Тарасов Л.В. - Ветры и грозы в атмосфере Земли (1109048), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Недаром эту область широт моряки издавна называли «ревушими сороковыми». В Северном полушарии западный ветер не может проявить себя столь сильно — мешают материки. Поднявшись в верхнюю тропосферу над широтами вблизи 60 в Северном и Южном полушариях, воздушные массы растекаются частью к полярным кругам (замыкая тем самым ячейки Феррела), а частью к полюсам (начиная формировать полярные ячейки) (см. рис. 1.24, б). Вблизи полюсов воздух опускается к поверхности и создает приповерхностные полярные восточные ветры (см. рис.
1.24, в). 66 Глава 1. 1(ирку«вцик воздушных масс в ввтмвсфврв Представленная здесь общая картина воздушных потоков в тропосфере не учитывает, однако, еще одного достаточно важного фактора, который вносит в картину дополнительные поправки. Она не учитывает того, как расположены на земной поверхности материки и океаны.
Рассмотренная нами общая картина в большей степени годится для Южного полушария, нежели для Северного. Суша в основном находится в Северном полушарии, поэтому картина ветров в этом полушарии дополнительно усложняется. Одним из таких усложнений являются муссоны, о которых мы говорили ранее. Зимние северо-восточные муссоны на полуостровах Индостан, Индокитай, Сомали совпадают с северо-восточными пассатами, тогда как летние южные и юго-восточные муссоны с Индийского океана не просто подавляют юго-восточные пассаты, но достигают штормовой силы. Сила Кориолиса иа вращающейся Земле Вращающийся вокруг своей оси земной шар представляет собой неинерциальную систему отсчета. При рассмотрении тех или иных явлений в этой системе необходимо принимать во внимание силы инерции.
На тела, находящиеся на Земле (в том числе на воздушные массы атмосферы), действуют две такие силы — центробежная сила инерции и так называемая сила Кориолиса. Центробежная сила стремится сбросить в космос атмосферную оболочку планеты; ей успешно противостоит сила земного притяжения. Поэтому ограничимся рассмотрением силы Кориолиса. Она названа в честь открывшего и объяснившего ее в первой половине Х(Х столетия французского ученого Гюстава Кориолиса (1792 — 1843).
Читатель, при желании, может легко испытать на себе действие силы Кориолиса, воспользовавшись известным аттракционом «карусель». Человек, сидящий на карусели, хорошо ощущает действие центробежной силы, стремящейся выбросить его наружу (для того, собственно говоря, и устроен данный аттракцион). Но попробуем в нарушение правил встать на вращающейся карусели и пройтись по ее полу.
Оказывается, это нелегко сделать. Появляется сила, которая старается повалить нас на бок. И чтобы не упасть, мы будем вынуждены идти, «переплетая ноги». Это и есть сила Кориолиса. Как и в случае с центробежной силой, за ней не скрываются какие- либо взаимодействия тел; однако ускорение, сообщаемое ею нашему телу, совершенно реально.
Л 4. Общая циркуляция атмосферы 67 Центробежная сила зависит от угловой скорости вращающейся системы отсчета и расстояния от тела до центра вращения. На силу Кориолиса не влияет положение тела во вращающейся системе, но она зависит от скорости тела относительно этой системы. Приведем без вывода выражение для силы Кориолиса Гн действующей на тело массой т, которое движется со скоростью о относительно системы отсчета, вращающейся с угловой скоростью т: (1.14) с„= 2т(ох т).
Напомним, что о х и — векторное произведение вектора о на вектор т. Вектор т направлен по оси вращения системы в соответствии с правилом правого винта. Так как вектор, представляющий собой векторное произведение двух векторов, ориентирован перпендикулярно к плоскости сомножителей, то из (1.14) следует, что направление силы Кориолиса перпендикулярно как к вектору скорости тела во вращающейся системе, так и к оси вращения системы, Векторы и, оз, о х и показаны на рис. 1.25, где через 5 обозначена плоскость векторов о и го, а,д— меньший из углов между этими векторами. Вектор о х и перпендикулярен к плоскости Я.
Его направление определяется следующим образом: надо мысленно приближать первый вектор-сомножитель ко второму уменьшая угол между Рис. 1.25 ними и выбрать то направление, в сторону которого будет перемещаться при этом ось правого винта. Модуль вектора ох т равен ого з(п,у. Если векторы о и т, взаимно перпендикулярны, то Д = 90'; в этом случае модуль вектора о х т равен ого. Если эти векторы параллельны или антипараллельны, то )9= 0 или )9 = 180', в этом случае модуль вектора о х и равен нулю. Покажем, что отмечавшееся ранее правило отклонения есть, по сути дела, проявление действия на воздушную массу в тропосфере силы Кориолиса, обусловленной вращением Земли вокруг своей оси. В связи с этим обратимся к рис. 1.26, на котором схематически изображено Северное полушарие.
Земля вращается с запада на вос- 68 Глава П 1(иркуляцня воздушных масс в атмосфера ток, как показано стрелкой; легко сообразить, что вектор оз ее угловой скорости направлен иа рисунке вертикально вверх, Предположим, что масса воздуха в точке А движется со скоростью и по меридиану по направлению к Северному полюсу. На зту массу будет действовать сила Кориолиса В, направление которой определяется соотношением (1.14); зта сила показана иа рисунке. Легко видеть, что она стремится отклонить движущуюся массу воздуха вправо. Налицо соответствие с правилом отклонения.
Это соответствие также обнаруживается, если рассмотРис. 1.26 реть массу воздуха в точке В, движу- щуюся по меридиану к экватору. Учтя действие силы Кориолиса иа водные массы рек, российский ученый Карл Максимович Бэр (1792 — 1876) в 1857 г. сформулировал закон, согласно которому реки, текущие в меридиональном направлении (с севера иа юг или с юга иа север) подмывают в Северном полушарии правый берег, а в Южном — левый. Так как сила Кориолиса гропорциоиальиа движущейся массе, закон Бзра замете~ лишь в золииах крупных рек.
Его хорошо подтверждает строение берегов Днепра, Дона, Волги, Оби, Иртыша, Енисея, Лены. Таким образом, оба закона — правило отклонения и закон Бэра— имеют общее происхождение. Опи оба — проявление действия силы Хориолиса иа вращающейся Земле либо на воздушные массы в тропосфере (правило отклонения), либо ~а водные речные массы (закон Бзра). Сила Кориолиса отклоняет воздушные и водные массы вправо в Северном полушарии; она же отклоняет воздушные и водные массы влево в Южном полушарии.
Пассаты, западные ветры и поверхностные течения океанов Мировой океан находится в непрерывном движении. Основная причина — беспокойная атмосфера Земли. Воздушные потоки тропосферы вызывают волнения в морях и океанах. Эти волнения отнюдь ие ограничиваются морскими ветровыми волнами. П4. Общая циркуляция атмосферы Как в приповерхностных, так и в глубинных «этажах» Мирового океана наблюдаются мощные перемещения водных масс. Их называют морскими течениями, хотя, наверное, правильнее было бы назвать океаническими течениями.
Различают поверхностные и глубоководные морские течения. Поверхностные течения распространяются вдоль поверхности морей и океанов, проникая на глубину от сотен метров до одного — двух километров. Глубоководные течения наблюдаются на сравнительно больших глубинах; они связаны с подъемом и опусканием водных масс, а также с их движением вдоль поверхности дна океанов. На рис. 1.27 представлена карта поверхностных морских течений. Сплошными стрелками показаны холодные течения, а штриховыми — теплые. Поверхностные морские течения — это весьма мощные водные потоки длиной в тысячи километров, шириной в сотни километров, глубиной, как уже отмечалось, до одного — двух километров.
Одно из наиболее известных и хорошо изученных морских течений — Гольфстрим. Оно имеет длину около 1О 000 км; начинается вблизи полуострова Флорида, движется на северо-восток и выходит к островам Шпицберген. К востоку от 30' з. д. Гольфстрим называют также Северо-Атлантическим течением. У полуострова Флорида течение особенно быстрое (скорость до 1О м/ч), особенно теплое (температура воды у поверхности 25 — 28 С) и особенно полноводное (расход воды в 20 раз больше, чем всех рек Земли вместе взятых). Заметим, что расход воды — это величина, измеряемая объемом воды, проходящим в единицу времени через поперечное сечение потока. Вблизи Исландии скорость Гольфстрима заметно меньше (4 — 5 км/ч) и температура ниже (1Π— 20'С).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
