В северном полушарии ускорение Кориолиса отклоняет любое воздушное течение вправо, а в южном - влево.

Горизонтальная составляющая ускорения Кориолиса достигает наименьшей величины на экваторе, а наибольшей величины - на полюсе.

Поскольку угловая скорость вращения Земли w=0.0000729 (1/с), максимальная величина ускорения Кориолиса составляет:

Аг max =0.000146u (см/с² ).

Пд влиянием силы Кориолиса траектория движения воздушного потока отклоняется от прямолинейной.

При движении частиц воздуха по любой криволинейной траектории на них действует также центробежное ускорение С, определяемая соотношением: C= V² / r, где V- модуль вектора скорости частиц;

r - радиус кривизны траектории

Центробежное ускорение направлено по радиусу кривизны в сторону ее выпуклости (от центра).

На все движущиеся частицы действует также сила трения, направленная навстречу вектору скорости. Трение в воздушной струе состоит из двух составляющих :трения внешнего и трения внутреннего.

Внешнее трение вызывается тормозящим действием подстилающей поверхности. Его модуль пропорционален скорости ветра относительно подстилающей поверхности, а коэффициент пропорциональности зависит от характера этой поверхности(над водой его величина в 4 раза меньше чем в среднем над сушей). Фаза вектора внешнего трения противоположна фазе вектора скорости ветра.

Действие внутреннего трения проявляется в том, что соседние струи воздуха, имеющие разные скорости взаимодействуют, порождая турбулентное перемешивание.

Таким образом, основной барический закон ветра для северного полушариясостоит в следующем: если стать спиной к ветру, то впереди и слева будет область низкого давления, а сзади и справа - область высокого.

Для южного полушария он состоит в том, что:- область низкого давления окажется впереди и справа, а область высокого давления сзади и слева.

2. Глобальная атмосферная циркуляция

Глобальную атмосферную циркуляцию нашей планеты образует система циркумполярных воздушных течений в тропосфере и нижних слоях стратосферы. Эти течения обуславливают преимущественно широтный перенос вещества и энергии в атмосфере. Главной причиной их возникновения является воздействие на воздух тропосферы центров действия и барических депрессий. Как уже отмечалось выше, расположение этих неоднородностей поля атмосферного давления обусловлено структурой поля температуры воздуха, формирующегося в результате тепло- влагообмена тропосферы с подстилающей поверхностью. Поскольку практически 2/3 поверхности нашей планеты занимает Мировой океан, особенности этого процесса во многом определяются существующей структурой океанических течений, переносящих тепло, образующееся при поглощении солнечной радиации. Поэтому первопричиной глобальной атмосферной циркуляции в земной атмосфере является солнечная энергия, неоднородность земной поверхности, а также процессы переноса тепла в Мировом океане.

Существенно влияет на ее структуру также вращение Земли вокруг своей оси, благодаря которому возникает сила Кориолиса.

Простейшая схема глобальной циркуляции атмосферы, признаваемая и ныне, была составлена более 200 лет назад. Это сделал физик Д. Гадлей. Она отображена на рисунке 1.

На данном рисунке черными линиями и стрелками показаны траектории движения воздуха . Как видно, взаимодействие экваториальной барической депрессии с поясами повышенного давления, расположенными на 30-х параллелях Северного и Южного полушарий приводит к возникновению кольцевых циркумполярных течений , переносящих воздух по часовой стрелке – с востока на запад между 5 и 20 параллелями- пассатов(торговых ветров).На рис.1 они показаны красными стрелками.

Пассаты в разных районах и в разное время года простираются от земной поверхности до высоты 1—4 км Над поясом пассатов на высотах более 7 км в противоположном им направлении дуют антипассаты.

 

Рисунок 1. Структура глобальной атмосферной циркуляции.

Взаимодействие поясов высокого и низкого давления, расположенных на 30 и 60 параллелях, вызывает образование воздушного потока, переносящего воздух против часовой стрелки-с запада на восток, между 35 и 55 параллелями, который называются западными ветрами. На рис. 1 эти потоки показаны синими стрелками. Западные ветры наблюдаются до очень большой высоты, причем примерно до 13 км скорость их увеличивается. Выше 13 км температурный контраст экватор — полюс сглаживается, поэтому скорость западных ветров уменьшается.

Взаимодействие барического максимума, расположенного вблизи полюса с областью низкого давления, на 60-й параллели, приводит к возникновению еще одного кольцевого потока, переносящего воздух с востока на запад в приполярных районах. Воздух на высотах более 6 км здесь движется в противоположном направлении.

Вблизи экватора воздух поднимается до тропопаузы и вблизи нее движется к 30 м параллелям, где вновь опускается к поверхности океана и возвращается к экватору. Подобные циркуляционные ячейки, расположенные в тропосфере над обоими полушариями, называются ячейками Гадлея (Хэдли). На рисунке 1 они залиты желтым цветом.

Аналогичные тропосферные ячейки существуют и в тропосфере над приполярными регионами. В них воздух над полюсами опускается до поверхности океана и движется к 60-й параллели, где вновь поднимается до тропопаузы и возвращается к полюсу. Эти тропосферные потоки воздуха называются ячейками Ферлея.

Кроме них имеются также ячейки тропосферно-сторатосферные. В них воздух от поверхности океана у 60-х параллелей обоих полушарий поднимается к тропопаузе, вдоль нее, движется к полюсам, над ними поднимается в стратосферу и там движется к экватору. У экватора он возвращается к тропопаузе и вдоль нее движется к 30 параллелям. Там воздух опускается к поверхности океана и вдоль нее движется к 60м параллелям. Именно благодаря им происходит обмен воздуха между тропосферой и стратосферой.

Вид сверху на циркумполярные потоки воздуха в тропосфере над Северным полушарием показан на рисунке 2.

На рисунке 2 красным цветом показан пояс пассатов, желтым и синим пояс западных ветров, а белым зона приполярной циркуляции. Поскольку между отдельными циркуляционными областями постоянно происходит обмен воздухом, то и общая циркуляция атмосферы обусловливает крупномасштабный круговорот тепла на всем земном шаре.

 

Рисунок 2. Структура глобальной циркуляции воздуха тропосферы в Северном полушарии. Вид с северного полюса.

А. Гирс показал, что фактическая структура этого процесса в каждый момент времени может отличаться от рассмотренной. Структура этих воздушных потоков, показанная на рисунках 1 и 2, может быть получена лишь в результате усреднения мгновенных их структур за весьма большие отрезки времени. Каждая мгновенная структура представляет собой сумму трех составляющих : западной (W), восточной (Е) и меридиональной (С). Процессы западной формы (W) характеризуются развитием зональных составляющих циркуляции. Для процессов формы Е и С типично развитие меридиональных форм циркуляции.

Было установлено, что наиболее четкую зональность имеют ветры в приэкваториальной зоне, где в северном полушарии зимой и летом преобладают пассаты, которые наиболее четко выражены над Тихим океаном. Пояса пассатов смещаются к полюсам в летние месяцы и приближаются к экватору в зимние. В Северном и Южном полушарии эти движения происходят противофазно.