- •1.Силы, действующие в атмосфере. Массовые и поверхностные силы.
- •2.Особенности проявления силы тяжести в атмосфере.
- •3.Особенности проявления силы Кориолиса в атмосфере.
- •4.Особенности проявления поверхностных сил в атмосфере.
- •5. Тензор упругих напряжений. Связь с вязкостью.
- •7. Индивидуальная и локальная производные. Что изменяется в ур-ниях движения?
- •16.Число гомохронности. Пример применения
- •17. Число Фруда. Пример применения
- •18. Число отклонения от геострофичности. Пример применения
- •19. Число Эйлера. Пример применения
- •20. Число Рейнольдса. Пример применения.
- •22. Определение n- мерного векторного пространства. Свойства.
- •23. Скалярное произведение векторов. Пример в д. Метеорологии.
- •24.Векторное произведение векторов. Пример в динам. Метеорологии
- •Понятие тензора. Пример в динам. Метеорологии
- •27. Ковариантное и контравариантное преобразование
- •28. Уравнение статики. Однородная атмосфера
- •29. Уравнение статики. Политропная атмосфера
- •30. Интегрирования уравнения статики. Барометрические формулы.
- •31. Геопотенциал. Абсолютная и относительная топография.
- •32.Ветер в свободной атмосфере. Гидростатическое и геострофическое приближения.
- •33.Геострофический и градиентный ветер. Линейка Пагосяна.
- •34.Баланс сил в циклоне и антициклоне. Выражения для скорости ветра.
- •36) Выражение и физический смысл дивергенции и ротора в натуральных координатах
- •38) Уравнение Пуассона
- •39) Понятие о потенциальной температуре
- •40. Условие вертикальной устойчивости. Сухоадиабатический градиент.
- •41. Сжатие или расширение воздушного столба. Адвекция тепла и адвекция холода.
- •42. Термодинамические процессы во влажном ненасыщенном воздухе. Виртуальная температура.
- •43. Термодинамические процессы во влажном насыщенном воздухе. Температура точки росы. Высота конденсации. Отношение смеси.
- •44. Понятие и расчет энергии неустойчивости. Мощность конвекции.
- •45.Влажноадиабатический градиент. Последовательность развития конвекции.
- •46. Использование термодинамических графиков. Эквивалентная температура.
- •47. Волновые движения в атмосфере. . Продольные и поперечные волны.
- •49.Процессы, приводящие к движению в атмосфере. Преобразование энергии.
- •51.Взаимодействие глобальных и местных циркуляционных ячеек.
32.Ветер в свободной атмосфере. Гидростатическое и геострофическое приближения.
Вследствие возможности пренебречь влиянием турбулентного обмена изучение движений в свободной атмосфере существенно проще, чем изучение закономерностей пограничного слоя атмосферы. В частности, построение теории предвычисления метеорологических элементов также оказывается более простым именно для свободной атмосферы.
Геострофи́ческий ве́тер — это теоретический ветер, который является результатом полного баланса между силой Кориоли́са и барическим градиентом. Такие условия называются геострофическим балансом. Геострофический ветер направлен параллельно изобарам (линиям постоянного атмосферного давления на определённой высоте). В природе такой баланс встречается редко. Реальный ветер почти всегда отклоняется от геострофического за счёт действия других сил (трение о поверхность Земли, центробежная сила). Таким образом, реальный ветер будет равен геострофическому, если отсутствует трение и изобары являются идеальными прямыми. Несмотря на практическую недостижимость таких условий, рассматривается геострофическое приближение.
Геострофическим ветром наз ветер без ускорения в свободной атмосфере. Отсутствие ускорения означает не только равномерность, но и прямолинейность движения. Уравнение геостроф.ветра получим из общих ууравнений движения в свободной атмосфере, положив в них составляющие ускорения равными нулю: du/dt=0, dv/dt=0.
Тогда найдем:
Или
формулы: (1)
Поэтому, геострофический ветер явл одним из видов градиентного. Из формул (1) следует, что:
(2). Уравнение (2) показывает, что скорость геострофического ветра Vg прямо пропорциональна горизонтальному градиенту давления и обратно пропорциональна плотности воздуха ρ и т. к. wz -это широта места, обратно пропорциональна синусу широты. На экваторе , где широта равно 0, понятие геострофического ветра лишено смысла.
Барический закон ветра: при геострофическом ветре область низкого давления остается в северном полушарии слева от движения, а в южном – справа. Этот закон выполняется и при движении воздуха более общего вида в свободной атмосфере, чем геострофический ветер. Поясним еще полученные закономерности схемой действия сил при геострофическом ветре. Так как ускорения нет, то действующие силы – сила барического градиента и Кориолисова сила – должны находится в равновесии, т.е их сумма должна равняться нулю (рис.34 – схема взаимодействия сил, где показано также и направление движения для северного полушария, в южном – направление движения будет обратным.
Изобарические поверхности тем больше наклонены к горизонту, чем больше скорость ветра и чем больше широта места.
В свободной атмосфере наблюдается отклонение ветра от геострофического:
Вводя в уравнения движения для свободной атмосферы
г еострофические соотношения а также обозначения u’ и v’ для составляющих вектора отклонения ветра от геострофического: u’ = u – ug и v’= v - vg перепишем уравнения движения в виде:
Из формул (2) и (3) вытекает, что отклонения ветра от геострофического в свободной атмосфере однозначно связаны с ускорением движущихся частиц. Величина отклонения ветра от геострофического пропорциональна абсолютной величине ускорения. Умножая далее уравнение (2) на du/dt и (3) на dv/dt и складывая результаты, получим: т.е векторы ускорения и отклонения ветра от геострофического перпендикулярны. Нетрудно уточнить последний вывод. Направим для этого ось х вдоль вектора ускорения, так что будет dv/dt=0. Тогда получаем: откуда вытекает, что в северном полушарии отклонение ветра от геострофического направлено влево от вектора ускорения, а в южном полушарии - вправо.
или