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: 1103; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!