Ветер в пограничном слое и свободной атмосфере.

Градиентный ветер

Ветер в пограничном слое. В пограничном слое атмосферы от земной поверхности на прямолинейное движение воздуха влияют три силы: сила барического градиента, сила Кориолиса и сила трения.

При установившемся движении, когда скорость ветра постоянна, силы, действующие на массу воздуха, уравновешивают друг друга (их векторная сумма равна нулю). В этом случае сила барического градиента равна сумме двух других сил: силе Кориолиса и силе Трения. Поскольку сила трения противоположна

направлению движения, а сила Кориолиса перпендикулярна ему, ветер в пограничном слое должен иметь направление, составляющие с силой барического градиента некоторый угол α. Величина этого угла может быть определена с помощью рис.4.2,а.

 

 

а) б)

P-5

Р-5 _гр

A

А 90⁰

С P

Р

В

 

Рис. 4.2 Направление ветра в пограничном слое атмосферы (а) и градиентного ветра (б).

 

Из треугольника АВС следует

 

 

Таким образом, угол для данного места обратно пропорционален коэффициенту трения. Над шероховатой земной поверхностью, например лес, холмы, этот угол меньше, чем над равнинной местностью и поверхностью моря.

С высотой коэффициент трения уменьшается и угол возрастает.

При оценке направления ветра по приземным синоптическим картам удобнее пользоваться углом между направлением ветра и изобарой ⁰- . Величина угла в среднем равна: над сушей 30-40⁰, над морем 20-30⁰.

Таким образом, вблизи земной поверхности ветер направлен так, что если встать спиной к ветру, то низкое давление будет находиться Слева и несколько впереди, а высокое давление- справа и несколько позади.

Ветер в свободной атмосфере

Выше пограничного слоя влиянием трения воздуха о земную поверхность на воздушные потоки можно пренебречь. В этом случае при прямолинейном движении на массу воздуха будут действовать только сила барического градиента и сила Кориолиса.

 

Установившееся горизонтальное движение воздуха при отсутствии трения о земную поверхность называют градиентным ветром. Он наблюдается в свободной атмосфере выше пограничного слоя.

Из равенства силы барического градиента и силы Кориолиса можно определить направление и скорость градиентного ветра (рис.4.2.б).

В северном полушарии сила Кориолиса отклоняется от направления воздушного потока вправо на 90⁰. Следовательно, градиентный ветер дует вдоль изобар, оставляя низкое давление слева.

Величина скорости градиентного ветра может быть получена из равенства:

 

F_p=F_k или _гр

Она равна:

Из формулы (4.8) следует, что скорость градиентного ветра зависит от горизонтального градиента давления, широты места и плотности воздуха. Скорость градиентного ветра тем больше, чем больше величина горизонтального градиента давления, т.е. чем лучше изобары на синоптической карте. С уменьшением широты места она возрастает.

Формулу (4.8) можно преобразовать в более удобную для расчетов, для чего в неё нужно подставить значения угловой скорости вращения Земли и плотности воздуха при t=0 и р=1000 мб. Тогда она примет вид:

в метрах в секунду

 

в километрах в час

Где - разность давления между соседними изобарами в мб;

- расстояние между изобарами по нормам к ним, км.

На широте =55⁰ для нижеприведенных величин барических градиентов (мбар/100км). Скорость градиентного ветра (в м/с) будет иметь следующие значения:

1,0 2,0 3,0 4,0 5,0

_гр 6,5 13,0 19,5 26,0 32,5

Скорость ветра у поверхности земли вследствие трения значительно меньше скорости градиентного ветра. В умеренных широтах она составляет над сушей 40-45%, а над морем 65-70% от значений градиентного ветра.