Атмосферний тиск і вітри

Атмосферний тиск - це рух молекул повітря і його власна маса. Атмосферний тиск величезне, але ми його не відчуваємо, тому що наш організм, як і інші живі організми на Землі, пристосований до нього.

До XVII ст. про існування атмосферного тиску було невідомо. Вперше атмосферний тиск виявив італійський фізик Е.Торічеллі.

Нормальним атмосферним тиском вважається тиск 760 мм ртутного стовпа (або 1013 гПа) при 0 о С, на рівні моря, на широті 45 о. 1 мм рт.ст. = 1,33 гПа = 1,33 мб; 1гПа = 1мб = 0,75 мм рт.ст.

Атмосферний тиск зменшується з висотою, тому що з висотою стає менше повітря. Барометрична щабель - відстань по вертикалі, на якому тиск зменшується на 1 мм. На кожні 10,5 м тиск падає на 1 мм. На висоті 5 км атмосферний тиск менше в 2 рази, ніж на рівні моря; на висоті 10 км - в 4 рази; на висоті 15 км - в 8 раз. Атмосферний тиск на рівні моря може змінюватися від 670 мм рт.ст. до 830 мм рт.ст. (На території нашої області - від 710 до 780 мм рт.ст.).

Розподіл тиску в атмосфері наочно можна показати за допомогою изобарических поверхонь (всі точки цих поверхонь мають однаковий тиск) і ізобар (ізобари - це лінії, всі крапки яких мають однаковий тиск).

Система замкнутих ізобар зі зниженим тиском у центрі називається баричним мінімумом. Система замкнутих ізобар з підвищеним тиском в центрі називається баричним максимумом. Незамкнута система изобар, відповідна витягнутому мови зниженого тиску, називається барической улоговиною. Незамкнута система изобар, відповідна витягнутому мови підвищеного тиску, називається баричним гребенем.

Зміна тиску в горизонтальному напрямку характеризується баричним градієнтом. Баричний градієнт - це зміна тиску на одиницю відстані в сторону зменшення тиску. За одиницю відстані приймається 100 км.

Розглянемо барические ситуації взимку і влітку на Землі.

Атмосферний тиск на Землі безперервно змінюється. Воно змінюється в результаті переміщень повітря: відтоку його з одного місця і припливу в інше. Переміщення ці пов'язані з відмінностями в щільності повітря, що виникають при нерівномірному нагріванні його від підстильної поверхні. Нерівномірне нагрівання поверхні в кінцевому підсумку призводить до руху повітря, його циркуляції.

Рух повітря в горизонтальному напрямку називається вітром. Вітер характеризується швидкістю, силою і напрямком. Швидкість (v) вимірюється в м / с або км / год, а також в балах (за шкалою Бофорта - від 0 до 12 балів). Для визначення швидкості вітру застосовують анемометр та інші прилади. Середня швидкість вітру в земної поверхні становить 5-10 м / с.

Сила вітру (Р) вимірюється в кг / м 2. Вона залежить від швидкості вітру: Р = 0,25v 2. тобто сила вітру - це тиск рухомого повітря на предмети.

Швидкість вітру залежить від баричного градієнта: чим більше баричний градієнт, тим більше швидкість вітру. Уповільнює швидкість вітру тертя об земну поверхню і щільність повітря, тому з висотою вітер посилюється.

Максимальна швидкість вітру в приземному шарі спостерігається в середньому через 1-2 години після полудня, мінімальна - вночі. У високих шарах атмосфери - навпаки.

Найбільша середньорічна швидкість вітру фіксується на узбережжі Антарктиди - близько 20 м / с. У тропічних ураганах максимальне значення швидкості вітру може бути 100 м / с.

Напрямок вітру визначається положенням тієї точки горизонту, від якої віє вітер. Для позначення напрямку вітру в практиці горизонт ділять на 8 румбів (румба - це напрямок до точки видимого горизонту щодо сторін світла). Головні румби: північ, південь, захід і схід. Напрямок вітру висловлюють і азимутом - від 0 про до 360 о. Визначають напрям вітру по флюгеру. Напрямок вітру залежить від напрямку баричного градієнта, коріолісову сили, тертя, відцентрової сили.

У барических мінімумах (циклони) повітря рухається проти годинникової стрілки в північній півкулі і за годинниковою стрілкою - в південному, з відхиленням до центру. У барических максимумах (антициклонах) цей процес відбувається навпаки, з відхиленням до периферії. У 1-му випадку (циклоні) стікає з усіх боків повітря сходиться в центрі (конвергенція) і піднімається. У другому (антициклон) повітря розтікається від центру (дивергенція) і опускається.

Знаючи закономірності виникнення вітру, можна у напрямку його судити про розташування областей підвищеного і зниженого тиску. Для цього існує баричний закон вітру (закон Бейс-Баллот): якщо встати спиною до вітру, то найбільш низький тиск виявиться зліва і трохи попереду, найбільш висока - справа і трохи позаду (це справедливо для північної півкулі, для південного - навпаки).

Наочне уявлення про режим вітру за кілька років, за рік, за сезон, за місяць дають діаграми - рози вітрів.

З зональним розподілом тиску пов'язана зональність панівних вітрів.

Панівним напрямком в тропосфері є західний перенос. Він узгоджується з обертальним осьовим рухом Землі. Західні вітри переважають в помірних широтах.

Вітри, які дмуть з полярних областей в помірні і з тропічних широт до екватора, мають північно-східне і південно-східний напрямок (для кожного півкулі відповідно).

Вітри, що дмуть від тропічних широт до екватора, називаються пасатами. У північній півкулі вони мають північно-східний напрямок, в південному - південно-східне. Пассат несуть тропічне повітря. Їх швидкість складає близько 5-8 м / с. Вітри пасати сходяться у екватора. В області їх збіжності виникають сильні висхідні потоки повітря, що сприяють утворенню потужних Сі і Св хмар і випадання рясних дощів.

У полярних широтах і приземних шарах тропосфери панують східні вітри. над якими в верхніх шарах існує західний перенос.

З відмінностями в нагріванні і охолодженні материків і океанів пов'язано виникнення мусонів. Мусони - це вітри, що змінюють свій напрямок два рази на рік на протилежне. Мусони характерні для східних околиць материків. Зимовий мусон, коли дме з суші, збігається із західним переносом. Літній мусон порушує західний перенос. Мусони поширені в помірних, субтропічних, тропічних і субекваторіальних широтах.

Отже, пануючими вітрами на Землі є пасати, мусони, західні вітри помірних широт, вітри східних напрямків полярних широт. Існують ще місцеві вітри:

1. Брізи - вітри, що виникають на берегах великих водойм (морів, озер, річок) і змінюють свій напрямок на протилежне протягом доби. Днем бриз дме з водойми на сушу, вночі навпаки. Швидкість денного бризу може бути до 7 м / с, а смуга поширення всередину континенту до 100 км (для океанічного і морського узбережжя). У тропічному поясі бризи спостерігаються весь рік, в помірних і полярних широтах - тільки влітку і в ясну погоду.

2. Гірничо-долинні - вітри, що виникають в гірській місцевості і змінюють свій напрямок на протилежне протягом доби. Вночі повітря рухається вниз по схилу до долини, а вдень навпаки.

3. Фен - теплий, сухий і поривчастий вітер з гір. Фен широко поширений в гірських районах. У Середній Азії його називають «афганець», в Північній Америці - «чинук», на о.Суматра - «бахарок», на півдні Середземномор'я - сироко і т.д. Його швидкість від 0 до 20 м / с.

4. Бора - холодний, сильний вітер з гір, що дме в бік моря. Бора часто спостерігається на узбережжі Чорного моря, Нової Землі, на Байкалі, на узбережжі Антарктиди і в інших місцях. Швидкість цього вітру до 40 м / с.

5. Стічні (льодовикові) - холодні вітри, що дмуть з поверхні льодовика (в Антарктиді і ін.).