Ускорение воздуха под действием барического градиента



 

Ветер возникает в связи с неравномерным распределением атмосферного давления, т. е. в связи с наличием горизонтальных разностей давления. Если бы давление воздуха в каждой гори­зонтальной плоскости (на каждой поверхности уровня) было во всех точках одинаково, ветра не было бы. При неравномерном распределении атмосферного давления воздух стремится пере­мещаться из мест с более высоким давлением в места с более низким давлением.

Мерой неравномерности распределения давления является горизонтальный барический градиент.Воздух стремится дви­гаться от высокого давления к низкому по наиболее короткому пути; это и есть направление барического градиента. При этом воздух получает ускорение тем большее, чем больше барический градиент. Следовательно, барический градиент есть сила, сооб­щающая воздуху ускорение, т. е. вызывающая ветер и меняющая скорость ветра.

Горизонтальный барический градиент есть равнодействующая сил давления, действующих в горизонтальном направлении на единицу объема воздуха (подобно тому, как вертикальный бари­ческий градиент, о котором мы говорили в главе второй, есть равнодействующая сил давления, действующих на единицу объема по вертикали). Следовательно, он является силой, отне­сенной к единице объема, что видно и из его размерности, которая есть размерность силы, деленная на размерность объема:

Но в уравнениях гидродинамики и динамической метеороло­гии силы относят к единице массы. Для того чтобы получить силу барического градиента, действующую на единицу массы, нужно разделить величину градиента на плотность воздуха. Тогда мы получим для силы горизонтального барического градиента числовое значение – 1/ρ*dp/dn. Но направлению эта сила

в каждой точке барического поля совпадает с направлением нормали к изобаре в сторону убывания давления.

Только сила барического градиента приводит воздух в дви­жение и увеличивает его скорость. Все другие силы, проявляю­щиеся при движениях воздуха, могут лишь тормозить движение и отклонять его от направления градиента.

Сила, рассчитанная на единицу массы, равна ускорению, сообщаемому этой силой. Следовательно, выражение — 1/ρ*dp/dn представляет собой ускорение, которое получает воздух под дей­ствием барического градиента. Найдем порядок величины этого ускорения.

Стандартное значение для плотности воздуха при темпера­туре 0° и давлении 1000 мб равно 1273 г/м3, т.е. 1,273*10-3 г/см3; возьмем округленно 10-3 г/см3. Барический градиент примем рав­ным одному миллибару на 100 км. Один миллибар равен 1000 дин/см2, или 103 г/см*сек2. Сто километров — это 107 см.

Подставив все эти числовые значения в выражение 1/ρ*dp/dn, по­лучим с достаточным приближением 10-1 см/сек2.

Таким образом, градиент в 1 мб на 100 км создает ускорение примерно в 0,1 см/сек2; градиент в 3 мб на 100 км — примерно в 0,3 см/сек2. Это очень небольшие величины; но и остальные силы, действующие на воздух в горизонтальном направлении, того же порядка.

Если бы на воздух действовала только сила барического градиента, то движение воздуха под действием этой силы было бы равномерно ускоренным. Хотя ускорение, сообщаемое воз­духу силой градиента, невелико, при более или менее длитель­ном действии этой силы воздух получил бы очень большие и притом неограниченно растущие скорости. В действительности этого не бывает. Воздух движется, как правило, со скоростью по­рядка нескольких метров и, очень редко, нескольких десятков метров в секунду, причем обычно скорость ветра мало меняется в течение длительного времени. Это значит, что, кроме силы гра­диента, на движущийся воздух действуют другие силы, более или менее уравновешивающие силу градиента.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 193; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ