A szél és a szélsebesség és irány mérése - tudományos cikkek - cikkek - ökológiai

A szél hatalmas pusztítást okoz

Az Egyesült Államok Nemzeti Időjárási Szolgálata által az erős szél által okozott károk teljes körű értékeléséhez a Beaufort-skálát kiegészítették:

- 12,1 pont, szélsebesség 35 - 42 m / s. Erős szeles. A könnyű fából készült épületek jelentős megsemmisítése. Néhány telegráf pólus feküdt.

- 12.2. 42-49 m / s. A könnyű fából készült épületek akár 50% -át is megsemmisíthetik, más épületekben - ajtók, tetők, ablakok károsodását. A víz viharos hullámzása 1,6-2,4 m-rel a normál tengerszint felett.

- 12.3. 49-58 m / s. A könnyű házak teljes megsemmisítése. Szilárd épületekben - nagy károk. A vihar túlfeszültség 1,5-3,5 m-rel a normál tengerszint felett. Súlyos, túlzott árvizek, épületek víz általi károsodása.

- 12.4. 58-70 m / s. Tele szeles fákkal. A tüdő teljes megsemmisülése és az erős szerkezetek súlyos károsodása. A vihar hullámzása 3,5-5,5 m-rel a normál tengerszint felett. Erős kopás a parton. Az épületek alsó szintjeinek vízzel történő károsodása.

- 12.5. több mint 70 m / s. Sok szilárd épület megsemmisült a szél által, 80-100 m / s sebességgel - kő is, 110 m / s sebességgel - szinte mindent. 5,5 m feletti viharos hullámzás.

A szélsebességet a meteorológiai állomáson anemométerek mérik; ha a készülék önfelvételt készít, akkor ezt anemographnak nevezik. Az anemorumbográf nem csak a sebességet, hanem a szél irányát is meghatározza az állandó felvételi módban. A szélsebesség mérésére szolgáló eszközöket a felszín felett 10-15 méteres tengerszint feletti magasságban állítják be, és az általuk mért szél a föld felszíne közelében lévő szélnek nevezzük.

A szél irányát úgy határozza meg, hogy elnevezi a horizont pontját, ahonnan a szél vagy a szög fúj, amelyet a szél iránya alkot annak a helynek a meridiánjával, ahonnan a szél fúj, azaz a szél irányába. az azimut. Az első esetben a horizont 8 fő pontja van: északra, északkeletre, keletre, délkeletre, délre, délnyugatra, nyugatra, északnyugatra és 8 köztesre.
8, a fő égtáj irányok a következő rövidítéseket (orosz és nemzetközi) a C-N, U-S, W-W, B-E, NW-NW, SW-NE, NE-SW, NW-SE.

Ha a szél irányát egy szög jellemzi, a számlálás az óramutató járásával megegyező irányból északról történik. Ebben az esetben az északi lesz 0 0 (360), északkeleti - 45 0. kelet - 90 0 dél - 180 0. nyugat - 270 0.
A szél feletti megfigyelések klimatológiai feldolgozásával minden pontra diagramot készítünk, amely a szélirányok frekvenciájának eloszlása ​​a fő lombok mentén - a "szélrózsa".
A polárkoordináták kezdetétől a horizont rhombusai mentén elhelyezkedő irányvonalat olyan szegmensek fosztják le, amelyek hossza arányos az adott irányú szélfrekvenciákkal. A szegmensek végeit egy megszakított vonal köti össze. A nyugalom ismételhetőségét a diagram közepén lévő szám jelzi. Szélrózsa felépítésénél figyelembe kell venni az átlagos szélsebességet is mindkét irányba, megszorozva ezzel az irány megismételhetőségét, majd a grafikonon a feltételes egységekben az egyes irányú szél által hordott levegő mennyisége jelenik meg.

Geostrófiás szél. Gradiens szél. Geotriptikus szél.

A szél a légköri nyomás egyenetlen eloszlása ​​kapcsán merül fel, azaz vízszintes nyomáskülönbségek jelenlétével. A nyomás egyenetlen eloszlásának mértéke a vízszintes nyomás gradiens. A levegő hajlamos elmozdulni a gradiens irányába, így annál nagyobb a gyorsulás, annál nagyobb a nyomás gradiense. Következésképpen a vízszintes nyomás gradiens olyan erő, amely gyorsulást eredményez a levegőben, azaz A szél, amely szélt és sebességét változtatja. Minden más olyan erő, amely akkor jelenik meg, amikor a levegő elmozdul, csak lassítja a levegő mozgását vagy elhajítja a gradiens irányától. Megállapítást nyert, hogy az 1 hPa 100 km-es gradiens 0,1 cm / s2 gyorsulást eredményez. Ha csak a nyomás gradiens ereje hatott a levegőre, akkor a légmozgás ezen erő hatása alatt egyenletesen felgyorsulna, és hosszan tartó fellépéssel a levegő nagy, korlátlan sebességet kapna. De valójában más erők hatnak a levegőre, többé-kevésbé a gradiens erejét. Ez elsősorban a Coriolis-erő vagy a Föld forgásának eltérítő ereje. A Coriolis a Földön elforgatott gyorsulása vagy gyorsulása nagysága

A = 2wVsin y, (25)
ahol:
w a Föld forgásának szögsebessége,
V a szélsebesség,
y a földrajzi szélesség.

Ebben az esetben csak a forgó gyorsulás vízszintes elemét értjük. A képletből nyilvánvaló, hogy a gyorsulás a póluson a legnagyobb érték és az egyenlítőn nulla lesz. A Coriolis erő szélerősségének nagysága ugyanolyan nagyságrendű, mint a nyomás gradiens által előidézett gyorsulás. Ezért a Föld forgása és a légmozgás elhajló ereje egyensúlyba hozhatja a nyomás gradiens erejét.
A szél, amelyen csak a nyomás gradiens hatása és a Coriolis-erő működik, geostrofikusnak nevezik. Feltéve, hogy az erők egymáshoz viszonyítanak, a szélmozgás egyenesen egyenletes. Az északi féltekén a Coriolis-erő a jobbra mozgás sebességéhez igazodik, és az egyenlő gradiens erősségét a balra forduló sebességhez kell irányítani. Ezért az északi féltekén a geostrofikus szél fúj az izobarok mentén, bal oldalon pedig alacsony nyomást hagy maga után. A déli féltekén a geostrofikus szél fúj, alacsony nyomást hagy a jobb oldalon, mivel a Coriolis erő balra irányul.
Igazi körülmények között egy geostrofikus szél felszabadul szabad légkörben, 1 km-nél nagyobb magasságon, amikor a súrlódási erő olyan kicsi, hogy elhanyagolható.
Ha a levegő mozgása a súrlódási erő hatása nélkül történik, de görbületi irányban, akkor azt jelenti, hogy a gradiens és a Coriolis erő ereje mellett van egy centrifugális erő is:

C = V2 / r, (26)
ahol:
V a sebesség,
r a mozgó levegő pályájának görbületi sugara.
A centrifugális erő sugárirányban kifelé görbület a röppálya irányába lévő domborulata a pálya. Ha a légmozgás egyenletes, akkor mindhárom erő kiegyensúlyozott. Az ilyen elméleti esetén egyenletes légáram körpályán keringenek hatása nélkül a súrlódási erő az úgynevezett gradiens szél. A gradiens szél két lehetőség van: a ciklon és anticiklon. Egy ciklonban, azaz. a nyomású rendszer a legalacsonyabb nyomás a központban, a centrifugális erő mindig kifelé irányul, szemben gradiens erő. Általános szabály, hogy a centrifugális erő hatására a tényleges légköri feltételek kevesebb, mint a gradiens erejét, így a mérleg ható erők kell Coriolis-erő volt a célja, mint ahogy a centrifugális erő, és együtt kiegyenlítés erő gradiens. A szél sebessége kell eltérített derékszögben a Coriolis-erő az északi féltekén balra. A szél kell fújni a körkörös isobar ciklonban óramutató járásával ellentétes jobb eltérnénk a nyomáskülönbség.
Az anticiklonban a centrifugális erő kifelé irányul, az izobárok konvexségének irányába, azaz ugyanúgy a gradiens erejével. A Coriolis erejét az anticiklonra kell irányítani annak érdekében, hogy egyensúlyozhasson két egyenlő irányba ható erőt - a gradiens és a centrifugális erő. A szélsebességet úgy kell irányítani, hogy a szél az anticiklon körkörös izobárjai mentén az óramutató járásával megegyező irányba fújjon. De ezek az érvek csak az északi féltekére vonatkoznak. A déli féltekén, ahol a Coriolis erő a sebesség bal oldalára irányul, a gradiens szél eltér a gradienstől balra. Ezért a déli féltekén a ciklonban lévő izobárok mentén a levegőmozgást az óramutató járásával megegyező irányban, az anticiklon pedig az óramutató járásával ellentétes irányban kapja meg. A tényleges szél közel csak a ciklonok és anticiklonok gradienséhez, csak szabad atmoszféra esetén, ahol a súrlódási erő nem befolyásolja.
A légkörben a súrlódás olyan erő, amely negatív gyorsulást kölcsönöz a meglévő légmozgásnak, lelassítja a mozgást és megváltoztatja irányát. A súrlódási erő a legnagyobb a Föld felszínén, a magasság csökken, és 1000 m-es szinttel elhanyagolhatóvá válik a többi erővel összehasonlítva. A súrlódás mértéke, amelynél a súrlódási erő gyakorlatilag eltűnik (átlagosan 1000 m) súrlódásnak nevezik, a troposzféra alsó rétegét a súrlódás szintjére súrlódási rétegnek vagy a bolygóközi határoló rétegnek nevezik.
A súrlódás által okozott szél sebessége annyira csökken, hogy a Föld felszínén (az időjárási magasság felett) a föld felett kétszer kisebb, mint a geostrófiás szél ugyanazon nyomás gradiensre számított sebessége.
Az egyenletes egyenletes vonalú mozgást a súrlódás jelenlétében geotriptikus szélnek nevezik. Impact súrlódási erő vezet az a tény, hogy a szélsebesség geotripticheskogo nem izobár és keresztezi őket, ezektől tehát a jobb gradiens (az északi féltekén) és balra (dél), de azt alkotó szögben kevesebb, mint egy derékszög. A szélsebesség két komponensre bontható: az izobár és a gradiens. Ennek eredményeként, a súrlódásgátló réteg a ciklon szél fúj az óramutató járásával ellentétes vtek a perifériáról a központ (az északi féltekén), valamint óramutató járásával megegyező irányban a perifériáról a központ (a déli féltekén). Az északi féltekén anticiklon szél fúj az óramutató járásával megegyező irányban, így a belsejükben lévő levegőt anticiklon a perifériára, és a déli féltekén anticiklon - óramutató járásával ellentétes irányban a középponttól a periféria a anticiklon.
Megfigyelések azt sugallják, hogy a szél a felületen (kivéve szélességi az egyenlítő közelében) eltér a nyomás gradiens kisebb szögben direkt (jobbra az északi féltekén, a déli balra). Ebből következik, ez a helyzet: ha állni vissza a szél, és az arca, ahol a szél fúj, a legtöbb alacsony nyomás lesz a bal oldalon, és valamivel előtte, és a legtöbb magas vérnyomás - a jobb és kissé mögé. Ezt a feltételt empirikusan találták meg, és a szél bári törvénye vagy a Base Ball törvénye.

Zónák a nyomás és a szél eloszlásában

A szél és a nyomás a Föld feletti eloszlásának legstabilabb jellemzője a terület. Ennek oka a hőmérséklet-eloszlás helymeghatározása. A légtömegmozgások térképezése (azaz a keringés zonalitása) a szélsőséges komponensek (nyugati és keleti) szélességi komponensének dominanciája. A dominancia mértéke különböző lehet. A trópusi óceánok fölött a troposzféra alsó részében a keleti komponensek túlsúlya a légi közlekedésben igen erősen hangzik. A nyugati szelek prevalenciája a déli féltekén mérsékelt övezetében is jól kimutatható. Az északi féltekén ez a dominancia csak akkor látható, ha a megfigyelések hosszú sorát statisztikailag feldolgozzák. Ázsia keleti részén az alsó troposzférában a meridionalis komponensek dominálnak.
Nagy jelentőséggel bírnak a légiközlekedésnek a légkör általános cirkulációjában, a zónáknál kisebb értékkel rendelkező területi komponensei. Ők felelősek a Föld különböző szélességi területei közötti levegő cseréjéért.
Zonal szélnyomás eloszlása ​​legtisztábban nyilvánul meg a szabad légkörben, ez súrlódásgátló réteg. Mint ismeretes, a nyomás eloszlását megismétli a hőmérséklet-eloszlás. Mivel a hőmérséklet a troposzférában, átlagosan esik alacsony és magas szélességi, és a meridionális nyomásgradiens van irányítva, kiindulva a magassága 4-5 km, alacsony és magas szélességi. Ezért izobár felület 300 hPa halad tél az Egyenlítő fölött található a tengerszint feletti magasság 9700 m-rel az északi pólus magasságban körülbelül 8400 m-rel a dél -. A magassága 8100 méter Ezzel eloszlása ​​a vízszintes nyomás gradiens gradiens szél lesz irányítva mindkét féltekén nyugatról keletre. Így a felső troposzférában és a sztratoszféra körülvevő alsó pólus figyelhető egy úgynevezett bolygómű cyclonic örvény: az óramutató járásával ellentétes az északi féltekén, és több mint a déli óramutató járásával megegyező irányban. Alacsony szélességeken, a helyzet egy kicsit más. Az a tény, hogy a legnagyobb nyomást a felső troposzférában nem megfigyelt az egyenlítő, és egy viszonylag keskeny tartománya az egyenlítő közelében, és a nyomás gradiens a felső troposzférában irányul az egyenlítő. Ez azt jelenti, hogy a felső troposzférában az egyenlítői övezet uralja keleti közlekedés.
Az alsó sztratoszférában az átlagos hőmérséklet-eloszlás a meridiánon a nyáron ellentétes a troposzférikus hőmérsékleteloszlással. A poláris sztratoszféra nyáron nagyon meleg a trópusi viszonyhoz képest, a legalacsonyabb hőmérséklet pedig az egyenlítői zónára esik, a legmagasabbak - a polárra. Ezért a sztratoszférában 18-20 km-es magasságban a meridián gradiens az ellenkező irányba változik, a pólustól az egyenlítő felé irányul. A nyári féltekén körkörös anticiklon és keleti légi közlekedés van. Ezt a jelenséget a levegő sztratoszferikus cirkulációjának nevezték. A téli féltekén a nyugati átvitel megmarad.
A földfelszínen és az alsó troposzférában (a súrlódási rétegben) a zonom nyomáseloszlás bonyolultabb, ami a föld és a tenger elosztásával függ össze.

2. táblázat A felszíni nyomás átlagos hPa-ban mért szélességi értékei.

Szélesség a fokokban

Nyomás és légszállítás területi eloszlása ​​a Föld felszínén és az alsó troposzférában (séma). Jobb oldalon a nyomáskülönbség iránya a meridián mentén a megfelelő zónákban.

Air anyagátadási iránya az alsó troposzférában kapcsolódó tartomány elhelyezését a magas és alacsony nyomású zónák kérelemre a periféria a pólus szubtrópusi zóna létrehozása a közepes szélességeken Western transzfer, ez kiterjed a tengelye az al-poláros zónák, azaz a akár 60-650. w. és S A legtöbb jól ejtik nyugati áramlás az óceánok felett, a déli féltekén. Több kontinensen szél kisebb nyugati irányba.
A szubtrópusi nagynyomású zóna kerületén, amely az egyenlítő felé néz, a trópusokon a Föld felszínén a nyomás gradiens az Egyenlítő felé irányul, és itt az egész trópusi övezetet lefedő keleti transzfer érvényesül. Ezek az úgynevezett kereskedelmi szelek - stabil keleti trópusi szélek.
A poláris régióban a nyomás gradiens a pólustól a szubpoláris szélességekig irányul, ami keleti levegőátadást eredményez. A keleti szélzetek legelterjedtebb dominanciája Antarktiszon van kifejezve, ahol állandó keleti szelek vannak.