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

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

Жанр: Радиотехнический

Просмотров: 1397

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

~ 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

