Название: Восемь лекций по физике атмосферы и гидросферы (Браже Р. А.) Жанр: Радиотехнический Просмотров: 1332 |
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.
Солнечное излучение
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
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 = 51018 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
m A ~ 10 м/с; (2.2)
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
5 10 15
Южное полушарие
Рис. 2.2. Действие силы Кориолиса на высотные ветры Северного и Южного полушарий Земли
|
|