Название: Восемь лекций по физике атмосферы и гидросферы (Браже Р. А.)

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1309


2.1. ветры

 

Причиной переноса воздушных масс в атмосфере является конвекция: те- плый воздух из экваториальных областей Земли поднимается и перемещается в полярные области, охлаждаясь и опускаясь вниз (см. рис. 2.1 [1]). Из-за подня- тия воздуха вблизи экватора там верхняя граница тропосферы выше – около

17 км. Это почти вдвое больше, чем у полюсов.

 

 

Экватор

Солнечное излучение

 

 

Рис. 2.1. Экваториальная конвекция воздуха в атмосфере Земли

 

Таким образом, система экватор – атмосфера – полюса представляет со- бой гигантскую тепловую машину. Ее коэффициент полезного действия  не- велик:  всего 1–2\%. Механическая мощность, развиваемая этой машиной

 

Pмех

 P(1  A) ~ 1015

Вт ,      (2.1)

 

где

P  1,75  1017  Вт

 

–          мощность  теплового            излучения  Солнца,   величина

А = 0,35 – оцененная еще в прошлой лекции доля отраженной солнечной энер- гии (альбедо Земли).

Приравняем   эту       мощность       к          мощности       ветров mAv02/,        где

mA       =          51018  кг      –          масса   атмосферы,     v0        –          средняя           скорость         ветра,

  R /v0 – определяемое радиусом Земли (см. табл. 1.1) характерное время пе- ремещения воздушных масс. Отсюда

 

P(1  A)R 

1 / 3

v0  ~ 

         m A

         ~ 10 м/с;          (2.2)

 

 

 ~ R

v0

 

~ 6  10 5 с ~ 1 неделя.

 

 

Разумеется, это средние значения. Над океаном ветер значительно силь- нее, чем над сушей. Интересна вторая оценка: она определяет характерное вре- мя изменения погоды.

Формула (2.2) дает оценку скорости ветра вблизи земной поверхности. Скорость ветра наверху можно найти, приравняв потоки масс воздуха внизу и вверху:

 

0 v0

  h vh ,

 

 

Откуда

 

vh  ~ 0 v0  /  h

~ 100

м/с.      (2.3)

 

 

Действительно, на высотах около 10 км ветры дуют примерно с такими скоро- стями.

Из-за вращения Земли и в Северном, и в Южном полушариях верхний ве- тер отклоняется в восточном, а нижний – в западном направлении. На воздуш-

ные массы, движущиеся со скоростью v, действует сила Кориолиса

 

FK   2m  sin ,   (2.4)

 

где    – угловая скорость вращения Земли,  – широта местности. На рис. 2.2 [1] показан характер отклонения высотных ветров под действием этой силы ( – долгота местности).

V = 200 м/с

 

 

20

 

15        V = 100 м/с

 

10

 

5

 

Северное полушарие

 

 

0

5          10        15

5

 

10

 

 

20        25        30        

 

Южное полушарие

 

 

15

 

20

 

Рис. 2.2. Действие силы Кориолиса на высотные ветры Северного и Южного полушарий Земли