Взаимодействие между океана и атмосферата.

27. Циркулация на въздушните маси.

© Владимир Каланов,
"Знанието е сила".

движещ се въздушни масив атмосферата се определя от топлинния режим и измененията на атмосферното налягане. Съвкупността от основните въздушни течения над планетата се нарича обща атмосферна циркулация. Основните мащабни атмосферни движения, които съставляват общата циркулация на атмосферата: въздушни течения, струйни течения, въздушни течения в циклони и антициклони, пасати и мусони.

Движението на въздуха спрямо земната повърхност вятър- възниква, защото атмосферното налягане в различните части на въздушната маса не е еднакво. Смята се, че вятърът е хоризонтално движениевъздух. Всъщност въздухът обикновено не се движи успоредно на земната повърхност, а под лек ъгъл, т.к. атмосферното налягане варира както хоризонтално, така и вертикално. Посоката на вятъра (север, юг и т.н.) показва от коя посока духа вятърът. Силата на вятъра се отнася до неговата скорост. Колкото по-високо е, толкова по-силен е вятърът. Скоростта на вятъра се измерва при метеорологични станциина височина 10 метра над Земята, в метри в секунда. На практика силата на вятъра се оценява в точки. Всяка точка съответства на два или три метра в секунда. При сила на вятъра 9 бала вече се смята за буря, а при 12 бала – за ураган. Общият термин "буря" означава всеки много силен вятър, независимо от броя точки. Скоростта на силен вятър, например по време на тропически ураган, достига огромни стойности - до 115 m / s или повече. Вятърът се усилва средно с височина. На повърхността на Земята скоростта му се намалява от триене. През зимата скоростта на вятъра обикновено е по-висока, отколкото през лятото. Най-високите скорости на вятъра се наблюдават в умерените и полярните ширини в тропосферата и долната стратосфера.

Не е напълно ясно как скоростта на вятъра се променя над континентите на ниска надморска височина (100–200 m). тук скоростта на вятъра достига най-високите си стойности следобед, а най-ниските през нощта. Най-добре се вижда през лятото.

През деня в пустините на Централна Азия има много силни ветрове, до бурни, а през нощта има пълно спокойствие. Но вече на надморска височина от 150–200 m се наблюдава напълно противоположна картина: максимална скорост през нощта и минимална през деня. Същата картина се наблюдава както през лятото, така и през зимата в умерените ширини.

Поривистите ветрове могат да донесат много проблеми на пилотите на самолети и хеликоптери. Въздушни струи, движещи се в различни посоки, на сътресения, пориви, отслабващи или засилващи се, създават голяма пречка за движението на самолета - появява се бърборене - опасно нарушение на нормалния полет.

Ветрове, духащи от планинските вериги на студения континент в посока топло море, са наречени бора. Това е силен, студен, поривист вятър, който обикновено духа през студения сезон.

Бора е познат на мнозина в района на Новоросийск, на Черно море. Ето такива природни условияче скоростта на бурата може да достигне 40 и дори 60 m/s, докато температурата на въздуха пада до минус 20°C. Бора се появява най-често между септември и март, средно 45 дни в годината. Понякога последствията от него бяха следните: пристанището замръзваше, корабите, сградите, насипът бяха покрити с лед, покривите бяха откъснати от къщи, вагоните се обърнаха, корабите бяха изхвърлени на брега. Бора се наблюдава и в други региони на Русия - на Байкал, на Нова Земля. Бора е известна на средиземноморското крайбрежие на Франция (където се нарича мистрал) и в Мексиканския залив.

Понякога в атмосферата се появяват вертикални вихри с бързо спираловидно движение на въздуха. Тези вихрушки се наричат ​​торнадо (в Америка ги наричат ​​торнадо). Торнадото е с диаметър няколко десетки метра, понякога до 100–150 м. Изключително трудно е да се измери скоростта на въздуха вътре в торнадо. Според естеството на щетите, причинени от торнадото, оценените скорости могат да бъдат 50–100 m/s, а в особено силни вихри до 200–250 m/s с голям вертикален компонент на скоростта. Налягането в центъра на възходящата колона на торнадото пада с няколко десетки милибара. В синоптичната практика обикновено се използват милибари за определяне на налягането (заедно с милиметри живачен стълб). За да конвертирате барове (милибари) в mm. живачна колона, има специални таблици. В системата SI атмосферното налягане се измерва в хектопаскали. 1hPa=10 2 Pa=1mb=10 -3 bar.

Торнадото съществува за кратко време - от няколко минути до няколко часа. Но за това малко времете успяват да направят много неприятности. Когато торнадо се приближи (над сушата, торнадото понякога се нарича кръвни съсиреци) към сградите, разликата между налягането вътре в сградата и в центъра на кръвния съсирек води до факта, че сградите изглежда експлодират отвътре - стените са унищожени, изхвърчат прозорци и дограми, откъснати са покриви, понякога не може без човешки жертви. Има моменти, когато торнадо издига хора, животни и различни предмети във въздуха и ги пренася на десетки или дори стотици метри. В движението си торнадото се движат на няколко десетки километра над морето и още повече – над сушата. Разрушителната сила на торнадото над морето е по-малка, отколкото над сушата. В Европа кръвните съсиреци са редки, по-често се срещат в азиатската част на Русия. Но торнадата са особено чести и разрушителни в Съединените щати. Прочетете повече за торнадо и торнадо на нашия уебсайт в раздела.

Атмосферното налягане е много променливо. Зависи от височината на въздушния стълб, неговата плътност и ускорението на гравитацията, което варира в зависимост от географската ширина и височината над морското равнище. Плътността на въздуха е масата на единица от неговия обем. Плътността на влажния и сухия въздух се различава значително само при висока температура и висока влажност. С понижаване на температурата плътността се увеличава; с височината плътността на въздуха намалява по-бавно от налягането. Плътността на въздуха обикновено не се измерва директно, а се изчислява от уравнения въз основа на измерените стойности на температурата и налягането. Косвено, плътността на въздуха се измерва чрез забавянето на изкуствените спътници на Земята, както и от наблюдения на разпространението на изкуствени облаци от натриеви пари, създадени от метеорологични ракети.

В Европа плътността на въздуха на повърхността на Земята е 1,258 kg/m3, на височина 5 km - 0,735, на височина 20 km - 0,087, а на височина 40 km - 0,004 kg/m3.

Колкото по-къс е въздушният стълб, т.е. колкото по-високо е мястото, толкова по-малко е налягането. Но намаляването на плътността на въздуха с височината усложнява тази зависимост. Уравнението, изразяващо закона за промяна на налягането с височина в атмосфера в покой, се нарича основно уравнение на статиката. От него следва, че с увеличаване на надморската височина изменението на налягането е отрицателно, а при изкачване на същата височина спадът на налягането е толкова по-голям, колкото по-голяма е плътността на въздуха и ускорението на гравитацията. Основната роля тук принадлежи на промените в плътността на въздуха. От основното уравнение на статиката може да се изчисли стойността на вертикалния градиент на налягането, който показва промяната на налягането при движение на единица височина, т.е. намаляване на налягането на единица вертикално разстояние (mb/100 m). Градиентът на налягането е силата, която движи въздуха. В допълнение към силата на градиента на налягането в атмосферата съществуват инерционни сили (сила на Кориолис и центробежна сила), както и сила на триене. Всички въздушни течения се разглеждат спрямо Земята, която се върти около оста си.

Пространственото разпределение на атмосферното налягане се нарича барично поле. Това е система от повърхности с равно налягане или изобарни повърхности.

Вертикално сечение на изобарни повърхности над циклона (H) и антициклона (B).
Повърхностите се изчертават през равни интервали на натиск p.

Изобарните повърхнини не могат да бъдат успоредни една на друга и на земната повърхност, т.к температурата и налягането постоянно се променят в хоризонтална посока. Следователно изобарните повърхности имат разнообразен вид - от плитки "вдлъбнатини", огънати надолу, до опънати "хълмове", извити нагоре.

Когато хоризонтална равнина пресича изобарни повърхнини се получават криви - изобари, т.е. линии, свързващи точки с еднакви стойности на налягането.

Изобарните карти, които се изграждат въз основа на резултатите от наблюдения в определен момент от времето, се наричат ​​синоптични карти. Изобарните карти, съставени от дългосрочни средни данни за месец, сезон, година, се наричат ​​климатологични.

Средногодишни карти на абсолютния релеф на изобарната повърхност 500 mb за декември - февруари.
Височини в геопотенциални декаметри.

На синоптичните карти между изобарите се взема интервал от 5 хектопаскала (hPa).

На карти на ограничена област изобарите може да се прекъсват, но на карта на цялото земно кълбо всяка изобара, разбира се, е затворена.

Но дори и на ограничена карта често има затворени изобари, които ограничават зони с ниско или високо налягане. Области с ниско налягане в центъра са циклони, а областите с относително високо налягане са антициклони.

Под циклон се има предвидогромна вихрушка в долния слой на атмосферата с намалено атмосферно налягане в центъра и възходящо движение на въздушните маси. В циклон налягането се увеличава от центъра към периферията и въздухът се движи обратно на часовниковата стрелка в северното полукълбо и по посока на часовниковата стрелка в южно полукълбо. Възходящото движение на въздуха води до образуване на облаци и валежи. От космоса циклоните изглеждат като въртящи се облачни спирали в умерените ширини.

Антициклоне зона на високо налягане. Възниква едновременно с развитието на циклон и представлява вихър със затворени изобари и най-високо налягане в центъра. Ветровете в антициклон духат по посока на часовниковата стрелка в северното полукълбо и обратно на часовниковата стрелка в южното полукълбо. В антициклон винаги има низходящо движение на въздуха, което предотвратява появата на мощни облаци и продължителни валежи.

По този начин мащабната атмосферна циркулация в умерените ширини постоянно се свежда до образуването, развитието, движението и след това до затихването и изчезването на циклони и антициклони. Циклоните, които възникват отпред, разделяйки топли и студени въздушни маси, се движат към полюсите, т.е. пренасят топъл въздух към полярните ширини. Напротив, антициклоните, които възникват в задната част на циклоните в студена въздушна маса, се придвижват към субтропичните ширини, пренасяйки там студен въздух.

Над европейската територия на Русия се появяват средно 75 циклона годишно. Диаметърът на циклона достига 1000 km или повече. В Европа има средно 36 антициклона годишно, някои от които имат налягане в центъра над 1050 hPa. Средното налягане в Северното полукълбо на морското равнище е 1013,7 hPa, а в Южното полукълбо е 1011,7 hPa.

През януари в северните части на Атлантика и Тихи океанзони с ниско налягане, т.нар исландскиИ Алеутски падини. депресия, или минимуми на налягането, се характеризират с минимални стойности на налягането - средно около 995 hPa.

През същия период от годината над Канада и Азия се появяват зони с високо налягане, наречени канадски и сибирски антициклони. Най-високото налягане (1075–1085 hPa) се регистрира в Якутия и Красноярския край, а минималното налягане се регистрира при тайфуни над Тихия океан (880–875 hPa).

Депресии се наблюдават в райони, където често се появяват циклони, които, докато се движат на изток и североизток, постепенно се запълват и отстъпват място на антициклони. Азиатските и канадските антициклони възникват поради присъствието на тези географски ширини на огромните континенти Евразия и Северна Америка. В тези райони през зимата антициклоните преобладават над циклоните.

През лятото над тези континенти схемата на баричното поле и циркулацията се променя радикално и зоната на образуване на циклони в Северното полукълбо се измества към по-високи географски ширини.

В умерените ширини на южното полукълбо циклоните, които възникват над еднородната повърхност на океаните, движейки се на югоизток, срещат леда на Антарктида и стагнират тук, като имат ниско въздушно налягане в центровете си. През зимата и лятото Антарктика е заобиколена от пояс с ниско налягане (985–990 hPa).

В субтропичните ширини циркулацията на атмосферата е различна над океаните и в зоните, където се срещат континентите и океаните. Над Атлантическия и Тихия океан в субтропиците на двете полукълба има зони с високо налягане: това са Азорските и южноатлантическите субтропични антициклони (или барични дъна) в Атлантическия океан и Хавайските и южните тихоокеански субтропични антициклони в Тихия океан.

Екваториалната област постоянно получава най-голямо количество слънчева топлина. Следователно, в екваториалните ширини (до 10 ° северна и южна ширина по екватора) по време на през цялата годинаподдържа се ниско атмосферно налягане, а в тропическите ширини в диапазона 30–40 ° с.ш. и й.ш. - повишени, в резултат на което се образуват постоянни въздушни потоци, насочени от тропиците към екватора. Тези въздушни течения се наричат пасати. Търговските ветрове духат през цялата година, като променят интензивността си само в незначителни граници. Това са най-стабилните ветрове на Земята. Силата на хоризонталния баричен градиент насочва въздушните потоци от области с високо налягане към области с ниско налягане в меридионална посока, т.е. юг и север. Забележка: Хоризонталният баричен градиент е разликата в налягането за единица разстояние по протежение на нормалата към изобарата.

Но меридионалната посока на пасатите се променя под действието на две инерционни сили - отклоняващата сила на въртенето на Земята (силата на Кориолис) и центробежната сила, както и под действието на силата на триене на въздуха върху земната повърхност. Силата на Кориолис действа върху всяко тяло, движещо се по меридиана. Нека 1 kg въздух в северното полукълбо се намира на шир µ и започва да се движи със скорост Vпо меридиана на север. Този килограм въздух, като всяко тяло на Земята, има линейна скорост на въртене U=ωr, Където ω е ъгловата скорост на въртене на Земята и rе разстоянието до оста на въртене. Според закона за инерцията този килограм въздух ще поддържа линейна скорост U, които е имал на шир µ . Движейки се на север, той ще се окаже на по-високи географски ширини, където радиусът на въртене е по-малък и линейната скорост на въртене на Земята е по-малка. Така това тяло ще изпревари неподвижните тела, разположени на същия меридиан, но на по-високи географски ширини.

За наблюдател това ще изглежда като отклонение на това тяло надясно под действието на някаква сила. Тази сила е силата на Кориолис. По същата логика килограм въздух в Южното полукълбо ще се отклони наляво от посоката на движение. Хоризонталната компонента на силата на Кориолис, действаща върху 1 kg въздух е SC=2wVsinY. Той отклонява въздуха, действайки под прав ъгъл спрямо вектора на скоростта V. В Северното полукълбо той отклонява този вектор надясно, а в Южното полукълбо - наляво. От формулата следва, че силата на Кориолис не възниква, ако тялото е в покой, т.е. работи само когато въздухът се движи. В земната атмосфера стойностите на хоризонталния баричен градиент и силата на Кориолис са от един и същи порядък, така че понякога почти се балансират. В такива случаи движението на въздуха е почти праволинейно и не се движи по градиента на налягането, а по или близо до изобарата.

Въздушните течения в атмосферата обикновено имат вихров характер, следователно при такова движение центробежната сила действа върху всяка единица въздушна маса P=V/R, Където Vе скоростта на вятъра и Ре радиусът на кривината на траекторията на движение. В атмосферата тази сила винаги е по-малка от силата на баричния градиент и следователно остава, така да се каже, "локална" сила.

Що се отнася до силата на триене, която възниква между движещия се въздух и земната повърхност, тя забавя скоростта на вятъра до известна степен. Това става така: по-ниските обеми въздух, които са намалили хоризонталната си скорост поради неравностите на земната повърхност, се пренасят от по-ниските нива нагоре. Така триенето на земната повърхност се предава нагоре, като постепенно отслабва. Забавянето на скоростта на вятъра се забелязва при т.нар планетарен граничен слой, което е 1.0 - 1.5 км. над 1,5 km ефектът от триенето е незначителен, така че по-високите слоеве въздух се наричат свободна атмосфера.

В екваториалната зона линейната скорост на въртене на Земята е най-висока, съответно тук силата на Кориолис е най-висока. Следователно в тропическата зона на северното полукълбо пасатите почти винаги духат от североизток, а в южното полукълбо - от югоизток.

Ниското налягане в екваториалната зона се наблюдава постоянно, през зимата и лятото. Лентата на ниско налягане, която обгражда цялото земно кълбо на екватора, се нарича екваториален падин.

Набирайки сила над океаните на двете полукълба, два търговски вятъра, движещи се един към друг, се втурват към центъра на екваториалната падина. На линията за ниско налягане те се сблъскват, образувайки т.нар интратропична зона на конвергенция(конвергенция означава "конвергенция"). В резултат на това "сближаване" има възходящо движение на въздуха и изтичането му над пасатите към субтропиците. Този процес създава условия за съществуване на зоната на конвергенция постоянно, през цялата година. В противен случай събиращите се въздушни течения на пасатите бързо биха запълнили котловината.

Възходящите движения на влажния тропически въздух водят до образуването на мощен слой от купесто-дъждовни облаци с дължина 100–200 km, от който падат тропически дъждове. Така се оказва, че интратропичната зона на конвергенция става мястото, където дъждовете се изливат от парата, събрана от пасатите над океаните.

Така опростено, схематично изглежда като картина на циркулацията на атмосферата в екваториалната зона на Земята.

Наричат ​​се ветрове, които променят посоката си със сезоните мусони. Арабската дума "mawsin", което означава "сезон", е дала името на тези постоянни въздушни течения.

Мусоните, за разлика от струйните течения, се появяват в определени райони на Земята, където два пъти годишно преобладаващите ветрове се движат в противоположни посоки, образувайки летните и зимните мусони. Летният мусон е потокът въздух от океана към континента, докато зимният мусон е от континента към океана. Известни са тропически и извънтропични мусони. В Североизточна Индия и Африка зимните тропически мусони се комбинират с пасатите, докато летните югозападни мусони напълно унищожават пасатите. Най-мощните тропически мусони се наблюдават в северната част на Индийския океан и в Южна Азия. Извънтропичните мусони произхождат от мощни стабилни зони с високо налягане, възникващо над континента през зимата и ниско налягане през лятото.

Характерни в това отношение са районите на руския Далечен изток, Китай и Япония. Например Владивосток, който се намира на географската ширина на Сочи поради действието на извънтропичния мусон, е по-студен от Архангелск през зимата, а през лятото често има мъгли, валежи, влажен и хладен въздух идва от морето.

Много тропически страни в Южна Азия получават влага, донесена под формата на проливни дъждове от летния тропически мусон.

Всички ветрове са резултат от взаимодействието на различни физически фактори, които се срещат в атмосферата над определени географски райони. Местните ветрове са бризове. Те се появяват близо до бреговата линия на моретата и океаните и имат ежедневна смяна на посоката си: през деня духат от морето към сушата, а през нощта от сушата към морето. Това явление се обяснява с разликата в температурите над морето и сушата по различно време на деня. Топлинният капацитет на сушата и морето е различен. През деня при топло време слънчевите лъчи нагряват сушата по-бързо от морето и налягането над сушата намалява. Въздухът започва да се движи в посока на по-ниско налягане - издухване морски бриз. Вечерта всичко се случва наобратно. Земята и въздухът над нея излъчват топлина по-бързо от морето, налягането става по-високо, отколкото над морето, а въздушните маси се устремяват към морето - духайки крайбрежен бриз. Бризовете са особено отчетливи при тихо слънчево време, когато нищо не им пречи, т.е. не се наслагват други въздушни течения, които лесно заглушават бризовете. Скоростта на бриза рядко е по-висока от 5 m/s, но в тропиците, където температурната разлика между морската и земната повърхност е значителна, понякога бризът духа със скорост от 10 m/s. В умерените ширини бризовете проникват на дълбочина 25–30 km в територията.

Бризовете всъщност са същите мусони, само че в по-малък мащаб - те имат дневен цикъл и променят посоката си в зависимост от смяната на нощта и деня, докато мусоните имат годишен цикъл и променят посоката си в зависимост от времето на годината.

Океанските течения, срещащи бреговете на континентите по пътя си, се разделят на два клона, насочени по бреговете на континентите на север и юг. В Атлантическия океан южният клон образува Бразилското течение, измиващо бреговете Южна Америка, а северното разклонение е топлото Гълфстрийм, което преминава в Северноатлантическото течение и под името Севернокапско течение достига до Колския полуостров.

В Тихия океан северният клон на екваториалното течение преминава в Куро-Сиво.

По-рано споменахме сезонното топло течение край бреговете на Еквадор, Перу и Северно Чили. Обикновено се случва през декември (не всяка година) и причинява рязко намаляване на улова на риба край бреговете на тези страни поради факта, че има много малко планктон в топлата вода - основният хранителен ресурс за рибата. Бързо повишаване на температурата крайбрежни водипредизвиква развитието на купесто-дъждовни облаци, от които се изливат обилни дъждове.

Рибарите иронично нарекли това топло течение Ел Ниньо, което означава „Коледен подарък” (от испанското el ninjo – бебе, момче). Но ние искаме да подчертаем не емоционалното възприятие на чилийските и перуанските рибари за това явление, а неговата физическа причина. Факт е, че повишаването на температурата на водата край бреговете на Южна Америка се дължи не само на топло течение. Промените в общата ситуация в системата "океан-атмосфера" в обширните пространства на Тихия океан също се внасят от атмосферния процес, наречен " Южна осцилация". Този процес, взаимодействайки с теченията, определя всичко физични явлениясрещащи се в тропиците. Всичко това потвърждава, че циркулацията на въздушните маси в атмосферата, особено над повърхността на Световния океан, е сложен, многоизмерен процес. Но с цялата сложност, мобилност и променливост на въздушните течения все още има определени закономерности, поради които в определени райони на Земята основните мащабни, както и локални процеси на атмосферна циркулация се повтарят от година на година.

В заключение на главата даваме някои примери за използване на вятърна енергия. Хората използват енергията на вятъра от незапомнени времена, откакто са се научили да плават по морето. Тогава имаше вятърни мелници, а по-късно - вятърни двигатели - източници на електричество. Вятърът е вечен източник на енергия, чиито запаси са неизброими. За съжаление, използването на вятъра като източник на електроенергия е много трудно поради променливостта на неговата скорост и посока. С помощта на вятърни турбини обаче стана възможно доста ефективно използване на вятърната енергия. Остриетата на вятърната мелница я карат почти винаги да „държи носа си“ на вятъра. Когато вятърът има достатъчна сила, токът отива директно към потребителите: за осветление, за хладилни агрегати, за различни устройства и за зареждане на батерии. Когато вятърът утихне, батериите предават натрупаната електроенергия към мрежата.

В научните станции в Арктика и Антарктика електричеството от вятърни турбини осигурява светлина и топлина, осигурява работата на радиостанции и други потребители на електроенергия. Разбира се, във всяка научна станция има дизелови генератори, за които трябва да имате постоянен запас от гориво.

Още първите навигатори са използвали силата на вятъра спонтанно, без да вземат предвид системата от ветрове и океански течения. Те просто не знаеха нищо за съществуването на такава система. Знанията за ветровете и теченията са трупани в продължение на векове и дори хилядолетия.

Един от съвременниците е китайският мореплавател Джън Хе през 1405-1433 г. ръководи няколко експедиции, които преминават по така наречения Голям мусонен път от устието на река Яндзъ до Индия и източните брегове на Африка. Запазени са сведения за мащаба на първата от тези експедиции. Състоеше се от 62 кораба с 27 800 участници. За ветроходни експедиции китайците са използвали знанията си за моделите на мусонните ветрове. От Китай те отидоха в морето в края на ноември - началото на декември, когато духа североизточният зимен мусон. Попътен вятър им помогнал да стигнат до Индия и Източна Африка. Те се върнаха в Китай през май - юни, когато се установи летният югозападен мусон, който стана на юг в Южнокитайско море.

Да вземем пример от едно по-близко до нас време. Ще става дума за пътуванията на известния норвежки учен Тор Хейердал. С помощта на вятъра, или по-скоро с помощта на пасатите, Хейердал успя да докаже научната стойност на двете си хипотези. Първата хипотеза беше, че островите на Полинезия в Тихия океан, според Хейердал, биха могли да бъдат обитавани някога в миналото от имигранти от Южна Америка, които са прекосили значителна част от Тихия океан на своите примитивни плавателни съдове. Тези лодки бяха салове, изработени от балсово дърво, което се отличава с факта, че след дълъг престой във водата не променя плътността си и следователно не потъва.

Перуанците са използвали тези салове от хиляди години, дори преди империята на инките. Тор Хейердал през 1947 г. върза сал от големи балсови трупи и го нарече "Кон-Тики", което означава Слънцето-Тики - божеството на предците на полинезийците. Вземайки петима авантюристи на борда на сала си, той отплава от Каляо (Перу) за Полинезия. В началото на пътуването салът носеше перуанското течение и югоизточния пасат, а след това се задейства източният пасат на Тихия океан, който почти три месеца без прекъсване духаше редовно на запад и след 101 дни , Кон-Тики благополучно пристигна на един от островите на архипелага Туамоту (сега Френска Полинезия).

Втората хипотеза на Хейердал е, че той смята за напълно възможно културата на олмеките, ацтеките, маите и други племена от Централна Америка да е пренесена от Древен Египет. Това било възможно, според учения, защото някога в древността хората са плавали през Атлантическия океан на папирусови лодки. Пасатите също помагат на Хейердал да докаже валидността на тази хипотеза.

Заедно с група съмишленици спътници той направи две плавания на папирусови лодки "Ра-1" и "Ра-2". Първата лодка ("Ra-1") се разпадна, преди да достигне американския бряг на няколко десетки километра. Екипажът беше в сериозна опасност, но всичко завърши добре. Лодката за второто пътуване („Ра-2“) е изплетена от „специалисти по-горен клас“ – индианци от Централните Анди. Напускайки пристанището на Сафи (Мароко), папирусната лодка "Ра-2" след 56 дни прекоси Атлантическия океан и достигна остров Барбадос (около 300-350 км от бреговете на Венецуела), след като преодоля 6100 км от пътя . Отначало североизточният пасат караше лодката и започвайки от средата на океана, източният пасат.

Научната природа на втората хипотеза на Хейердал е доказана. Но беше доказано и нещо друго: въпреки успешния резултат от пътуването, лодка, вързана от снопове папирус, тръстика, тръстика или други водни растения, не е подходяща за плуване в океана. Такъв "корабостроителен материал" не трябва да се използва, т.к бързо се намокря и потъва във водата. Е, ако все още има аматьори, които са обсебени от желанието да преплуват океана с някой екзотичен плавателен съд, то нека имат предвид, че салът от балсово дърво е по-надежден от папирусовата лодка, а също и че такова пътуване винаги е и във всеки случай опасно.

© Владимир Каланов,
"Знанието е сила"

Атмосферата не е еднородна. В неговия състав, особено близо до земната повърхност, могат да се разграничат въздушни маси.

Въздушните маси са отделни големи обеми въздух, които имат определени общи имоти(температура, влажност, прозрачност и др.) и движение като цяло. В рамките на този обем обаче ветровете могат да бъдат различни. Свойствата на въздушната маса се определят от района на нейното образуване. Тя ги придобива в процеса на контакт с подлежащата повърхност, върху която се образува или се задържа. Въздушните маси имат различни свойства. Например въздухът на Арктика има ниски температури, докато въздухът на тропиците има високи температури през всички сезони на годината, въздухът на Северния Атлантик се различава значително от въздуха на евразийския континент. Хоризонталните размери на въздушните маси са огромни, те са съизмерими с континентите и океаните или техните големи части. Има основни (зонални) типове въздушни маси, образувани в пояси с различни атмосферно налягане: арктически (антарктически), умерен (полярен), тропичен и екваториален. Зоналните въздушни маси се делят на морски и континентални - в зависимост от характера на подстилащата повърхност в района на тяхното формиране.

Арктическият въздух се образува над Северния ледовит океан, а през зимата и над северната част на Евразия и Северна Америка. Въздухът се характеризира с ниска температура, ниско съдържание на влага, добра видимост и стабилност. Неговите набези в умерени ширинипредизвикват значително и рязко захлаждане и предизвикват предимно ясно и слабо облачно време. Арктическият въздух е разделен на следните разновидности.

Морски арктически въздух (mAv) – образува се в по-топлата, свободна от лед Европейска Арктика с по-висока температура и по-високо съдържание на влага. Нахлуването му в сушата през зимата причинява затопляне.

Континентален арктичен въздух (cAv) - формира се над Централна и Източна ледена Арктика и Северно крайбрежиеконтиненти (зима). Въздухът е много ниски температури, ниско съдържание на влага. Нахлуването на КАВ на континента предизвиква силно захлаждане при ясно време и добра видимост.

Аналог на арктическия въздух в южното полукълбо е антарктическият въздух, но неговото влияние се простира главно върху прилежащите морски повърхности, по-рядко до южния край на Южна Америка.

Умерен (полярен) въздух. Това е въздухът на умерените ширини. Освен това има два подвида. Континентален умерен въздух (CW), който се образува над огромните повърхности на континентите. През зимата е много охладено и стабилно, времето обикновено е ясно със силни студове. През лятото става много топло, в него възникват възходящи течения, образуват се облаци, често вали, наблюдават се гръмотевични бури. Морският умерен въздух (MOA) се образува в средните географски ширини над океаните и се транспортира до континентите от западните ветрове и циклоните. Характеризира се с висока влажност и умерени температури. През зимата MUW носи облачно време, обилни валежи и по-високи температури (размразявания). През лятото носи и много облачност, дъждове; температурата пада като влезе.

Умереният въздух прониква в полярните, както и в субтропичните и тропическите ширини.

Тропическият въздух се образува в тропичните и субтропичните ширини, а през лятото - в континенталните райони на юг от умерените ширини. Има два подтипа тропически въздух. Над сушата се образува континентален тропически въздух (cT), характеризиращ се с високи температури, сухота и прах. Морският тропически въздух (mTw) се образува над тропическите райони (тропическите океански зони), характеризиращ се с висока температура и влажност.

Тропическият въздух прониква в умерените и екваториалните ширини.

Екваториалният въздух се образува в екваториалната зона от тропическия въздух, донесен от пасатите. Характеризира се с високи температури и висока влажност през цялата година. Освен това тези качества се запазват както над сушата, така и над морето, следователно екваториалният въздух не се разделя на морски и континентални подтипове.

Въздушните маси са в постоянно движение. Освен това, ако въздушните маси се движат към по-високи географски ширини или към по-студена повърхност, те се наричат ​​топли, тъй като носят затопляне. Въздушните маси, които се движат към по-ниски географски ширини или към по-топла повърхност, се наричат ​​студени въздушни маси. Носят студ.

Премествайки се в други географски райони, въздушните маси постепенно променят своите свойства, предимно температура и влажност, т. преминават в други видове въздушни маси. Процесът на трансформация на въздушни маси от един тип в друг под влияние на местните условия се нарича трансформация. Например тропическият въздух, проникващ към екватора и в умерените ширини, се трансформира съответно в екваториален и умерен въздух. Морският умерен въздух, веднъж в дълбините на континентите, се охлажда през зимата и се нагрява през лятото и винаги изсъхва, превръщайки се в умерен континентален въздух.

Всички въздушни маси са взаимосвързани в процеса на тяхното постоянно движение, в процеса общо кръвообращениетропосфера.

В атмосферата това са спадове на налягането в слоевете на атмосферата, от които има няколко над земята. На дъното се усеща най-голяма плътност и насищане с кислород. Когато газообразното вещество се издига в резултат на нагряване, отдолу възниква разреждане, което има тенденция да се запълни със съседни слоеве. Така че ветровете и ураганите възникват поради дневни и вечерни температурни промени.

Защо е необходим вятър?

Ако нямаше причина за движението на въздуха в атмосферата, тогава жизнената дейност на всеки организъм би престанала. Вятърът помага на растенията и животните да се размножават. Той движи облаците и е движещата сила във водния цикъл на Земята. Благодарение на изменението на климата, районът е изчистен от мръсотия и микроорганизми.

Човек може да издържи без храна около няколко седмици, без вода - не повече от 3 дни, а без въздух - не повече от 10 минути. Целият живот на Земята зависи от кислорода, който се движи заедно с въздушните маси. Непрекъснатостта на този процес се поддържа от слънцето. Смяната на деня и нощта води до колебания в температурата на повърхността на планетата.

В атмосферата винаги има движение на въздух, който притиска повърхността на Земята с налягане от 1,033 g на милиметър. Човек практически не усеща тази маса, но когато се движи хоризонтално, ние я възприемаме като вятър. В горещите страни бризът е единственото облекчение от нарастващата жега в пустинята и степите.

Как се образува вятърът?

Основната причина за движението на въздуха в атмосферата е разместването на слоевете под въздействието на температурата. Физическият процес е свързан със свойствата на газовете: промяна на обема им, разширяване при нагряване и свиване при студено.

Основната и допълнителна причина за движението на въздуха в атмосферата:

• Температурните промени под въздействието на слънцето са неравномерни. Това се дължи на формата на планетата (под формата на сфера). Някои части на Земята се затоплят по-малко, други повече. Създава се разлика в атмосферното налягане.
• Вулканичните изригвания рязко повишават температурата на въздуха.
• Нагряване на атмосферата в резултат на човешката дейност: изпаренията от автомобилите и индустрията повишават температурата на планетата.
• Охладените океани и морета карат въздуха да се движи през нощта.
• Експлозията на атомна бомба причинява разреждане на атмосферата.

Механизмът на движение на газовите слоеве на планетата

Причината за движението на въздуха в атмосферата е неравномерната температура. Нагретите от повърхността на Земята слоеве се издигат нагоре, където се увеличава плътността на газообразното вещество. Започва хаотичен процес на преразпределение на масите – вятърът. Топлината постепенно се отдава на съседните молекули, което също ги води в осцилаторно-постъпателно движение.

Причината за движението на въздуха в атмосферата е връзката между температурата и налягането в газообразните вещества. Вятърът продължава, докато първоначалното състояние на слоевете на планетата се балансира. Но такова условие никога няма да бъде постигнато поради следните фактори:

• Ротационно и постъпателно движение на Земята около Слънцето.
• Неизбежна неравномерност на нагретите части на планетата.
• Дейностите на живите същества пряко влияят върху състоянието на цялата екосистема.

За да изчезне напълно вятърът, е необходимо да спрете планетата, да премахнете целия живот от повърхността и да го скриете в сянката на Слънцето. Такова състояние може да настъпи с пълната смърт на Земята, но прогнозите на учените все още са утешителни: това се очаква от човечеството след милиони години.

силен морски вятър

По бреговете се наблюдава по-силно движение на въздуха в атмосферата. Това се дължи на неравномерното нагряване на почвата и водата. По-слабо затоплени реки, морета, езера, океани. Почвата се нагрява моментално, отдавайки топлина на газообразното вещество над повърхността.

Нагретият въздух се втурва рязко нагоре и полученото разреждане има тенденция да се запълни. И тъй като плътността на въздуха над водата е по-висока, той се образува към брега. Този ефект се усеща особено добре в горещите страни през деня. През нощта целият процес се променя, вече има движение на въздуха към морето - нощен бриз.

Като цяло бризът е вятър, който променя посоката си два пъти на ден в противоположни посоки. Мусоните имат подобни свойства, само че те духат през горещия сезон от морето, а през студените сезони - към сушата.

Как се определя вятърът?

Основната причина за движението на въздуха в атмосферата е неравномерното разпределение на топлината. Правилото е вярно във всички ситуации в природата. Дори вулканичното изригване първо нагрява газовите слоеве и едва след това се издига вятърът.

Можете да проверите всички процеси, като инсталирате метеорологични лопатки или, по-просто, флагове, които са чувствителни към въздушния поток. Плоската форма на свободно въртящо се устройство не позволява да бъде насреща на вятъра. Той се опитва да се завърти по посока на движението на газообразното вещество.

Често вятърът се усеща от тялото, през облаците, през дима. комин. Трудно е да забележите слабите му потоци, за това трябва да намокрите пръста си, той ще замръзне от наветрената страна. Можете също така да използвате леко парче плат или балон, напълнен с хелий, така че знамето да се издигне на мачтите.

вятърната енергия

Важна е не само причината за движението на въздуха, но и неговата сила, определена по десетобална скала:

• 0 точки - скорост на вятъра при абсолютен штил;
• до 3 - слаб или умерен поток до 5 m / s;
• от 4 до 6 - силен вятър със скорост около 12 m / s;
• от 7 до 9 точки - обявява се скорост до 22 м/с;
• от 8 до 12 точки и повече - нарича се ураган, дори събаря покриви от къщи, сгради се срутват.

или торнадо?

Движението предизвиква смесени въздушни течения. Настъпващият поток не е в състояние да преодолее плътната бариера и се втурва нагоре, прониквайки в облаците. Преминавайки съсиреци от газообразни вещества, вятърът пада надолу.

Често има условия, когато има усукване на потоците, постепенно усилващо се от подходящи ветрове. Торнадото набира сила и скоростта на вятъра е такава, че влак може лесно да се издигне в атмосферата. Северна Америка е лидер по брой подобни събития годишно. Торнадото нанасят милиони щети на населението, отнасят го голям бройживее.

Други опции за генериране на вятър

Силните ветрове могат да изтрият всякакви образувания от повърхността, дори планини. Единствената нетемпературна причина за движението на въздушните маси е взривна вълна. След действието на атомния заряд скоростта на движение на газообразното вещество е такава, че разрушава многотонни структури като прахови частици.

Силен поток от атмосферен въздух възниква, когато големи метеорити падат или се счупват в земната кора. Подобни явления се наблюдават по време на цунами след трусове. Топене полярен ледводи до подобни условия в атмосферата.

Кондензацията е промяната на състоянието на веществото от газообразно в течно или твърдо състояние. Но какво е кондензацията в мастаба на планетата?

Във всеки един момент атмосферата на планетата Земя съдържа над 13 милиарда тона влага. Тази цифра е почти постоянна, тъй като загубите, дължащи се на валежи, в крайна сметка непрекъснато се заместват от изпарение.

Скорост на цикъл на влага в атмосферата

Скоростта на циркулация на влагата в атмосферата се оценява на колосална цифра - около 16 милиона тона в секунда или 505 милиарда тона годишно. Ако изведнъж цялата водна пара в атмосферата се кондензира и падне като валежи, тогава тази вода може да покрие цялата повърхност Глобусътслой от около 2,5 сантиметра, с други думи, атмосферата съдържа количество влага, еквивалентно на само 2,5 сантиметра дъжд.

Колко дълго една молекула на пара остава в атмосферата?

Тъй като на Земята падат средно 92 сантиметра годишно, следователно влагата в атмосферата се обновява 36 пъти, тоест 36 пъти атмосферата се насища с влага и се освобождава от нея. Това означава, че една молекула водна пара остава в атмосферата средно 10 дни.

Пътят на водната молекула

След като се изпари, молекулата на водната пара обикновено се носи на стотици и хиляди километри, докато кондензира и падне на Земята с валежи. Вода, падаща като дъжд, сняг или градушка на по-високи места Западна Европа, преодолява приблизително 3000 км от Северния Атлантик. Между превръщането на течната вода в пара и валежите на Земята протичат няколко физични процеса.

От топлата повърхност на Атлантическия океан водните молекули навлизат в топлото мокър въздух, който впоследствие се издига над околния по-студен (по-плътен) и по-сух въздух.

Ако в този случай се наблюдава силно турбулентно смесване на въздушни маси, тогава в атмосферата ще се появи слой от смесване и облаци на границата на две въздушни маси. Около 5% от обема им е влага. Наситеният с пара въздух винаги е по-лек, първо, защото се нагрява и идва от топла повърхност, и второ, защото 1 кубичен метър чиста пара е около 2/5 по-лек от 1 кубичен метър чист сух въздух при същата температура и налягане. От това следва, че влажният въздух е по-лек от сухия, а топлият и влажен въздух е още повече. Както ще видим по-късно, това е много важен фактза процесите на промяна на времето.

Движение на въздушни маси

Въздухът може да се издига по две причини: или защото става по-лек в резултат на нагряване и влага, или защото върху него действат сили, които го карат да се издига над някои препятствия, като маси от по-студен и по-плътен въздух, или над хълмове и планини.

Охлаждане

Издигащият се въздух, попадайки в слоеве с по-ниско атмосферно налягане, е принуден да се разширява и в същото време да се охлажда. Разширяването изисква изразходване на кинетична енергия, която се взема от топлинната и потенциалната енергия на атмосферния въздух и този процес неизбежно води до намаляване на температурата. Скоростта на охлаждане на издигаща се част от въздуха често се променя, ако тази част се смеси с околния въздух.

Сух адиабатен градиент

Сухият въздух, в който няма кондензация или изпарение, както и смесване, който не получава енергия под друга форма, се охлажда или загрява с постоянно количество (с 1 ° C на всеки 100 метра), докато се издига или пада. Тази стойност се нарича сух адиабатен градиент. Но ако издигащата се въздушна маса е влажна и в нея възниква кондензация, тогава латентната топлина на кондензацията се освобождава и температурата на наситения с пара въздух пада много по-бавно.

Мокър адиабатен градиент

Тази степен на промяна на температурата се нарича мокро-адиабатен градиент. Тя не е постоянна, а се променя с количеството отделена латентна топлина, с други думи, зависи от количеството кондензирана пара. Количеството пара зависи от това колко пада температурата на въздуха. В по-ниските слоеве на атмосферата, където въздухът е топъл и влажността е висока, мокро-адиабатичният градиент е малко повече от половината от сухо-адиабатичния градиент. Но влажно-адиабатичният градиент постепенно се увеличава с височината и на много голяма надморска височина в тропосферата е почти равен на сухо-адиабатичния градиент.

Плаваемостта на движещия се въздух се определя от съотношението между неговата температура и температурата на околния въздух. По правило в реалната атмосфера температурата на въздуха пада неравномерно с височината (тази промяна се нарича просто градиент).

Ако въздушната маса е по-топла и следователно по-малко плътна от околния въздух (и съдържанието на влага е постоянно), тогава тя се издига по същия начин като детска топка, потопена в резервоар. Обратно, когато движещият се въздух е по-студен от околния въздух, неговата плътност е по-висока и той потъва. Ако въздухът има същата температура като съседните маси, тогава тяхната плътност е равна и масата остава неподвижна или се движи само заедно с околния въздух.

По този начин в атмосферата има два процеса, единият от които насърчава развитието на вертикално движение на въздуха, а другият го забавя.

Ако намерите грешка, моля, маркирайте част от текста и щракнете Ctrl+Enter.

Още от дете съм очарован от невидимите движения около нас: лек ветрец, който върти есенни листа в тесния двор или мощен зимен циклон. Оказва се, че тези процеси имат съвсем разбираеми физически закони.

Какви сили карат въздушните маси да се движат

Топлият въздух е по-лек от студения – този прост принцип може да обясни движението на въздуха на планетата. Всичко започва от екватора. Тук слънчевите лъчи падат върху повърхността на Земята под прав ъгъл и малка частица екваториален въздух получава малко повече топлина от съседните. Тази топла частица става по-лека от съседните, което означава, че започва да изплува нагоре, докато загуби цялата топлина и започне да потъва отново. Но движение надолу вече се извършва в тридесетата ширина на Северното или Южното полукълбо.

Ако нямаше допълнителни сили, въздухът щеше да се движи от екватора към полюсите. Но има не една, а няколко сили наведнъж, които карат въздушните маси да се движат:

• Силата на плаваемостта. Когато топлият въздух се издига, а студеният остава надолу.
• Кориолисова сила. Ще ви разкажа за това малко по-надолу.
• Релефът на планетата. Комбинации от морета и океани, планини и равнини.

Отклоняващата сила на въртенето на Земята

За метеоролозите би било по-лесно, ако планетата ни не се въртеше. Но тя се върти! Това генерира отклоняващата сила на въртенето на Земята или силата на Кориолис. Поради движението на планетата, тази много „лека“ частица въздух не само се измества, да речем, на север, но и се измества надясно. Или се изтласква на юг и се отклонява наляво.

Така се раждат постоянни ветрове от западна или източна посока. Може би сте чували за потока Западни ветровеили Ревящите четиридесетте? Тези постоянни движения на въздуха са възникнали именно поради силата на Кориолис.

Морета и океани, планини и равнини

Релефът внася окончателно объркване. Разпределението на сушата и океана променя класическата циркулация. И така, в южното полукълбо има много по-малко земя, отколкото в северното и нищо не пречи на въздуха да се движи над водната повърхност в желаната посока, няма планини или големи градове, докато Хималаите коренно променят циркулацията на въздуха в техния район.