Зв’язок між полями температури, тиску і вітру на висотах

Порівнюючи поля тиску у поверхні землі та на різних висотах, легко переконатися, що вони між собою відрізняються більш істотно, ніж поля тиску і температури на одному і тому ж рівні. З висотою структура поля тиску наближається до структури поля температури. Вже на висоті 3-4 км поле тиску більше схоже з полем температури, ніж з полем тиску біля поверхні землі. Області холоду в тропосфері поєднуються з областями низького тиску, тобто з високими циклонами, а області тепла поєднуються з областями високого тиску, тобто з високими антициклонами. Згідно з наближенням на верхніх рівнях структури поля тиску до структури поля температури напрямок та швидкість вітру з висотою змінюються. Ці зміни пов’язані з особливостями розподілу температури на висотах.

Зміна тиску з висотою на одиницю відстані по вертикалі — так звана барична ступінь — залежить від середньої температури шару. При тиску 1000 мб і температурі 0° барична ступінь дорівнює 8 м на 1 мб. При підвищенні температури на 1° величина її збільшується на 0,4%. Тому в теплому повітрі на висотах тиск щодо підвищену а в холодному знижений. Отже, якщо біля поверхні землі між двома пунктами тиск однакове, а температура різна, то на деякій висоті виникає градієнт тиску, спрямований з області, зайнятої теплим повітрям. Чим більше різниця температур між повітряними масами, тим більше градієнт тиску, а отже, швидкість вітру. Так як різниця швидкостей вітру на двох рівнях залежить від середніх в шарі між цими рівнями горизонтальних градієнтів температури, то це дозволило ввести поняття термічного вітру під яким розуміється різниця між векторами швидкості вітру на верхньому (VB) і нижньому (VH) рівнях шару:

VТ=VB-VН

Термічний вітер спрямований в північній півкулі під прямим кутом праворуч від градієнта температури, а в південній півкулі — вліво, тобто по дотичній до ізотермі.

Поняття про термічному вітрі має важливе практичне значення, так як дозволяє по полю вітру (або по полю тиску) на нижньому рівні і величиною горизонтального градієнта температури судити про характер барического поля і вітру на верхньому рівні.

Таким чином, зміна вітру з висотою визначається величиною і напрямком горизонтального градієнта середньої температури шару між двома заданими висотами. Тому градієнт тиску у поверхні землі з висотою змінюється і наближається до горизонтального градієнта температури в вільній атмосфері, а на висотах ізобари наближаються до ізотермами.

Поля тиску і вітру на висотах. Поле тиску на висотах можна уявити розподілом величин тиску на якому-небудь рівні.

У службі погоди усіх держав прийнято складати карти абсолютної баричной топографії (AT) різних ізобаріческой поверхонь. Ці карти так названі тому, що на них зображується рельєф поля тиску, або, як зазвичай кажуть, баричний рельєф на аналізованому рівні (рис. 35). Тут наведена карта топографії изобарической поверхні 300 мб (АТ300) середня за січень. На цій карті ізолініями зображені висоти изобарической поверхні 300 мб над рівнем моря аналогічно тому, як зображується рельєф місцевості на фізико-географічній карті. На карті баричной топографії висоти дані в геопотенциальных метрах. Ізолінії проведені через 80 м, або 8 дкм.

На висотах поле тиску відображає відмінності, зумовлені в основному припливом сонячної енергії в низькі і високі широти обох півкуль. Тому вище 3 км горизонтальні градієнти температури, а отже, і тиску, повинні бути спрямовані від низьких широт до полюсів.

Як показують середні місячні карти температури і тиску, побудовані на основі даних аерологічних спостережень, це положення виконується протягом всього року. Однак вплив материків і океанів на поле тиску не знищується і позначається навіть на висотах 20-30 км

Отже, карта топографії будь изобарической поверхні відображає поле тиску на відповідній висоті. Зокрема, по карті топографії поверхні 300 мб (рис. 35) можна судити про середній розподіл тиску і переважаючих повітряних течіях на рівні близько 9 км, Як видно на цій карті, структура поля тиску взимку на висоті 9 км простіша, ніж у поверхні землі. Від широт 20-30° як у північній, так і в південній півкулі горизонтальний градієнт тиску спрямований до полюсів. Згідно з полем тиску вітри, за винятком екваторіальної зони, скрізь західні (вітер в основному спрямований уздовж ізогіпс, причому низький тиск залишається зліва).

Найбільші середні швидкості вітру, що перевищують 80 — 100 км/год, спостерігаються над тими районами земної кулі, де найбільша густота ізогіпс. У північній півкулі вимальовуються дві балки низького тиску, орієнтовані з півночі на південь, і два гребеня високого тиску, спрямовані з півдня на північ. Улоговини припадають на материки, а гребені — на океани. Улоговини на висотах обумовлені выхолаживанием протікають над материками мас повітря, а гребені — прогріванням мас повітря над теплими водами океанів. Структура поля тиску на висотах показує, як сильно відбивається на системі повітряних течій розходження теплових властивостей материків і океанів навіть на висоті 9 км

У південній півкулі в січні середина літа. Тут в середніх широтах ізолінії майже не обурені, так як проходять над однорідною поверхнею океану.

Для порівняння розглянемо середню карту абсолютної топографії изобарической поверхні 300 мб (АТ300) Для липня (рис. 36). Влітку структура ізогіпс в північній півкулі істотно відмінна. Внаслідок підвищення температури у високих широтах градієнти тиску, а відповідно і швидкості вітру зменшуються. Крім того, зникають улоговини і гребені, так як температура над материками і океанами майже вирівнюється.

У південній півкулі в липні, тобто в середині зими, градієнти тиску дещо більше, ніж у січні, але загальна конфігурація ізогіпс не зазнає змін.

Наведені карти абсолютної топографії изобарической поверхні 300 мб, що характеризують поле тиску і повітряних течій поблизу рівня 9 км взимку і влітку (рис. 35 і 36), порівняємо тепер з відповідними картами відносної топографії (рис. 22 і 23), що характеризують середню температуру шару, що лежить нижче поверхні 300 мб. З цього порівняння видно, що не тільки області низького тиску близько збігаються з областями холоду, а області високого тиску — з областями тепла, але навіть густота ізоліній майже однакова, а напрямки горизонтальних градієнтів температури і тиску майже совладают.

Область холоду, що утворюється взимку у високих широтах над материками, проникаючи далеко на південь, створює великі горизонтальні градієнти температури, а відповідно і тиску. На захід від районів найбільшого згущення ізотерм, тобто над сходом Азії і Північної Америки, ізотерми і ізогіпсі сходяться, а на схід, тобто над північчю Атлантики і Тихого океану, вони розходяться.

Конусність ізотерм і ізогіпс над океанами посилюється у зв’язку з тим, що температура поверхневих вод океанів представляється системою розходяться ізотерм, а повітря приймає температуру поверхневих вод океанів. Саме в результаті цього над океанами в січні спостерігаються гребені тепла і високого тиску.

На січневих картах абсолютної і відносної топографії в північній півкулі можна виявити зону найбільшого згущення ізогіпс і ізотерм, майже облямовує північне півкуля між широтами 30 і 50° пн. ш. У цій зоні найбільші контрасти температури і швидкості повітряних течій.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Хмарність та атмосфера