Основные уравнения и их анализ

Ещё раз мы убедились в том, что кориолисово ускорение наблюдается тогда, когда объект движется, фактически, свободно, и это ускорение является результатом всего лишь математического сложения свободного движения объекта с вращательным движением системы отсчёта. Судя по различным историческим свидетельствам, так считал и сам Кориолис. Он говорил только о формальном ускорении, а отнюдь не о силе.

Итак, «сила Кориолиса» – иллюзорна. Покажем, насколько упрощается физика атмосферных вихрей, если эту иллюзорную силу не принимать во внимание.

РОЖДЕНИЕ И НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ЦИКЛОНОВ

Нас интересует не рождение завихрений в результате столкновений тёплых и холодных атмосферных фронтов, а рождение настоящего циклона – в крупномасштабной области со слабым понижением давления от периферии к центру (выкладки приведём для северного полушария). В рамках традиционного подхода, баланс сил, включающий силу Кориолиса, выглядит правдоподобно лишь для стадии уже развившегося циклона, рождение же его остаётся загадкой.

На наш взгляд, рождение циклона происходит, в общих чертах, следующим образом. Рассмотрим вначале идеализированную ситуацию, при которой глобальное вращение тропосферы имеет полностью ламинарный характер. При этом, в геоцентрической невращающейся системе отсчёта, поле скоростей воздушных масс совпадает с полем линейных скоростей вращения точек подстилающей поверхности. Так, относительно точки на широте, скажем, 45°, на более низких широтах происходит движение воздуха на восток, а на более высоких – на запад. Пусть теперь эта точка оказалась центром области круглой «барической долины». Рассмотрим, что будет происходить в одном из концентрических колец, на которые можно разбить эту круглую область. В любой точке кольца сила барического градиента направлена к центру. По отношению к этому центру, исходное движение воздуха в южной части кольца направлено на восток, в северной части оно направлено на запад, а в западной и восточной частях кольца оно отсутствует. Можно видеть, что действие центральных сил барических градиентов на воздушные массы кольца, имеющие такое распределение скоростей, приводит к закручиванию этих воздушных масс против часовой стрелки. При этом главным поставщиком энергии рождающегося вихря является турбулентный энергообмен, который увеличивает энергию упорядоченного вихревого движения за счёт уменьшения энергии хаотического теплового движения молекул, т. е. за счёт уменьшения температуры воздуха. Линейную скорость вращения v, которая приобретается таким образом, можно оценить с помощью выражения

h × cp D T = v2/2, (1)

где h — КПД турбулентного преобразования тепловой энергии воздуха в кинетическую, cp — удельная теплоёмкость воздуха, равная 1 кДж/кг× К. Если допустить, что h = 0.5, то, за счёт понижения температуры воздуха D T всего на 3° К, ему сообщалась бы скорость 55 м/с.

В результате уменьшения температуры, которым сопровождается закручивание воздушных масс, ещё больше падает давление в «барической долине» и, соответственно, увеличиваются центральные силы барических градиентов. Это приводит к ещё более эффективному закручиванию, т. е. включается режим саморазгона циклона. Саморазгон притормаживается благодаря тому, что, по мере роста линейных скоростей закручивающихся воздушных струй, всё большую роль начинают играть центробежные силы и силы турбулентного трения. В стационарном режиме, когда для каждого элемента движущихся воздушных масс центробежная сила уравновешивает векторную сумму сил барического градиента и турбулентного трения, траектории воздушных потоков представляют собой, вообще говоря, сходящиеся к центру спирали.

Перейти на страницу: 1 2 3 4 5 6

Публикации по географии >>>

Экономическое районирование России
В условиях становления и развития рыночных отношений для научного обоснования радикальных экономических реформ большое значение приобретает региональная экономика - область научных знаний о размещении производит ...

Турция - страна богатейшей истории
Турция – страна богатейшей истории, огромного количества исторических ценностей, реликвий и просто уникальных творений природы и человека: знаменитое Мертвое море, непревзойденный Стамбул, удивительный Памуккале ...

Галерея

Демографические процессы

Демографические процессы представляют собой: рождаемость, продолжительность жизни, смертность, статистика абортов, детская смертность, самоубийства, миграция, интеллектуальная эмиграция из России.

>>>