1999 Солдатенко, Синоптические вихри в атмосфере и океане (1119303)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

SYNOPTIC SCALE EDDIESIN THE ATMOSPHEREAND OCEANСИНОПТИЧЕСКИЕ ВИХРИВ АТМОСФЕРЕ И ОКЕАНЕS. A. SOLDATENKOë. Ä. ëéãÑÄíÖçäéThe structure of largescale atmospheric andoceanic eddies is discussed. The basic physical mechanisms of processes of generation ofthe synoptic eddy in theatmosphere and ocean isoutlined.© ëÓΉ‡ÚÂÌÍÓ ë.Ä., 1999è˂‰ÂÌ˚ ҂‰ÂÌËfl ÓÒÚÛÍÚÛ ‡ÚÏÓÒÙÂÌ˚ıË ÓÍ‡Ì˘ÂÒÍËı ÒËÌÓÔÚ˘ÂÒÍËı ‚ËıÂÈ. àÁÎÓÊÂÌ˚ ÒÓ‚ÂÏÂÌÌ˚ Ô‰ÒÚ‡‚ÎÂÌËfl Ó· ÓÒÌÓ‚Ì˚ıÙËÁ˘ÂÒÍËı ÏÂı‡ÌËÁχıËı ‚ÓÁÌËÍÌÓ‚ÂÌËfl Ë ‡Á‚ËÚËfl.78ÇÓÂÌ̇fl ËÌÊÂÌÂÌÓ-ÍÓÒÏ˘ÂÒ͇fl ‡Í‡‰ÂÏËflËÏ. Ä.î. åÓʇÈÒÍÓ„Ó, ë‡ÌÍÚ-èÂÚÂ·Û„ÇÇÖÑÖçàÖВ атмосфере, равно как и в океане, наблюдаетсяисключительно большое разнообразие волновых ивихревых движений, что обусловлено влиянием силразличного происхождения на динамику атмосферы и океана.

С практической точки зрения особыйинтерес представляют волны синоптического масштаба и связанные с ними синоптические вихри(синоптический масштаб в атмосфере соответствует системам движения, имеющим горизонтальныеразмеры порядка 103 км и характерное время существования – несколько суток). Синоптические вихри в атмосфере – циклоны и антициклоны – играютпервостепенную роль в формировании погодныхусловий на больших территориях. В океане роль синоптических вихрей велика в формировании климата океана – средних распределений океанографических характеристик и их долгопериодическойизменчивости.В атмосфере крупные вихри возникают во всехчастях земного шара, однако лишь во внетропических широтах они отличаются большой мощностьюи интенсивностью. Слабое развитие получают циклоны и антициклоны в экваториальной зоне. Вместе с тем вблизи этой зоны возникают и развиваютсятропические циклоны (тайфуны, ураганы), которые отличаются от внетропических сравнительномалым диаметром (порядка сотен километров), нозначительно большими градиентами давления искоростями ветра.Атмосферные синоптические вихри были обнаружены на картах погоды в середине XIX века, когда начались регулярные наблюдения за погодой.

Стого времени изучение пространственной структуры синоптических вихрей и основных физическихмеханизмов их возникновения и развития находитсяв зоне постоянного внимания специалистов в области геофизической гидродинамики. В океане синоптические вихри обнаружены сравнительно недавно,в конце 60-х годов текущего столетия во время проведения отечественных и международных научныхпрограмм по исследованию океана (эксперименты“Полигон-70”, “MODE” – Mid-Ocean DynamicalExperiment, “ПОЛИМОДЕ”). Статья посвященаизложению современных представлений о структуре синоптических вихрей в атмосфере и океане, атакже рассмотрению основных физических механизмов их образования и развития.ëéêéëéÇëäàâ éÅêÄáéÇÄíÖãúçõâ ÜìêçÄã, ‹2, 1999éÅôÄü ïÄêÄäíÖêàëíàäÄÄíåéëîÖêçõï ëàçéèíàóÖëäàï ÇàïêÖâÇçÖíêéèàóÖëäàï òàêéíПриток солнечного тепла (коротковолновойсолнечной радиации) служит первопричиной общей циркуляции атмосферы.

На внешней границеатмосферы этот приток в среднем за сутки имеетчисто широтное (зональное) распределение. Солнечная радиация отчасти поглощается в толще атмосферы, но в большей степени достигает поверхности Земли, поглощается ею и переизлучается вформе длинноволновой радиации, частично поглощаемой затем нижними слоями атмосферы. В результате атмосфера нагревается в основном снизу(но не очень сильно), так что стратификация (вертикальное распределение) температуры оказывается устойчивой. Это означает, что вертикальный градиент температуры γ = −∂T / ∂z (в атмосфере всреднем γ ≈ 6,5°С/км) редко превосходит значениесухоадиабатического вертикального градиента температуры γа = 9,8°С/км. Таким образом, нагрев атмосферы также носит зональный характер – экваториальная зона оказывается нагретой больше, чемполярные области (годичный приток тепла на экваторе в 2,4 раза больше, чем в полярных районах).Нагретый воздух, как известно, поднимается, такчто на фиксированной высоте в экваториальной атмосфере давление оказывается больше, чем в полярных областях.

Так формируется доступная потенциальная энергия P (доступная потенциальнаяэнергия – та часть лабильной энергии (суммы потенциальной энергии положения и внутреннейэнергии), которая может перейти в кинетическуюэнергию в адиабатически замкнутой системе). Зональная разность давлений создает отток воздуха наверхних уровнях тропосферы (слой атмосферы отземной поверхности до высоты 10–12 км в среднихширотах) от экватора к полюсам и компенсирующий приток воздуха из умеренных широт к экваторуна нижних уровнях – пассатные ветры. Поток воздуха от экватора к полюсам на верхних уровнях силаКориолиса поворачивает на восток, формируя таким образом западно-восточный (зональный, циркумполярный) перенос. Однако этот поток крайнередко бывает прямолинейным.

Факты говорят отом, что движение атмосферы крайне нерегулярно.Объясняется это неустойчивостью крупномасштабных атмосферных потоков относительно малоамплитудных случайных возмущений, которые могутгенерироваться благодаря совокупному воздействию вращения Земли, пространственных неоднородностей теплофизических свойств подстилающейповерхности (океан, суша, льды) и ее радиационногобаланса (разности между количеством приходящейсолнечной радиации и уходящего длинноволновогоизлучения), а также других факторов. Однажды внесенные случайным образом в основной поток возмущения при определенных условиях разрастаютсяи приводят к полному разрушению зональной циркуляции и образованию синоптических вихрей.Одной из характеристик синоптических объектов (волн, вихрей) служит радиус деформации РосбиNL R = ---- H.fg ∂ρЗдесь N = – --- ------ (g – ускорение свободного падеρ ∂zния, ρ – плотность среды) – частота Брента–Вяйсяля (ее физический смысл – частота колебаний несжимаемой жидкости, отклонившейся по вертикалиот положения равновесия и подверженной архимедовой силе); f = 2ω sin ϕ (ω = 7,29 ⋅ 10− 5 c−1 – угловаяскорость вращения Земли) – параметр Кориолиса;Н – характерный вертикальный масштаб синоптического объекта.Типичный размер синоптического объекта соответствует радиусу деформации Росби.

Принимая дляатмосферы в качестве характерных значений N == 2 ⋅ 10− 2 c−1, Н = 10 км и полагая f = 10− 4 c−1, получаем оценку LR = 2000 км. Если это характерный размер синоптического вихря, то длина волны будетвдвое больше и окажется равной 4000 км. Наблюдения показывают, что синоптические волны и синоптические вихри имеют размеры, согласующиесяс приведенными оценками: наиболее часто горизонтальные размеры синоптических вихрей лежат винтервале от 500–700 до 2000–3000 км, их вертикальные размеры – несколько километров, а времяжизни – несколько суток.В системе общей циркуляции атмосферы синоптические вихри выполняют функцию основногомеханизма междуширотного воздухообмена. Благодаря синоптическим вихрям происходит меридиональный перенос тепла, водяного пара и импульса впланетарном масштабе, что приводит к сглаживанию термических контрастов между высокими инизкими широтами и вызывает значительные изменения погодных условий.Строение циклонов и антициклонов существенно различно.

Циклон характеризуется пониженнымотносительно окружающих территорий давлениемвоздуха (минимальное давление наблюдается в центре циклона) и вращательным движением воздушных масс вокруг центра против часовой стрелки всеверном полушарии и по часовой стрелке в южном. Нормальное атмосферное давление, как известно, составляет 1013,25 гектопаскалей (гПа). В достаточно развитых (глубоких) циклонах давление вцентре может отличаться от нормального на 40 гПаи более.

В пограничном слое атмосферы (нижнийслой атмосферы от земной поверхности до высотыпримерно 1,5 км), где существенное влияние на характер движения атмосферного воздуха оказываетсила трения, вектор скорости ветра оказывается направленным в сторону низкого давления (то есть кëéãÑÄíÖçäé ë.Ä. ëàçéèíàóÖëäàÖ Çàïêà Ç ÄíåéëîÖêÖ à éäÖÄçÖ79центру) под некоторым углом к касательной к изобаре (линии равного давления). Вблизи земной поверхности этот угол составляет примерно 30°. Вышеслоя трения (в свободной атмосфере) вектор скорости ветра направлен по касательной к изобаре.Здесь сила барического градиента уравновешивается силой Кориолиса, а влияние трения практическиотсутствует.

В циклоне, таким образом, в нижнемслое атмосферы сходятся воздушные потоки (рис. 1)и, следовательно, наблюдаются восходящие движения воздуха. Подъем воздуха и его адиабатическоеохлаждение приводят к постепенному понижениютемпературы в свободной атмосфере, достижениювоздухом состояния насыщения и образованию облачности.

Поэтому в циклонах преобладает облачнаяпогода и выпадают осадки. Скорость восходящихдвижений воздуха в циклонах составляет несколькосот метров в сутки. С циклонами связаны атмосферные фронты – узкие переходные зоны (ширина зоны фронта в горизонтальном направлении –несколько десятков километров, в вертикальномнаправлении – несколько сот метров), в которыхградиенты температуры и других метеорологичеса100510051000995990тон ▼▼▼фр▼▼▼▼йны ▼Холо▼д▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼▼км8Теплый воздухб1020Теплыйвоздух4Холодныйвоздух−600 −400 −200Холодныйвоздух0км200400600800Рис.

1. Структура циклонического синоптического вихря в атмосфере северного полушария: а –поле изобар (сплошные линии), линии тока (пунктирные линии) и атмосферные фронты на приземной карте погоды. Цифры у изобар – атмосферноедавление в гектопаскалях; б – вертикальный разрез циклона80Расходимость воздушных течений в нижнихслоях влечет за собой преобладание в антициклонахнисходящих движений воздуха с вертикальной составляющей скорости порядка десятков и сотен метров в сутки. С оседанием воздуха и его адиабатическим нагреванием связано постепенное повышениетемпературы воздуха в свободной атмосфере и преобладание ясной или малооблачной погоды в зонеантициклона.1030А-А62Антициклон представляет собой область повышенного давления воздуха (максимальное давление – в центре антициклона) и также характеризуется вращательным движением воздушных массотносительно центра.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов учебной работы