Угол отклонения ветра от градиента
Угол, который скорость ветра составляет с барическим градиентом, у земной поверхности имеет среднюю величину 60°.Угол между скоростью ветра (линией тока) и изобарой имеет дополнительную до прямого угла величину порядка 30°. Однако в разных условиях этот угол разный. Над морем ветер может отклоняться от градиента на величину 70—80°, так что становится очень близким к изобарам; над сушей угол отклонения ветра от градиента значительно меньше, порядка 40—50°. Он меняется также в зависимости от скорости ветра и от вертикальной стратификации атмосферы.
С высотой угол отклонения ветра от градиента быстро возрастает и на уровне трения становится очень близким к 90°. Это значит, что ветер там будет иметь направление, близкое к направлению градиентного ветра, т. е. к изобарам. В отдельных случаях, когда ветер имеет значительное ускорение и, стало быть, сильно отличается от градиентного, он и на уровне трения будет существенно отклоняться от изобар.
Так как ветер у земной поверхности отклоняется от изобар влево, то с высотой, приближаясь к изобаре, он меняет направление, вращаясь вправо, по часовой стрелке. Таким образом, слой трения характеризуется правым вращением ветра с высотой. Только в том случае, если направление самих изобар с высотой очень быстро меняется, обнаруживается либо левое вращение ветра в слое трения, либо неизменность направления ветра по высоте. Одновременно скорость ветра в слое трения растет с высотой. Изменения скорости и направления ветра с высотой в этом слое можно представить годографом, т. е. кривой, соединяющей концы векторов, изображающих ветер на разных высотах и проведенных из одного начала (рис. 81). Эта кривая называется спиралью Экмана.
|
|
|
Рис. 81. Спираль Экмана. Скорости и направления ветра на различных высотах от земной поверхности до уровня трения.
Суточный ход ветра
В слое трения обнаруживается суточный ход скорости ветра, часто хорошо заметный не только при осреднении данных наблюдений, но и в отдельные дни. У земной поверхности над сушей максимум скорости ветра наблюдается около 14 часов, минимум — ночью или утром. Начиная примерно с высоты 500 м суточный ход обратный, с максимумом ночью и минимумом днем.
Амплитуда суточного хода скорости ветра над сушей — порядка половины средней суточной величины скорости. Особенно велика она летом в ясную погоду.
Над морем суточный ход скорости ветра незначителен. Конечно, суточный ход часто перекрывается непериодическими изменениями ветра, связанными с циклонической деятельностью.
Причина суточного хода скорости ветра — в суточном ходе турбулентного обмена. При развитии конвекции в первую половину дня вертикальное перемешивание между приземным слоем и вышележащими слоями воздуха усиливается; во второй половине дня и ночью оно ослабевает. Усиленное дневное перемешивание приводит к выравниванию скоростей ветра между приземным слоем и вышележащей частью слоя трения. Воздух сверху, с увеличенными скоростями, поступает в процессе обмена вниз, и тем самым общая скорость ветра внизу днем повышается. В то же время приземный воздух, замедленный трением перемещается вверх, и в верхней части слоя трения происходит уменьшение скорости. Ночью, при ослабленном вертикальном перемешивании, скорость внизу будет меньше, чем днем, а вверху больше.
|
|
|
Над морем некоторое усиление конвекции приходится на ночь, а потому и суточный максимум ветра наблюдается ночью.
Суточный ход обнаруживается и в направлении ветра. Возрастание скорости утром и днем в приземном слое над сушей сопровождается вращением ветра вправо, по часовой стрелке; убывание скорости вечером и ночью — вращением влево. В более высоких слоях происходит обратное: левое вращение при усилении скорости и правое при ослаблении. В южном полушарии вращение происходит в обратном направлении.
|
|
|
Причина суточного изменения направления ветра та же — суточный ход турбулентного обмена. При дневном усилении обмена направление ветра в приземном слое приближается к направлению ветра в верхней части слоя трения, т. е. к направлению изобар; отсюда и правое вращение. При ночном ослаблении обмена ветер приземного слоя в меньшей степени выравнивается с ветром более высоких слоев; поэтому ночью происходит удаление приземного ветра от изобар, т. е. левое его вращение. В верхней части слоя трения условия будут обратными.
На горных вершинах суточный ход ветра в общем такой же, как в свободной атмосфере, — с максимумом скорости ночью и минимумом днем. Однако в деталях это явление в горах более сложно, чем в свободной атмосфере.
Барический закон ветра
Опыт подтверждает, что ветер у земной поверхности всегда (за исключением широт, близких к экватору) отклоняется от барического градиента на некоторый угол меньше прямого, в северном полушарии вправо, в южном влево. Отсюда следует такое положение: если встать спиной к ветру, а лицом туда, куда дует ветер, то наиболее низкое давление окажется слева и несколько впереди, а наиболее высокое давление — справа и несколько сзади. Это положение было найдено эмпирически еще в первой половине XIX века и носит название барического закона ветра, или закона Бейс-Балло. Точно так же действительный ветер в свободной атмосфере всегда дует почти по изобарам, оставляя (в северном полушарии) низкое давление слева, т. е. отклоняясь от барического градиента вправо на угол, очень близкий к прямому. Это положение можно считать распространением барического закона ветра на свободную атмосферу.
|
|
|
Барический закон ветра, очевидно, описывает свойства действительного ветра, близкие к известным нам свойствам геострофического и геотриптического ветра. Таким образом, закономерности движения воздуха, о которых говорилось выше для упрощенных теоретических условий, в основном оправдываются и в более сложных действительных условиях. Так, ветер у земной поверхности отклоняется от барического градиента так же, как и геотриптический ветер. Вместе с этим, хотя линии тока в приземном слое циклона или антициклона не являются геометрически правильными спиралями, однако характер их все же спиралеобразный и в циклонах они сходятся к центру, а в антициклонах расходятся от центра. В свободной атмосфере, несмотря на неправильную форму изобар и линий тока и на наличие в движении воздуха ускорений, ветер достаточно близок по направлению к изобарам, а скорость его близка к скорости геострофического ветра.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 1044; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!