Изменения барического градиента с высотой
С высотой барическое поле атмосферы меняется. Это значит, что меняются форма изобар и их взаимное расположение, а стало быть, меняются величина и направление барических градиентов. Эти изменения связаны с неравномерным распределением температуры.
Представим себе, что в некоторой области у земной поверхности никакого барического градиента нет, т. е. давление во всех точках одинаково (рис. 61). Но при этом температура распределяется неравномерно: в одной части рассматриваемой области она выше, в другой ниже. Следовательно, существует горизонтальный температурный (термический) градиент — ÑT, направленный по нормали к изотерме в ту сторону, куда температура убывает. Мы знаем, что в холодном воздухе барическая ступень меньше, чем в теплом: давление падает с высотой тем быстрее, чем ниже температура воздуха. Отсюда следует, что изобарические поверхности, как правило, не могут быть горизонтальными. Если даже нижняя, приземная изобарическая поверхность горизонтальна (как на рис. 61), то каждая вышележащая поверхность будет приподнята над нижележащей поверхностью в холодном воздухе меньше, в теплом «воздухе больше. Следовательно, вышележащие поверхности будут наклонены от теплого воздуха к холодному, притом наклонены тем больше, чем выше лежит данная поверхность. А это значит, что, хотя у земной поверхности горизонтального барического градиента нет, в вышележащих слоях такой градиент имеется.
|
|
Рис. 61. Связь между горизонтальными градиентами температуры и давления
Обобщая это рассуждение, можно сказать, что, каков бы ни был горизонтальный барический градиент у земной поверхности, с высотой он будет приближаться к горизонтальному температурному градиенту. Иначе говоря, он получает дополнительную составляющую, пропорциональную горизонтальному градиенту температуры и направленную по нему. Чем больше высота, тем больше будет эта дополнительная составляющая.
Поэтому на достаточно большой высоте горизонтальный барический градиент будет близко совпадать по направлению со средним горизонтальным градиентом температуры в слое воздуха от нижнего уровня до верхнего. Это значит, что в теплых областях атмосферы давление на высоте будет повышенным, а в холодных областях пониженным. Изобарические поверхности будут при этом наклонены в сторону температурного градиента, т. е. от высоких температур к низким.
Величина барического градиента будет в разных случаях меняться с высотой по-разному. Допустим, например, что барический градиент внизу направлен противоположно среднему температурному градиенту. Тогда с высотой, получая дополнительную составляющую противоположного направления, он будет убывать, на какой-то высоте превратится в нуль и дальше, изменив направление на противоположное, будет возрастать. В других случаях барический градиент возрастает от самой земной поверхности. Но обратим еще внимание на то, что, поскольку с высотой убывают абсолютные величины давления, то при малых горизонтальных градиентах температуры барические градиенты могут убывать с высотой
|
|
Для уточнения изложенного добавим, что горизонтальный барический градиент на верхнем уровне dp2/dn с достаточным приближением выражается уравнением, которое можно получить из основного уравнения статики:
Здесь dp1/dn — горизонтальный барический градиент на нижнем уровне, p1 и р2 — давление на нижнем и верхнем уровнях, Тт и rm — средняя температура и средняя плотность слоя воздуха между уровнями, dTm/dn — горизонтальный градиент средней температуры слоя.
Если градиент температуры отсутствует (dTm/dn = 0), то второй член правой части обращается в нуль; остается первый член, говорящий о том, что барический градиент на верхнем уровне dp2/dn будет совпадать по направлению с барическим градиентом на нижнем уровне dp1/dn, а по величине будет меньше его в p2/p1 раз, т. е. во столько, во сколько давление вверху меньше
|
|
давления внизу. Если же горизонтальный градиент температуры существует, то барический градиент получает с высотою еще дополнительную составляющую, пропорциональную градиенту температуры. Она также пропорциональна разности высот (z2 – z1), и, сталобыть, с возрастанием высоты барический градиент будет все более приближаться к температурному градиенту по направлению.
Барические системы
Области пониженного и повышенного давления, на которые постоянно расчленяется барическое поле атмосферы, называют барическими системами(рис. 62). Барические системы основных типов — циклон и антициклон — на приземных синоптических картах обрисовываются замкнутымиконцентрическими изобарами неправильной, в общем округлой или овальной формы.
Рис. 62. Изобары на уровне моря в различных типах барических систем.
/—циклон, // — антициклон, /// — ложбина, IV— гребень, V — седловина.
При этом в центре циклона давление ниже, чем на периферии, а в центре антициклона давление выше, чем на периферии. Изобарические поверхности в циклоне прогнуты вниз в виде воронок, а в антициклоне выгнуты вверх в виде куполов. Горизонтальные барические градиенты в циклоне направлены от периферии к центру, а в антициклоне — от центра к периферии. Размеры циклонов и антициклонов очень велики; их поперечники измеряются тысячами километров (в так называемых тропических циклонах — сотнями километров).
|
|
Кроме описанных барических систем с замкнутыми изобарами, различают еще барические системы с незамкнутыми изобарами. К ним относятся ложбина (пониженного давления) и гребень (повышенного давления).
Ложбина — это полоса пониженного давления между двумя областями повышенного давления. Изобары в ней либо близки к параллельным прямым, либо имеют вид латинской буквы V (в последнем случае ложбина является вытянутой периферийной частью циклона). Изобарические поверхности в ложбине напоминают желоба с ребром, обращенным вниз. Центра в ложбине нет, но есть ось, т. е. линия, на которой давление имеет минимальное значение или (если изобары имеют вид буквы V) на которой изобары резко меняют направление. На каждом уровне ось совпадает с ребром изобарического желоба. Барические градиенты в ложбине направлены от периферии к оси.
Гребень представляет собой полосу повышенного давления между двумя областями пониженного давления. Изобары в гребне либо напоминают параллельные прямые, либо имеют форму латинской буквы U. В последнем случае гребень является периферийной частью антициклона, характеризующейся выпучиванием изобар. Изобарические поверхности в гребне имеют вид желобов, обращенных выпуклостью вверх. Гребень имеет ось, на которой давление максимальное или на которой изобары сравнительно резко меняют направление. Барические градиенты в гребне направлены от оси к периферии.
Различают еще седловину — участок барического поля между двумя циклонами (или ложбинами) и двумя антициклонами (или гребнями), расположенными крест-накрест. Изобарические поверхности в седловине имеют характерную форму седла: они поднимаются в направлении к антициклонам и опускаются в направлении к циклонам. Точка в центре седловины называется точкой седловины.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1701; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!