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) градиентÑT, 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: 277; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ