восток со скоростью 1600 км/ч, скоростью, которую он имел, пока находился в пушке. По мере того, как оболочка движется в более высоких широтах, ее импульс несет ее на восток быстрее, чем скорость, с которой вращается земля под ней. Например, на 30 ^o широты снаряд движется на восток со скоростью 1600 км/ч, а земля движется на восток со скоростью всего 1400 км/ч. Таким образом, снаряд оказывается «впереди» своей цели и приземляется восточнее предполагаемого пункта назначения.С точки зрения пушки кажется, что траектория снаряда отклонилась вправо (красная стрелка, рис. 8.2.2). Точно так же пушка, расположенная в точке 60 ^o и обращенная к экватору, будет двигаться на восток со скоростью 800 км/ч. Когда его снаряд будет выпущен в сторону экватора, он будет двигаться на восток со скоростью 800 км/ч, но по мере приближения к экватору он будет двигаться над землей, которая движется на восток на 90 167 быстрее, чем снаряд на 90 168. Таким образом, снаряд попадает «позади» своей цели и приземляется к западу от пункта назначения.Но с точки зрения пушки, обращенной к экватору, траектория снаряда все же кажется отклоненной вправо (зеленая стрелка, рис. 8.2.2). Следовательно, в северном полушарии кажущееся кориолисово отклонение всегда будет 90 167 90 168 вправо 90 056 .

В Южном полушарии ситуация обратная (рис. 8.2.2). Объекты, движущиеся к экватору от южного полюса, переходят с низкой скорости на высокую, поэтому остаются позади и их траектория отклоняется влево.Движение от экватора к южному полюсу также приводит к отклонению влево. В Южном полушарии отклонение Кориолиса всегда происходит на левее от исходной точки.

Величина отклонения Кориолиса связана с разницей в скорости вращения между начальной и конечной точками. Между полюсами и 60 90 201 o 90 202 широты разница в скорости вращения составляет 800 км/час. Между экватором и 30 ^o широты разница составляет всего 200 км/ч (рис. 8.2.2). Следовательно, сила эффекта Кориолиса сильнее вблизи полюсов и слабее на экваторе.

Из-за вращения Земли и эффекта Кориолиса вместо одной ячейки атмосферной конвекции в каждом полушарии имеется три основных ячейки в каждом полушарии. Теплый воздух, поднимающийся на экваторе, охлаждается по мере прохождения через верхние слои атмосферы и опускается примерно на 30° ^o ° широты.Ячейки конвекции, создаваемые восходящим воздухом на экваторе и опускающимся воздухом на 30 90 201 o 90 202, называются ячейками Хэдли , по одной в каждом полушарии. Холодный воздух, который опускается на полюсах, движется над поверхностью Земли по направлению к экватору и примерно к 60 ^o широты начинает подниматься, создавая полярную ячейку между 60 ^o и 90 ^o . Между 30 ^o и 60 ^o расположены ячеек Феррела , состоящих из опускающегося воздуха в 30 ^o и восходящего воздуха в 60 ^o (рис. 8.2.3). С тремя конвекционными ячейками в каждом полушарии, которые вращаются в разных направлениях, приземные ветры больше не всегда дуют от полюсов к экватору, как на невращающейся Земле на рис. 8.2.1. Вместо этого приземные ветры в обоих полушариях дуют к экватору между 90 90 201 o 90 202 и 60 90 201 o 90 202 широты и между 0 90 201 o 90 202 и 30 90 201 o 90 202 широты. Между 30 90 201 o 90 202 и 60 90 201 o 90 202 широты приземные ветры дуют в сторону полюсов (рис. 8.2.3).

Приземные ветры, создаваемые ячейками атмосферной конвекции, также подвержены влиянию эффекта Кориолиса, поскольку они меняют широту. Эффект Кориолиса отклоняет направление ветра вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии.Добавление этого отклонения приводит к схеме преобладающих ветров, показанной на рис. 8.2.4. Между экватором и 30 ^o широты находятся пассатов ; северо-восточные пассаты в Северном полушарии и юго-восточные пассаты в Южном полушарии (обратите внимание, что ветры названы в зависимости от направления, откуда они исходят, а не от того, куда они идут). западных ветров являются доминирующими ветрами между 30 ^o и 60 ^o в обоих полушариях, а полярных восточных ветров встречаются между 60 ^o и полюсами.

Между этими ветровыми полосами лежат области высокого и низкого давления. Зоны высокого давления возникают там, где воздух опускается, а зоны низкого давления указывают на подъем воздуха. Вдоль экватора поднимающийся воздух создает область низкого давления, называемую депрессией или межтропической зоной конвергенции (ITCZ) (зона конвергенции, потому что здесь сходятся пассаты).На 30 ^o широты находятся зоны высокого давления нисходящего воздуха, известные как лошадиных широт , или субтропические максимумы. Наконец, в точке 60 ^o лежит еще одна область низкого давления, называемая полярным фронтом . Следует отметить, что эти зоны высокого и низкого давления не фиксируются на месте; их широта колеблется в зависимости от сезона, и эти колебания имеют важные последствия для регионального климата.

Эти названия могут показаться странными для этих атмосферных явлений, но многие из них восходят к морским традициям и знаниям.

Депрессивное состояние относится к областям низкого давления вокруг экватора. В этих районах воздух поднимается, а не движется горизонтально, поэтому в этих регионах обычно дуют очень слабые ветры. Отсутствие ветра могло оставить парусные суда в штиле на несколько дней или недель, что не очень хорошо сказывалось на моральном духе экипажа корабля.

Как и депрессия, лошадиных широт также являются районами со слабым ветром, на этот раз из-за нисходящего воздуха, который может оставить корабли в штиле.Одно из объяснений термина «лошадиные широты» заключается в том, что когда эти корабли оказывались на мели, они рисковали остаться без пищи или воды. Чтобы сохранить эти ресурсы, моряки выбрасывали своих мертвых или умирающих лошадей за борт, отсюда и «лошадиные широты». Другое объяснение состоит в том, что многие моряки получали часть своей зарплаты перед рейсом и часто тратили ее перед отплытием. Это означало, что первую часть пути они проведут, работая бесплатно и в долг, период, называемый «временем мертвой лошади», который мог длиться несколько месяцев. Когда они снова начали получать зарплату, они устроили церемонию «мертвой лошади» и выбросили воображаемую лошадь за борт. Время проведения этой церемонии часто совпадало с достижением лошадиных широт, что приводило к ассоциации церемонии с местом. Третье объяснение заключается в том, что корабль называли «конным», когда ветер был слабым, и вместо этого корабль должен был полагаться на океанские течения для их перемещения. Это могло быть обычным явлением в зонах высокого давления около 30 90 201 o 90 202 широты, поэтому их называли конскими широтами.

Термин пассаты , возможно, первоначально произошел от терминов, обозначающих «дорожка» или «путь», но этот термин мог стать более распространенным во время европейского исследования и коммерциализации Нового Света. Моряки, идущие из Европы в Новый Свет, могли плыть на юг, пока не достигали пассатов, которые затем продвигали их корабли через Атлантику в Карибское море. Чтобы вернуться в Европу, корабли могли плыть на северо-восток до тех пор, пока они не войдут в западные ветры, которые затем направят их обратно в Европу.