Б.И. Извеков, Н.Е. Кочин - Динамическая метеорология (часть 1) (1115249), страница 6
Текст из файла (страница 6)
В то время как в арктических странах вблизи полюсанизкая стратосфера имеет температуру около — 45'С, над экватором температура холодной стратосферы составляет около †'С. Происходит своего рода компенсация разности температур высоких и низких широт. Несомненно, факт этот имеет весьма существенное значение в тепловом режиме атмосферы и оказывает существенное влияние на общую циркуляцию, но истинной причины этого явления мы вполне не знаем.
Также весьма загадочной представляется связь стратосферы с явлениями вторичной циркуляции, циклонами и антициклонами средних широт. Над циклонами стратосфера опускается вниз и нижняя граница ее (тропопауза) оказывается как бы втянутой вниз над областью перемещающейся депрессии, в то время как над барометрическими максимумами тропопауза оказывается поднятой вверх по сравнению с ее нормальным уровнем. Таким образом несомненно, что стратосфера оказывает существенное влияние на процессы образования и развития циклонов, но роль эта тоже остается до сих пор неясной.
Некоторые весьма остроумные и интересные соображения на этот счет высказаны были в самое последнее время, о чем будет сказано в соответствующих местах нашей книги. Несомненно, что дальнейшая разработка основных проблем динамической метеорологии должна включить также и теоретическое исследование процессов, происходящих в стратосфере.
До сих пор наши знания относительно этих процессов были ничтожны и ограничивались только отдельными и далеко несовершенными зондированиями. Можно сказать, что непосредственное изучение стратосферы начинается только теперь и высокие под'емы стратостатов„ последний нз которых по времени и рекордный по достигнутой высоте совершен в 1934 году в СССР, открывают новую эру в изучении высоких слоев атмосферы н несомненно окажут существенную помощь теоретическому,:::,':::::,:':;:,;;;:,' псследоаанию.
:Последнее одно или два десятилетия были вообще очень'плодотвор. ными и важными для науки об атмосфере, Еще перед мировой'войной усиленное развитие авиации и сопутствующее ему развитие теоретиче,ской аэродинамики оказали косвенно большое влияние на аэрологию н ' теоретическую метеорологию. Возникли вновь или получили совершенно новую постановку проблемы, которые .и в настоящее время занимают главенствующее значение в теоретической метеорологии и привлекают к себе внимание наиболее талантливых исследователей.
Прежде всего выяснилось, что движения воздуха в особенности в низких слоях атмосферы никоим образом нельзя уподоблять ламинарному, потоку, а надо считать, что онн имеют турбулентный характер. Атмосфера, можно сказать, пронизана вихревыми шнурами и клубками вихрей, которые пересекают пространство в самых различных направлениях. При этом, повидимому, совершенно не имеет места сохраняемость вихревых линий, которая является характерной чертой динамики идеальной несжимаемой и баротропический жидкости.
Вихри непрерывно возникают и разрушаются в атмосфере, отдельные воздушные массы то оказываются захваченными вихрями, то двигаются безвихревым движением. Траектории воздушных частиц оказываются весьма сложными и запутанными кривыми, а скорость весьма разнообразно меняется как по величине, так н по направлению, вследствие чего ветер всегда имеет более или менее порывистый характер; в этой порывистости и сказывается турбулентная структура воздушных течений. Изменения других метеорологических элементов также происходят не плавно, а отдельными мелкими пульсациями. Скорость ветра, которая измеряется нашими приборами при непосредственных отсчетах н регистрируется нашими самописцами, не есть истинная скорость, а только осредненная, и притом часто весьма несовершенно осредненная по некоторому об'ему и некоторому интервалу времени.
То же относится и к другим метеорологическим элементам. Является вопрос, насколько вообще правильно считать, что атмосферные воздушные движения подчиняются уравнениям классической гидродинамики (хотя бы в самой общей форме уравнений вязкой сжимаемой жидкости). Уравнения турбулентного движения имеют другой вид, гораздо более сложный. Для несжимаемой жидкости такая система уравнений была дана еще в 1894 г. О. Рейнольдсом (О. Кеупо!дз) Для сжимаемой жидкости самого общего типа задача установления точной системы уравнений представляет значительные трудности.
Повидимому для того„чтобы описать вполне турбулентное движение сжимаемой жидкости, нужно большее число уравнений и большее число характеристик, т. е. величин характеризующих различные свойства турбулентного движения. Почти одновременно в работах '.Т:$Вдар'а-'";.
(Тау!ог) в Англии н 'Щы)а;:-'дтпл-,:1Бсцш1Ж) в Германии намечены были основные задачи изучения турбулентности в атмосфере, Существенное отличие задач атмосферной турбулентности от задач, которыми занимается аэродинамика„ состоит в том, что главное значение здесь, повидимому, представляет влияние турбулентного перемешивания на передачу тепла (конвектнвная или турбулентная теплояроводность), т.
е., другими словами, исследование уравнения притока энергии с точки зрения турбулентности. Вэтом направлении мы имеем уже ряд существенных достижений. Работы Тейлора„,,Шмидта и в особенности последовавшие,.дз,ьннмн,озфз Р,а~Ффдс::он.а':(Б~Э~Ъад$эскфпроливают совершенно новый свет на вопросы передачи и распространения энергии в атмосфере. Эти работы исходят из основных работ О. Р е й н о л ь д с а, положившего начало статистической теории турбулентности, Основываясь на идеях Рейнольдса о турбулентном характере явления диссипации энергии, Ричардсон в 1922 г.
дал практически весьма важный критерий для определвния устойчивости турбулентных состояний в атмосфере. .,'". -Другое направление в изучении турбулентности связано с теми ме- Ф' ~"'' ми, которые в аэродинамике были с успехом развиты проф. Дуя))т~- "'!Й (1 Ргапб11) и его школой. Эти методы, в основе которых'лежит 'идеях так называемого пограничного слоя П рандтля„в последнее время ,' 'начинают проникать и в динамическую метеорологию. Сам Прандтль в 1925 г. написал рабату о распределении ветра с высотой, в которой в значительной степени исправил результаты М:.;Й;"ерФ3р ынтя'::ГеФе1йЪФ' 'Фя';.'Рг4, поставив исследование проблемы вязкости'в атмосфере с точки зрения теории пограничного слоя.
В самое последнее время Прандтль . ставит по новому также и проблему общей циркуляции атмосферы, (В)егкпез Рез1Ьапд, Ве11гаяе ж РЬуз1к б. 1ге1еп А1шозрййге 1932). Развитие динамической метеорологии за последние десятилетия тесно связано с выдающимися работами проф.
В.'Бь е р''кн"'е;с4 (11. В)егкпез) н его школы. Можно сказать что В. Бьеркнес(он родился в1862г. и в 1932 г. праздновал свой 70-летний юбилей) представляет в настоящее время центральную фигуру в теоретической метеорологии. Влияние, оказанное им на всех теоретиков-метеорологов Европы и Америки, очень велико. Большое число работающих в области динамической метеорологии ученых является его непосредственными учениками. Заслуга Бьеркнеса состоит в том, что он прочно утвердил а метеорологии методы .физической гидродинамики", по его собственной терминологии, т.
е. гндродинамики сжимаемой жидкости самого общего типа, „бароклннической", тогда как до него вопросы динамической метеорологии рассматривались, главным образом, под углом зрения классической гндродннамики или самое большее гндродинамики баротропнческой жидкости. Работы В.
Бьеркнеса до 1901 г. следуют идеям его отца, знаменитого физика-теоретика С. Б ь е р к н е с а, который занимался исследованием гидродинамических снл, действующих на расстоянии. Обобщая н развивая эти идеи, В. Бьеркнес в 1897 г. пришел к своей знаменитой теореме об образовании вихревых трубок в бароклнннческой жидкости вследствие пересечения изобарнческих и изотермнческих поверхностей. Эта теорема, явившаяся обобщением' результатов, полученных Гельмгольцем н КййьЙ~))46Й для случая идеальной и баротропнческой жидкости, на жидкость бароклнническую, явилась основной теоремой новой гндродинамнки, и применения ее в области физики моря и физики атмосферы оказались очень разнообразными и пло~)отворными. В области океанографии непосредственным учеником Бьеркнеса явился В":~фжа:и",(11-: Ваяй)„ который на основании материалов незадолго йегред тем законченной экспедиции Нансена, создал свою теорию " течений в глубинах океана (1900 г.).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
