Orsaker till anticykloner

Uppkomsten och utvecklingen av anticykloner är förknippad med utvecklingen av cykloner. Detta enda process. I ett område finns det underskott luftmassa, och i det angränsande området skapas den överskott luftmassa - som ett resultat uppstår en cyklon och en anticyklon.

Icke-frontala (termiska) anticykloner relativt små i storlek visas ovanför den kylda underliggande ytan. Över land sådana anticyklonformationer i sommar kan bara ske på natten. på vintern lokala anticykloner över land kan existera under ganska lång tid, och med en viss struktur av det termobariska fältet kan de förvandlas till utvecklade anticykloner.

Tillgängliga distrikt där lokalbefolkningen är anticykloner förekommer särskilt ofta. Ett av dessa områden är Kolahalvön. I detta område värms relativt kall luft som kommer in i cyklonens baksida upp i ytskiktet när den rör sig över Barentshavets frysfria yta. Den efterföljande rörelsen av sådan luft över den kalla underliggande ytan Kolahalvön leder till dess snabba kylning, tryckökning och bildandet av en sluten anticyklonisk isobar.

Frontala anticykloner. Dessa inkluderar anticykloner, vars uppkomst och utveckling är associerad med frontalzoner på hög höjd.

Frontlinjen kan inte passera genom anticyklonens centrum. Luft strömmar ut i alla riktningar från anticyklonens centrum, vilket eliminerar möjligheten till konvergens och interaktion mellan olika luftmassor nära dess centrum. Frontlinjen löper längs anticyklonens kant längs en linje ungefär vinkelrät mot åsens axel (fig. 3.2).

Fig.3.2. Layout av den atmosfäriska fronten i anticyklonen

Ovanför gränsskiktet kan frontskiktet ibland vara beläget i den centrala delen av anticyklonen. Mer karakteristiskt för anticykloner är dock bildandet av inversionsskikt, som kan ha olika ursprung.

Ytvändningsskikt uppstår på grund av kylningen av luftens ytskikt från den underliggande ytan (Fig. 3.3).

I de centrala delarna av anticykloner i klart väder och svaga vindar de mest gynnsamma förhållandena för strålningskylning av den underliggande ytan på natten och bildandet av ett ytinversionsskikt. Tjockleken på detta lager är flera tiotals meter, och det kollapsar snabbt under dagtid under inverkan av uppvärmning av den underliggande ytan och utvecklingen av konvektiv och turbulent blandning. Dock i vinterperiodöver kontinenterna kan den strålande kylningen fortsätta under dagtid, vilket resulterar i bildandet av ett stabilt temperaturinversionsskikt upp till en höjd av 1 – 2 km och högre.

Figur 3.3. Ytvändningsskikt

Inversionsskikt inuti gränsskiktet bildas på en viss höjd (tiotals - hundratals meter) från jordytan som ett resultat av förstörelsen av ytinversionen i dess nedre del (fig. 3.4).

Figur 3.4. Inversioner inom gränsskiktet

Sådana inversionsskikt kan bildas på en viss höjd från jordytan vid betydande vindhastigheter i en varm, stabil luftmassa. Stratus- eller stratocumulusmoln bildas vanligtvis under sådana inversionsskikt.

Sänkningsinversioner bildas i anticykloner, där luftens nedåtgående rörelser och dess horisontella spridning leder till en temperaturökning i ett visst lager och bildandet av en inversion (fig. 3.5).

Fig.3.5. Sänkningsinversion

Mellanliggande anticykloner bildas av bariska åsar mellan två angränsande cykloner (fig. 3.6).

Slutna anticyklonisobarer bildas i dessa åsar. Anticykloner av denna lera bildas sällan.

Ris. 3.6. Schema för bildandet av en mellanliggande anticyklon.

Slutliga anticyklonerär huvudtypen av frontala anticykloner. De bildas bakom kallfronten av den sista cyklonen i en cyklonfamilj. Bildandet av den slutliga anticyklonen avbryts cyklogenesprocess på denna gren av huvudfronten.

Den slutliga anticyklonen utvecklas i närvaro av två långsamtgående centrala cykloner bildade på en atmosfärisk front, på vilka en grund cyklon bildas (fig. 3.7).

Vid havsnivå och med lämplig vindfördelning. Till skillnad från en cyklon cirkulerar vinden på norra halvklotet medurs och i Södra halvklotet- omvänt.

I en låg anticyklon - kall förblir isobarerna stängda endast i de lägsta lagren av troposfären (upp till 1,5 km), och i mitten av troposfären upptäcks inte ökat tryck alls; Det är också möjligt att det finns en höghöjdscyklon ovanför en sådan anticyklon.

En hög anticyklon är varm och upprätthåller slutna isobarer med anticykloncirkulation även i den övre troposfären. Ibland är en anticyklon multicenter. Luften i en anticyklon på norra halvklotet rör sig runt mitten medurs (det vill säga avvikande från tryckgradienten till höger), på södra halvklotet - moturs.

En anticyklon kännetecknas av övervägande klart eller delvis molnigt väder. På grund av luftkylning från jordens yta under den kalla årstiden och på natten i anticyklonen är bildningen av ytinversioner och låga stratusmoln (St) och dimma möjlig. På sommaren är måttlig konvektion under dagtid med bildning av cumulusmoln möjlig över land. Konvektion med bildandet av cumulusmoln observeras också i passadvindarna på ekvatorns periferi av subtropiska anticykloner. När en anticyklon stabiliseras på låga breddgrader uppstår kraftfulla, höga och varma subtropiska anticykloner.

Stabilisering av anticykloner sker även i mitten och polära breddgraderÅh. Höga, långsamma anticykloner som stör den allmänna västliga transporten av medelbreddgrader kallas blockerande.

Synonymer: högtrycksområde, område högt blodtryck, bariskt maximum.

Anticykloner når en storlek på flera tusen kilometer i diameter. I mitten av anticyklonen är trycket vanligtvis 1020-1030 mbar, men kan nå 1070-1080 mbar. Liksom cykloner rör sig anticykloner i riktning mot den allmänna lufttransporten i troposfären, det vill säga från väst till öst, medan de avviker mot låga breddgrader. Den genomsnittliga rörelsehastigheten för anticyklonen är cirka 30 km/h på norra halvklotet och cirka 40 km/h på södra halvklotet, men ofta antar anticyklonen ett stillasittande tillstånd under lång tid.

Tecken på en anticyklon:

• Klart eller delvis molnigt väder
• Vindstilla
• Ingen nederbörd
• Stabilt vädermönster (förändras inte märkbart över tiden så länge som anticyklonen finns)

På sommaren ger anticyklonen varmt, delvis molnigt väder, vilket kan resultera i skogsbränder, vilket leder till att det bildas kraftig smog. På vintern ger anticyklonen svår frost, och ibland är frostig dimma också möjlig.

Stadier av utveckling av anticykloner[ | ]

Inledande skede av anticyklonutveckling[ | ]

I inledande skede utveckling är ytanticyklonen placerad under den bakre delen av höghöjdstryckrännan och tryckåsen på höjder förskjuts till den bakre delen i förhållande till yttryckscentrumet. Ovanför anticyklonens ytcentrum i den mellersta troposfären finns ett tätt system av konvergerande isohypser. Vindhastigheterna ovanför anticyklonens yta och något till höger i mitten av troposfären når 70-80 km/h. Det termobariska fältet gynnar den fortsatta utvecklingen av anticyklonen.

Vid sådana hastigheter, i området för konvergens av luftströmmar, uppstår en betydande avvikelse av vinden från gradienten (det vill säga rörelsen blir ostadig). Nedåtgående luftrörelser utvecklas, trycket ökar, vilket resulterar i att anticyklonen intensifieras.

På en ytväderkarta är en anticyklon skisserad av en enda isobar. Tryckskillnaden mellan anticyklonens centrum och periferi är 5-10 mb. På en höjd av 1-2 km upptäcks inte den anticykloniska virveln. Området med dynamisk trycktillväxt, orsakad av konvergensen av isohypser, sträcker sig till hela utrymmet som ockuperas av ytanticyklonen.

Ytcentrum av anticyklonen är belägen nästan under värmetråget. De genomsnittliga skikttemperaturisotermerna i den främre delen i förhållande till anticyklonens ytcentrum avviker från isohypserna till vänster, vilket motsvarar kall advektion i den nedre troposfären. I den bakre delen i förhållande till ytans centrum finns en termisk ås, och värmeadvektion observeras.

En advektiv (termisk) tryckökning vid jordytan täcker den främre delen av anticyklonen, där kall advektion är särskilt märkbar. I den bakre delen av anticyklonen, där värmeadvektion äger rum, observeras ett advektivt tryckfall. Nolladvektionslinjen som passerar genom åsen delar VFZ-ingångsområdet i två delar: den främre delen, där kall advektion äger rum (advektiv tryckökning), och den bakre delen, där värmeadvektion äger rum (advektivt tryckfall).

Således täcker området för trycktillväxt totalt de centrala och främre delarna av anticyklonen. Den största ökningen av trycket på jordens yta (där områdena med advektiv och dynamisk trycktillväxt sammanfaller) observeras i den främre delen av anticyklonen. I den bakre delen, där den dynamiska tillväxten överlagras den advektiva nedgången (värmeadvektion), kommer den totala värmetillväxten vid jordens yta att försvagas. Så länge området med betydande dynamisk trycktillväxt upptar den centrala delen av ytanticyklonen, där den advektiva tryckförändringen är noll, kommer den resulterande anticyklonen att intensifieras.

Så, som ett resultat av den ökande dynamiska ökningen av trycket i den främre delen av VFZ-ingången, deformeras det termobariska fältet, vilket leder till bildandet av en ås på hög höjd. Under denna ås nära jorden tar den form oberoende centrum anticyklon. På höjder där en ökning av temperaturen orsakar en ökning av trycket, skiftar området för trycktillväxt till den bakre delen av anticyklonen, mot området med ökande temperatur.

Ungt anticyklonsteg[ | ]

Termobariskt fält av den unga anticyklonen i översikt motsvarar strukturen i det föregående steget: tryckåsen på höjder i förhållande till anticyklonens ytcentrum är märkbart förskjuten till den bakre delen av anticyklonen, och ett trycktråg är placerat ovanför dess främre del.

Anticyklonens centrum vid jordens yta är beläget under den främre delen av tryckryggen i zonen med störst koncentration av isohypser som konvergerar längs flödet, vars anticykloniska krökning minskar längs flödet. Med denna isohypsumstruktur är förutsättningarna för ytterligare förstärkning av anticyklonen mest gynnsamma.

Konvergensen av isohypser över den främre delen av anticyklonen gynnar en dynamisk tryckökning. Även här observeras kall advektion, vilket också gynnar advektiv trycktillväxt.

Värmeadvektion observeras i den bakre delen av anticyklonen. En anticyklon är en termiskt asymmetrisk tryckformation. Termoåsen ligger något bakom tryckåsen. Linjerna med noll advektiva och dynamiska tryckförändringar börjar i detta skede att konvergera.

Anticyklonen förstärks nära jordens yta - den har flera slutna isobarer. Anticyklonen försvinner snabbt med höjden. Vanligtvis, i det andra utvecklingsstadiet, spåras inte det slutna centret ovanför AT700-ytan.

Stadiet av en ung anticyklon slutar med dess övergång till stadiet för maximal utveckling.

Stadium för maximal utveckling av anticyklonen[ | ]

En anticyklon är en kraftfull barisk formation med högt tryck i ytans centrum och ett divergerande system av ytvindar. När den utvecklas sprider sig virvelstrukturen högre och högre. På höjder över ytans centrum finns fortfarande ett tätt system av konvergerande isohypser med starka vindar och betydande temperaturgradienter.

I de nedre skikten av troposfären finns fortfarande anticyklonen i de kalla luftmassorna. Men när anticyklonen fylls med homogen varm luft på höjden uppstår ett slutet högtryckscentrum. Linjerna med noll advektiva och dynamiska tryckförändringar passerar genom den centrala delen av anticyklonen. Detta indikerar att den dynamiska ökningen av trycket i mitten av anticyklonen har upphört, och området med den största tryckökningen har flyttat till sin periferi. Från detta ögonblick börjar anticyklonen att försvagas.

Anticyklonförstörelsestadiet[ | ]

I det fjärde utvecklingsstadiet är anticyklonen en högtrycksformation med en kvasivertikal axel. Slutna högtryckscentra kan spåras på alla nivåer av troposfären koordinaterna för höjdcentrumet sammanfaller praktiskt taget med koordinaterna för mitten nära jorden.

Sedan anticyklonen intensifieras har lufttemperaturen på höjden ökat. I anticyklonsystemet sjunker luften, och följaktligen komprimeras den och värms upp. I den bakre delen av anticyklonen kommer varm luft in i dess system (värmeadvektion). Som ett resultat av den pågående advektionen av värme och adiabatisk uppvärmning av luften fylls anticyklonen med homogen varm luft, och området med största horisontella temperaturkontraster flyttas till periferin. Ovanför markcentrum finns en värmekälla.

Anticyklonen blir en termiskt symmetrisk barisk formation. Enligt minskningen av horisontella gradienter i troposfärens termobariska fält försvagas advektiva och dynamiska tryckförändringar i anticyklonområdet avsevärt.

På grund av divergensen av luftströmmar i atmosfärens ytskikt minskar trycket i anticyklonsystemet, och det kollapsar gradvis, vilket är mer märkbart i det inledande skedet av förstörelse nära jordens yta.

Några funktioner i utvecklingen av anticykloner[ | ]

Utvecklingen av cykloner och anticykloner skiljer sig avsevärt när det gäller deformation av det termobariska fältet. Uppkomsten och utvecklingen av en cyklon åtföljs av uppkomsten och utvecklingen av ett termiskt tråg, och en anticyklon åtföljs av uppkomsten och utvecklingen av en termisk ås.

De sista stadierna av utvecklingen av bariska formationer kännetecknas av kombinationen av tryck och termiska centra, isohypserna blir nästan parallella, ett slutet centrum kan spåras på höjder, och koordinaterna för höghöjds- och ytcentrumen sammanfaller praktiskt taget och kombineras (de talar om kvasi-vertikaliteten hos den bariska formationens höjdaxel). Deformationsskillnader i det termobariska fältet under bildandet och utvecklingen av en cyklon och en anticyklon leder till att cyklonen gradvis fylls med kall luft och anticyklonen med varm luft.

Inte alla framväxande cykloner och anticykloner går igenom fyra utvecklingsstadier. I varje enskilt fall kan vissa avvikelser från den klassiska utvecklingsbilden förekomma.

Ofta har bariska formationer som uppstår nära jordens yta inte förutsättningar för vidare utveckling och kan försvinna redan i början av sin existens. Å andra sidan finns det situationer när en gammal ruttnande barisk formation återupplivas och aktiveras. Denna process kallas regenerering av tryckformationer.

Men om olika cykloner har en mer bestämd likhet i utvecklingsstadierna, så har anticykloner, jämfört med cykloner, mycket stora skillnader i utveckling och form. Anticykloner uppträder ofta som tröga och passiva system som fyller utrymmet mellan mycket mer aktiva cyklonsystem. Ibland kan en anticyklon nå betydande intensitet, men sådan utveckling är mest förknippad med cyklonutveckling i närliggande områden.

Med tanke på strukturen och allmänt beteende anticykloner, kan vi dela in dem i följande klasser (enligt S.P. Khromov).

• Mellanliggande anticykloner - dessa är snabbt rörliga områden med högt tryck mellan enskilda cykloner av samma serie, som uppstår på samma huvudfront - har för det mesta formen av åsar utan slutna isobarer, eller med slutna isobarer i horisontella dimensioner av samma ordning som rörliga cykloner. De utvecklas i kall luft.

• Slutliga anticykloner - avslutar utvecklingen av en serie cykloner som uppstår på samma huvudfront. De utvecklas även inom kall luft, men har vanligtvis flera slutna isobarer och kan ha betydande horisontella dimensioner. När de utvecklas tenderar de att få ett stillasittande tillstånd.

• Stationära anticykloner av tempererade breddgrader, det vill säga länge existerande långsamma anticykloner i Arktis eller polarluften, vars horisontella dimensioner ibland är jämförbara med en betydande del av kontinenten. Vanligtvis är dessa vinteranticykloner över kontinenter och är främst resultatet av utvecklingen av anticykloner av den andra typen (mindre ofta - den första).

• Subtropiska anticykloner är långvariga, lågt rörliga anticykloner som observeras över oceaniska ytor. Dessa anticykloner intensifieras periodvis av intrång från polarluftens tempererade breddgrader med rörliga slutliga anticykloner. I varma årstiden subtropiska anticykloner är tydligt synliga på genomsnittliga månadskartor endast över haven (suddiga områden med lågtryck finns över kontinenterna). I kalla årstiden subtropiska anticykloner tenderar att smälta samman med kalla anticykloner över kontinenter.

• Arktiska anticykloner är mer eller mindre stabila områden med högt tryck i den arktiska bassängen. De är kalla, så deras vertikala kraft är begränsad lägre troposfären. I den övre delen av troposfären ersätts de av en polär fördjupning. Vid förekomsten av arktiska anticykloner spelar kylning från den underliggande ytan en viktig roll, det vill säga de är lokala anticykloner.

Höjden som anticyklonen sträcker sig till beror på temperaturförhållandena i troposfären.

Mobila och slutliga anticykloner har låga temperaturer i atmosfärens nedre skikt och temperaturasymmetri i de övre skikten. De tillhör medel- eller lågtrycksformationer.

Höjden på stationära anticykloner på tempererade breddgrader ökar när de stabiliseras, åtföljd av atmosfärisk uppvärmning. Oftast är dessa höga anticykloner, med slutna isohypser i den övre troposfären. Vinteranticykloner över mycket kallt land, som Sibirien, kan vara låga eller medelstora, eftersom de nedre skikten av troposfären är väldigt svala där.

Subtropiska anticykloner är höga - troposfären i dem är varm.

Arktiska anticykloner, som huvudsakligen är termiska, är låga.

Ofta skapar högvarma och långsamt rörliga anticykloner som utvecklas på medelbreddgrader makroskaliga störningar av zontransport under lång tid (ungefär en vecka eller mer) och avviker från den väst-östliga riktningen för mobila cykloner och anticykloner. Sådana anticykloner kallas blockerande anticykloner. Centralcykloner bestämmer tillsammans med blockerande anticykloner huvudströmmarnas riktning allmän cirkulation i troposfären.

Höga och varma anticykloner och kalla cykloner är centra för värme och kyla i troposfären. I områden mellan dessa utbrott skapas nya. frontalzoner, temperaturkontraster intensifieras och atmosfäriska virvlar uppstår igen, som går igenom samma livscykel.

P. MANTASHYAN.

Vi fortsätter att publicera tidskriftsversionen av P. N. Mantashyans artikel "Vortex: from the molecule to the Galaxy" (se "Science and Life No."). vi kommer att prata om tornados och tornados - naturliga formationer enorm destruktiv kraft, vars mekanism ännu inte är helt klarlagd.

Vetenskap och liv // Illustrationer

Vetenskap och liv // Illustrationer

En teckning från en bok av den amerikanske fysikern Benjamin Franklin, som förklarar mekanismen för tornados.

Spirit-rovern upptäckte att tornados uppstår i Mars tunna atmosfär och fotograferade dem. Foto från NASAs hemsida.

Jättetromber och tornados som uppstår på slätterna i södra USA och Kina är ett formidabelt och mycket farligt fenomen.

Vetenskap och liv // Illustrationer

En tromb kan nå en kilometer i höjd och vila sin spets på åskmoln.

En tromb till havs lyfter och drar in tiotals ton vatten tillsammans med marint liv och kan krossa och sänka ett litet fartyg. Under segelfartygens era försökte de förstöra en tromb genom att skjuta på den från kanoner.

Bilden visar tydligt att tromben roterar och vrider luft, damm och regnvatten till en spiral.

Staden Kansas City, förvandlades till ruiner av en kraftfull tromb.

Krafter som verkar på en tyfon i passadvinden.

Amperes lag.

Coriolis tvingar på en skivspelare.

Magnus effekt på bordet och i luften.

Vortex luftrörelse observeras inte bara i tyfoner. Det finns virvlar större än en tyfon - dessa är cykloner och anticykloner, de största luftvirvlarna på planeten. Deras storlekar överstiger avsevärt storleken på tyfoner och kan nå mer än tusen kilometer i diameter. På sätt och vis är dessa antipodalvirvlar: de har nästan allt tvärtom. Cykloner på norra och södra halvklotet roterar i samma riktning som tyfonerna på dessa halvklot, och anticykloner roterar i motsatt riktning. En cyklon för med sig dåligt väder åtföljt av nederbörd, medan en anticyklon tvärtom ger klart, soligt väder. Formationsschemat för en cyklon är ganska enkelt - allt börjar med växelverkan mellan kalla och varma atmosfäriska fronter. I det här fallet tränger en del av den varma atmosfäriska fronten in i den kalla i form av en slags atmosfärisk "tunga", som ett resultat av vilken varm luft, lättare, börjar stiga, och samtidigt uppstår två processer. För det första börjar vattenångamolekyler, under påverkan av jordens magnetfält, att rotera och involvera all stigande luft i rotationsrörelsen och bildar en gigantisk luftvirvel (se "Vetenskap och liv" nr.). För det andra kyls den varma luften ovanför, och vattenångan i den kondenseras till moln, som faller som nederbörd i form av regn, hagel eller snö. En sådan cyklon kan förstöra vädret under en period av flera dagar till två till tre veckor. Dess "livsaktivitet" stöds av ankomsten av nya delar av fuktig varm luft och dess interaktion med den kalla luftfronten.

Anticykloner är förknippade med sänkning av luftmassor, som är adiabatiskt, det vill säga utan värmeväxling med miljö, värms upp, deras relativa luftfuktighet sjunker, vilket leder till avdunstning av befintliga moln. Samtidigt, på grund av växelverkan mellan vattenmolekyler och jordens magnetfält, sker anticyklonisk rotation av luften: på norra halvklotet - medurs, på södra halvklotet - moturs. Anticykloner för med sig stabilt väder under en period av flera dagar till två till tre veckor.

Uppenbarligen är bildningsmekanismerna för cykloner, anticykloner och tyfoner identiska, och den specifika energiintensiteten (energi per massenhet) för tyfoner är mycket större än för cykloner och anticykloner, bara på grund av den högre temperaturen hos luftmassor som värms upp av solstrålning .

TOrnados

Av alla virvlar som bildas i naturen är de mest mystiska tornados faktiskt, de är en del av ett åskmoln. Till en början, i det första skedet av en tornado, är rotation endast synlig i den nedre delen av åskmolnet. Sedan hänger en del av detta moln ner i form av en gigantisk tratt, som blir allt längre och slutligen når jordens eller vattnets yta. Där uppenbarar sig liksom en gigantisk stam hängande i ett moln, som består av inre hålighet och väggar. Höjden på en tromb sträcker sig från hundratals meter till en kilometer och är vanligtvis lika med avståndet från molnets botten till jordens yta. En karakteristisk egenskap hos den inre kaviteten är det reducerade trycket av luften i den. Denna egenskap hos en tornado leder till att trombens hålighet fungerar som en slags pump, som kan dra in en enorm mängd vatten från havet eller sjön, tillsammans med djur och växter, transportera dem över avsevärda avstånd och kasta dem ner tillsammans med regnet. En tornado kan bära ganska stora laster - bilar, vagnar, små fartyg, små byggnader och ibland även med människor i dem. Tromben har en gigantisk destruktiv kraft. När det kommer i kontakt med byggnader, broar, kraftledningar och annan infrastruktur orsakar det enorm förstörelse.

Tornado har en maximal specifik energiintensitet, som är proportionell mot kvadraten på hastigheten på virvelluftflödena. Enligt meteorologisk klassificering, när vindhastigheten i en sluten virvel inte överstiger 17 m/s, kallas det en tropisk depression, men om vindhastigheten inte överstiger 33 m/s är det en tropisk storm, och om vindhastigheten inte överstiger 33 m/s vindhastigheten är 34 m/s och över, då är detta redan en tyfon. I kraftiga tyfoner kan vindhastigheterna överstiga 60 m/s. I en tornado kan lufthastigheten enligt olika författare nå från 100 till 200 m/s (vissa författare pekar på överljudslufthastighet i en tornado - över 340 m/s). Direkta mätningar av luftflödenas hastighet i tornados är praktiskt taget omöjliga på nuvarande nivå av teknisk utveckling. Alla enheter som är utformade för att registrera parametrarna för en tornado bryts skoningslöst av dem vid den första kontakten. Flödeshastigheten i tornados bedöms av indirekta tecken, främst av förstörelsen de producerar eller av vikten av de laster de bär. Förutom, utmärkande drag klassisk tornado - närvaron av ett utvecklat åskmoln, ett slags elektriskt batteri som ökar tornadons specifika energiintensitet. För att förstå mekanismen för uppkomsten och utvecklingen av en tornado, låt oss först överväga strukturen hos ett åskmoln.

STORM MOLN

I ett typiskt åskmoln är toppen positivt laddad och basen negativt laddad. Det vill säga en gigantisk elektrisk kondensator som är många kilometer stor svävar i luften, uppburen av stigande strömmar. Närvaron av en sådan kondensator leder till det faktum att på jordens eller vattnets yta över vilken molnet ligger, uppträder dess elektriska spår - en inducerad elektrisk laddning som har ett tecken som är motsatt tecknet för laddningen av basen molnet, det vill säga jordens yta kommer att vara positivt laddad.

Förresten, experimentet med att skapa en inducerad elektrisk laddning kan utföras hemma. Lägg små pappersbitar på bordets yta, kamma torrt hår med en plastkam och för kammen närmare de stänkta pappersbitarna. Alla, tittar upp från bordet, kommer att rusa till kammen och hålla sig till den. Resultatet av detta enkla experiment kan förklaras mycket enkelt. Kammen fick en elektrisk laddning till följd av friktion med håret, och på papperslappen framkallar den en laddning av motsatt tecken, vilket drar pappersbitarna till kammen i full överensstämmelse med Coulombs lag.

Nära basen av ett utvecklat åskmoln finns ett kraftfullt uppåtriktat flöde av luft mättad med fukt. Förutom dipolvattenmolekyler, som börjar rotera i jordens magnetfält, överför momentum till neutrala luftmolekyler, drar dem till rotation, finns det positiva joner och fria elektroner i det uppåtgående flödet. De kan bildas som ett resultat av solstrålningens inverkan på molekyler, den naturliga radioaktiva bakgrunden i området och, i fallet med ett åskmoln, på grund av energin från det elektriska fältet mellan åskmolnets bas och marken ( kom ihåg den inducerade elektriska laddningen!). Förresten, på grund av den inducerade positiva laddningen på jordens yta, överstiger antalet positiva joner i flödet av stigande luft betydligt antalet negativa joner. Alla dessa laddade partiklar, under påverkan av det stigande luftflödet, rusar till basen av åskmolnet. Dock är de vertikala hastigheterna för positiva och negativa partiklar i ett elektriskt fält olika. Fältstyrkan kan uppskattas av potentialskillnaden mellan molnets bas och jordens yta - enligt forskarnas mätningar är det flera tiotals miljoner volt, som med en höjd av åskmolnets bas på en till två kilometer, ger en elektrisk fältstyrka på tiotusentals volt per meter. Detta fält kommer att accelerera positiva joner och fördröja negativa joner och elektroner. Därför kommer fler positiva laddningar per tidsenhet att passera genom tvärsnittet av det uppåtgående flödet än negativa. Med andra ord, mellan jordens yta och molnets bas kommer det att finnas elektricitet, även om det vore mer korrekt att tala om ett stort antal elementära strömmar som förbinder jordytan med molnets bas. Alla dessa strömmar är parallella och flyter i samma riktning.

Det är tydligt att de, enligt Amperes lag, kommer att interagera med varandra, nämligen attrahera. Från fysikens gång är det känt att kraften för ömsesidig attraktion per längdenhet av två ledare med elektriska strömmar som flyter i samma riktning är direkt proportionell mot produkten av krafterna från dessa strömmar och omvänt proportionell mot avståndet mellan ledarna.

Attraktionen mellan två elektriska ledare beror på Lorentz-krafter. Elektronerna som rör sig inuti varje ledare påverkas av magnetfältet som skapas av den elektriska strömmen i den intilliggande ledaren. De påverkas av Lorentz-kraften, riktade längs en rät linje som förbinder ledarnas centra. Men för att kraften av ömsesidig attraktion ska uppstå är närvaron av ledare helt onödig - själva strömmarna är tillräckliga. Till exempel repellerar två vilande partiklar som har samma elektriska laddning varandra enligt Coulombs lag, men samma partiklar som rör sig i samma riktning attraheras tills attraktionskrafterna och repulsionen balanserar varandra. Det är lätt att se att avståndet mellan partiklarna i jämviktsläget bara beror på deras hastighet.

På grund av den ömsesidiga attraktionen av elektriska strömmar rusar laddade partiklar till mitten av åskmolnet, interagerar med elektriskt neutrala molekyler längs vägen och flyttar dem även till åskmolnets centrum. Tvärsnittsarean för det stigande flödet kommer att minska med flera gånger, och eftersom flödet roterar, enligt lagen om bevarande av vinkelmoment, kommer dess vinkelhastighet att öka. Samma sak kommer att hända med det uppåtgående flödet som för en konståkare som snurrar på isen med armarna utsträckta och pressar dem mot kroppen, vilket gör att hennes rotationshastighet ökar kraftigt (ett läroboksexempel från fysikläroböcker som vi kan se på TV!). En sådan kraftig ökning av luftrotationshastigheten i en tornado med en samtidig minskning av dess diameter kommer att leda till en motsvarande ökning av den linjära vindhastigheten, som, som nämnts ovan, till och med kan överstiga ljudhastigheten.

Det är närvaron av ett åskmoln, vars elektriska fält separerar laddade partiklar med tecken, som leder till att luftflödenas hastigheter i en tornado överstiger luftflödenas hastigheter i en tyfon. Bildligt talat fungerar ett åskmoln som en slags "elektrisk lins", i vars fokus energin från ett uppåtriktat flöde av fuktig luft koncentreras, vilket leder till bildandet av en tornado.

SMÅ VIRKEL

Det finns också virvlar, vars bildningsmekanism inte på något sätt är kopplad till rotationen av en dipolvattenmolekyl i ett magnetfält. De vanligaste bland dem är dammdjävlar. De bildas i öken, stäpp och bergsområden. I storlek är de sämre än klassiska tornados, deras höjd är cirka 100-150 meter, och deras diameter är flera meter. Att skapa dammjäklar ett nödvändigt villkorär en öken, väl uppvärmd slätt. När den väl har bildats existerar en sådan virvel under ganska kort tid, 10-20 minuter, hela denna tid rör sig under påverkan av vinden. Trots det faktum att ökenluften praktiskt taget inte innehåller någon fukt, säkerställs dess rotationsrörelse genom interaktionen av elementära laddningar med jordens magnetfält. Över en slätt, starkt uppvärmd av solen, uppstår ett kraftigt uppåtgående luftflöde, vars en del av molekylerna, under inverkan av solstrålningen och särskilt dess ultravioletta del, joniseras. Solstrålningsfotoner slår ut elektroner från luftatomernas yttre elektronskal och bildar par av positiva joner och fria elektroner. På grund av det faktum att elektroner och positiva joner har signifikant olika massor med lika laddningar, är deras bidrag till skapandet av rörelsemängd hos virveln annorlunda och rotationsriktningen för dammvirveln bestäms av de positiva jonernas rotationsriktning . En sådan roterande kolonn av torr luft, när den rör sig, lyfter damm, sand och små stenar från öknen, som i sig inte spelar någon roll i mekanismen för att bilda dammvirvel, utan fungerar som en slags indikator på luftrotation.

Luftvirvlar, ett ganska sällsynt naturfenomen, beskrivs också i litteraturen. De dyker upp under varma tider på dygnet på stranden av floder eller sjöar. Livslängden för sådana virvlar är kort de dyker upp oväntat och försvinner lika plötsligt. Tydligen bidrar både vattenmolekyler och joner som bildas i varm och fuktig luft på grund av solstrålning till deras skapelse.

Mycket farligare är vattenvirvlar, vars bildningsmekanism är liknande. Beskrivningen har bevarats: ”I juli 1949 i delstaten Washington, en varm solig dag under en molnfri himmel, hög pelare från vattenstänk. Den fanns bara i några minuter, men hade betydande lyftkraft. När han närmade sig flodstranden lyfte han en ganska tung motorbåt, cirka fyra meter lång, bar den flera tiotals meter och slog i marken och bröt den i bitar. Vattenvirvlar är vanligast där vattenytan värms upp kraftigt av solen - i tropiska och subtropiska zoner."

Virvlande luftflöden kan uppstå vid stora bränder. Sådana fall beskrivs i litteraturen vi presenterar ett av dem. "År 1840 röjdes skogar för åkrar i USA. En enorm mängd busk, grenar och träd dumpades i en stor glänta. De sattes i brand. Efter en tid drogs lågorna från enskilda bränder samman och bildade en eldpelare, bred i botten, pekade på toppen, 50 - 60 meter hög. Ännu högre gav elden vika för rök som gick högt upp i skyn. Eld- och rökvirvelvinden roterade med otrolig hastighet. Det majestätiska och skrämmande skådespelet ackompanjerades av högt ljud, som påminner om åska. Virvelvindens kraft var så stor att den lyfte upp stora träd i luften och kastade dem åt sidan.”

Låt oss överväga utbildningsprocessen brand tornado. När ved brinner frigörs värme, som delvis omvandlas till kinetisk energi från det stigande flödet av uppvärmd luft. Men under förbränning sker en annan process - jonisering av luft och förbränningsprodukter.

bränsle. Och även om uppvärmda luft- och bränsleförbränningsprodukter i allmänhet är elektriskt neutrala, bildas positivt laddade joner och fria elektroner i lågan. Rörelsen av joniserad luft i jordens magnetfält kommer oundvikligen att leda till bildandet av en brandtornado.

Jag skulle vilja notera det virvelrörelse luftföroreningar uppstår inte bara vid stora bränder. I sin bok "Tornados" ställer D.V. Nalivkin frågorna: "Vi har redan pratat mer än en gång om mysterierna förknippade med smådimensionella virvlar, försökt förstå varför alla virvlar roterar? Andra frågor dyker också upp. Varför, när halm brinner, stiger den uppvärmda luften inte i en rak linje, utan i en spiral och börjar virvla. Varm luft beter sig på samma sätt i öknen. Varför går det inte bara upp utan damm? Samma sak händer med vattenspray och stänk när varm luft forsar över vattenytan."

Det finns virvlar som uppstår under vulkanutbrott till exempel, de observerades över Vesuvius. I litteraturen kallas de för askvirvlar - askmoln som bryter ut av en vulkan deltar i virvelrörelsen. Mekanismen för bildandet av sådana virvlar liknar i allmänna termer mekanismen för bildandet av brandtornador.

Låt oss nu se vilka krafter som verkar på tyfoner i vår jords turbulenta atmosfär.

CORIOLIS KRAFT

En kropp som rör sig i en roterande referensram, till exempel på ytan av en roterande skiva eller kula, utsätts för en tröghetskraft som kallas Corioliskraften. Denna kraft bestäms av vektorprodukten (numreringen av formler börjar i den första delen av artikeln)

F K =2M[ VΩ], (20)

Var M- kroppsmassa; V är kroppshastighetsvektorn; Ω - vektor för vinkelhastighet för rotation av referenssystemet, i fallet klot- vinkelhastigheten för jordens rotation, och [VΩ] - deras vektorprodukt, som i skalär form ser ut så här:

Fl = 2M | V | | Ω | sin α, där α är vinkeln mellan vektorerna.

Hastigheten hos en kropp som rör sig på jordklotet kan delas upp i två komponenter. En av dem ligger i ett plan som tangerar bollen vid den punkt där kroppen är belägen, med andra ord, den horisontella komponenten av hastigheten: den andra, vertikala komponenten är vinkelrät mot detta plan. Corioliskraften som verkar på en kropp är proportionell mot sinus för den geografiska latituden för dess plats. En kropp som rör sig längs en meridian i valfri riktning på norra halvklotet är föremål för Corioliskraften riktad åt höger i sin rörelse. Det är denna kraft som får flodernas högra strand att skölja bort Norra halvklotet, oavsett om de flyter norrut eller söderut. På södra halvklotet riktas samma kraft åt vänster i rörelse och floder som flyter i meridionalriktningen sköljer bort de vänstra stränderna. I geografi kallas detta fenomen för Beers lag. När flodbädden inte sammanfaller med meridionalriktningen kommer Corioliskraften att vara mindre med cosinus för vinkeln mellan flodflödets riktning och meridianen.

Nästan alla studier som ägnas åt bildandet av tyfoner, tornados, cykloner och alla typer av virvlar, såväl som deras fortsatta rörelse, indikerar att det är Coriolis-kraften som fungerar som grundorsaken till deras förekomst och att den sätter banan för deras uppkomst. rörelse längs jordens yta. Men om Coriolis-styrkan var involverad i skapandet av tornados, tyfoner och cykloner, skulle de på norra halvklotet ha en högerrotation, medurs, och på södra halvklotet, en vänsterrotation, det vill säga moturs. Men tyfoner, tornados och cykloner på norra halvklotet roterar till vänster, moturs och på södra halvklotet - till höger, medurs. Detta överensstämmer absolut inte med Corioliskraftens inflytanderiktning, dessutom är det rakt motsatt den. Som redan nämnts är storleken på Corioliskraften proportionell mot sinus för geografisk latitud och är därför maximal vid polerna och frånvarande vid ekvatorn. Följaktligen, om det bidrog till skapandet av virvlar av olika skalor, skulle de oftast dyka upp på polära breddgrader, vilket helt motsäger tillgängliga data.

Sålunda bevisar ovanstående analys på ett övertygande sätt att Coriolis-kraften inte har något att göra med processen för bildandet av tyfoner, tornados, cykloner och alla typer av virvlar, vars bildande mekanismer diskuterades i tidigare kapitel.

Man tror att det är Coriolis-kraften som bestämmer deras banor, särskilt eftersom tyfoner på norra halvklotet, som meteorologiska formationer, avviker åt höger under sin rörelse, och på södra halvklotet - till vänster, vilket motsvarar riktningen för verkan av Corioliskraften i dessa hemisfärer. Det verkar som att orsaken till avvikelsen av tyfonbanor har hittats - det här är Coriolis-kraften, men låt oss inte skynda oss att dra slutsatser. Som nämnts ovan, när en tyfon rör sig längs jordens yta, kommer en Coriolis-kraft att verka på den, som ett enda föremål, lika med:

F к = 2MVΩ sin θ cos α, (21)

där θ - geografisk breddgrad tyfon; α är vinkeln mellan hastighetsvektorn för tyfonen som helhet och meridianen.

Att få reda på den verkliga anledningen avvikelser av tyfonbanor, låt oss försöka bestämma storleken på Corioliskraften som verkar på tyfonen och jämföra den med en annan, som vi nu kommer att se, mer verklig kraft.

MAGNUS KRAFT

En tyfon som förs av passadvinden kommer att påverkas av en kraft som, såvitt författaren vet, ännu inte har övervägts av någon forskare i detta sammanhang. Detta är kraften i samverkan mellan tyfonen, som ett enda föremål, med luftflödet som förflyttar denna tyfon. Om du tittar på bilden som visar tyfonernas banor, kommer du att se att de rör sig från öst till väst under inflytande av att ständigt blåsa tropiska vindar, passadvindar, som bildas på grund av jordens rotation. Samtidigt bär passadvinden inte bara tyfonen från öst till väst. Det viktigaste är att en tyfon som ligger i passadvinden påverkas av en kraft som orsakas av växelverkan mellan tyfonens luftströmmar och passadvindens luftflöde.

Effekten av uppkomsten av en tvärkraft som verkar på en kropp som roterar i ett flöde av vätska eller gas som träffar den upptäcktes av den tyske vetenskapsmannen G. Magnus 1852. Det visar sig i det faktum att om en roterande cirkulär cylinder flyter runt ett irroterande (laminärt) flöde vinkelrätt mot dess axel, då i den del av cylindern där den linjära hastigheten på dess yta är motsatt hastigheten för det mötande flödet, område med högt tryck visas. Och på den motsatta sidan, där riktningen för ytans linjära hastighet sammanfaller med hastigheten på det mötande flödet, finns ett område med lågt tryck. Tryckskillnaden på motsatta sidor av cylindern ger upphov till Magnus-kraften.

Uppfinnare har försökt utnyttja Magnus kraft. Ett fartyg designades, patenterades och byggdes, på vilket man istället för segel installerade vertikala cylindrar som roterade av motorer. Effektiviteten hos sådana roterande cylindriska "segel" översteg i vissa fall till och med effektiviteten hos konventionella segel. Magnus-effekten används också av fotbollsspelare som vet att om de, när de slår bollen, ger den en roterande rörelse, kommer dess flygbana att bli kurvlinjär. Med en sådan spark, som kallas "torrt ark", kan du skicka bollen i motståndarens mål nästan från hörnet av fotbollsplanen, som ligger i linje med målet. Volleybollspelare, tennisspelare och pingisspelare snurrar också bollen när de träffas. I alla fall skapar rörelsen av en krökt boll längs en komplex bana många problem för motståndaren.

Men låt oss återvända till tyfonen som rördes av passadvinden.

Passadvindar, stadiga luftströmmar(blåser konstant i mer än tio månader om året) in tropiska breddgrader ah oceanerna täcker 11 procent av sin yta på norra halvklotet och upp till 20 procent på södra halvklotet. Passadvindarnas huvudriktning är från öst till väst, men på 1-2 kilometers höjd kompletteras de av meridionalvindar som blåser mot ekvatorn. Som ett resultat rör sig passadvindarna sydväst på norra halvklotet och på södra halvklotet

Mot nordväst. Passadvindarna blev kända för européer efter Columbus första expedition (1492-1493), när dess deltagare häpnade över stabiliteten hos starka nordostliga vindar som förde karaveller från Spaniens kust genom Atlantens tropiska regioner.

Tyfonens gigantiska massa kan betraktas som en cylinder som roterar i passadvindens luftflöde. Som redan nämnts, på södra halvklotet roterar de medurs och på norra halvklotet roterar de moturs. Därför, på grund av interaktion med det kraftiga flödet av passadvindar, avviker tyfoner på både norra och södra halvklotet bort från ekvatorn - mot norr respektive söder. Denna karaktär av deras rörelse bekräftas väl av observationer från meteorologer.

(Slutet följer.)

AMPERES LAG

1920 upptäckte den franska fysikern Anre Marie Ampere experimentellt ett nytt fenomen - samspelet mellan två ledare och ström. Det visade sig att två parallella ledare attraherar eller stöter bort beroende på strömriktningen i dem. Ledare tenderar att röra sig närmare varandra om strömmar flyter i samma riktning (parallell), och flytta sig bort från varandra om strömmar flyter i motsatta riktningar (antiparallell). Ampere kunde korrekt förklara detta fenomen: interaktionen mellan magnetiska fält av strömmar inträffar, vilket bestäms av "gimlet-regeln". Om en gimlet skruvas in i ström I riktning, kommer handtagets rörelse att indikera riktningen kraftledningar magnetfält H.

Två laddade partiklar som flyger parallellt bildar också en elektrisk ström. Därför kommer deras banor att konvergera eller divergera beroende på partikelladdningens tecken och riktningen för deras rörelse.

Samverkan mellan ledarna måste beaktas vid utformning av elektriska spolar med hög ström (solenoider) - parallella strömmar som flyter genom deras varv skapar stora krafter som komprimerar spolen. Det finns kända fall när en blixtstång gjord av ett rör, efter ett blixtnedslag, förvandlades till en cylinder: den komprimerades av magnetfälten i en blixtladdningsström med en kraft på hundratals kiloampere.

Baserat på Amperes lag fastställdes standardenheten för ström i SI - ampere (A) -. Statlig standard "Enheter" fysiska kvantiteter" definierar:

”En ampere är lika med den strömstyrka som, när den passerar genom två parallella raka ledare av oändlig längd och försumbar liten tvärsnittsarea, placerade i ett vakuum på ett avstånd av 1 m från varandra, skulle orsaka en samverkanskraft lika med 2 på en sektion av ledaren 1 m lång . 10 -7 N.”

Detaljer för den nyfikna

MAGNUS OCH CORIOLIS KRAFTER

Låt oss jämföra effekten av Magnus- och Corioliskrafterna på tyfonen och föreställa oss den till en första approximation i form av en roterande luftcylinder som flögs av passadvinden. En sådan cylinder påverkas av en Magnus-kraft lika med:

F m = DρHV n V m / 2, (22)

där D är tyfonens diameter; ρ - passadvinds luftdensitet; H är dess höjd; V n > - lufthastighet i passadvinden; V t - linjär lufthastighet i en tyfon. Genom enkla transformationer får vi

Fm = R 2 HρωV n, - (23)

där R är tyfonens radie; ω är tyfonens vinkelhastighet.

Om vi ​​antar som en första approximation att passadvindens luftdensitet är lika med luftdensiteten i tyfonen, får vi

Mt = R2Hρ, - (24)

där M t är tyfonens massa.

Då kan (19) skrivas som

F m = M t ωV p - (25)

eller F m = M t V p V t / R. (26)

Genom att dividera uttrycket för Magnus-kraften med uttrycket (17) för Corioliskraften får vi

F m /F k = M t V p V t /2RMV p Ω sinθ cosα (27)

eller F m /F k = Vt /2RΩ sinθ cosα (28)

Med hänsyn till att enl internationell klassificering En tyfon anses vara en tropisk cyklon där vindhastigheten överstiger 34 m/s, vi kommer att ta denna minsta siffra i våra beräkningar. Eftersom den geografiska latituden som är mest gynnsam för bildandet av tyfoner är 16 o kommer vi att ta θ = 16 o och eftersom tyfoner omedelbart efter deras bildande rör sig nästan längs latitudinella banor tar vi α = 80 o. Låt oss ta en medelstor tyfons radie till 150 kilometer. Genom att ersätta all data i formeln får vi

F m / F k = 205. (29)

Magnusstyrkan är med andra ord tvåhundra gånger större än Coriolisstyrkan! Således är det tydligt att Coriolis-styrkan inte har något att göra inte bara med processen att skapa en tyfon, utan också med att ändra dess bana.

En tyfon i passadvinden kommer att påverkas av två krafter - den tidigare nämnda Magnuskraften och kraften från passadvindens aerodynamiska tryck på tyfonen, vilket kan hittas från en enkel ekvation

F d = KRHρV 2 p, - (30)

där K är tyfonens aerodynamiska motståndskoefficient.

Det är lätt att se att tyfonens rörelse kommer att bero på verkan av den resulterande kraften, som är summan av Magnus-krafterna och det aerodynamiska trycket, som kommer att verka i en vinkel p mot luftrörelsens riktning i handeln vind. Tangensen för denna vinkel kan hittas från ekvationen

tgβ = F m/F d (31)

Ersätter uttryck (26) och (30) med (31), efter enkla transformationer får vi

tgβ = Vt/KV p, (32)

Det är tydligt att den resulterande kraften F p som verkar på tyfonen kommer att tangera dess bana, och om passadvindens riktning och hastighet är kända, kommer det att vara möjligt att beräkna denna kraft med tillräcklig noggrannhet för en specifik tyfon, bestämmer därmed dess vidare bana, vilket kommer att minimera skadorna som orsakas av den. Tyfonväg kan förutsägas steg för steg metod, medan den sannolika riktningen för den resulterande kraften måste beräknas vid varje punkt i dess bana.

I vektorform ser uttryck (25) ut så här:

F m = M [ωV p ]. (33)

Det är lätt att se att formeln som beskriver Magnus-kraften är strukturellt identisk med formeln för Lorentz-kraften:

F l = q .

När vi jämför och analyserar dessa formler märker vi att formlernas strukturella likhet är ganska djup. Således är de vänstra sidorna av båda vektorprodukterna (M& #969; och q V) karakterisera parametrarna för objekt (tyfon och elementarpartikel), och höger sidor ( V n och B) - miljö (handelsvindhastighet och magnetfältsinduktion).

Fysisk träning

CORIOLIS TRYCKAR PÅ EN SPELARE

I ett roterande koordinatsystem, till exempel på jordklotet, är Newtons lagar inte uppfyllda - ett sådant koordinatsystem är icke-tröghetsmässigt. En ytterligare tröghetskraft uppträder i den, som beror på kroppens linjära hastighet och systemets vinkelhastighet. Den är vinkelrät mot kroppens bana (och dess hastighet) och kallas Corioliskraften, uppkallad efter den franske mekanikern Gustav Gaspard Coriolis (1792-1843), som förklarade och beräknade denna ytterligare kraft. Kraften är riktad på ett sådant sätt att för att passa in med hastighetsvektorn måste den roteras i rät vinkel i systemets rotationsriktning.

Du kan se hur Coriolis-kraften "fungerar" med hjälp av en elektrisk skivspelare genom att utföra två enkla experiment. För att utföra dem, skär ut en cirkel från tjockt papper eller kartong och placera den på skivan. Det kommer att fungera som ett roterande koordinatsystem. Låt oss göra en anteckning direkt: spelarens skiva roterar medurs och jorden roterar moturs. Därför kommer krafterna i vår modell att riktas i motsatt riktning mot de som observeras på jorden i vårt halvklot.

1. Placera två högar med böcker bredvid spelaren, precis ovanför tallriken. Placera en linjal eller rak stång på böckerna så att en av dess kanter passar skivans diameter. Om du, med skivan stillastående, drar en linje längs stången med en mjuk penna, från dess mitt till kanten, så blir den naturligtvis rak. Om du nu startar spelaren och ritar en penna längs stången, kommer den att rita en krökt bana som går till vänster - helt i överensstämmelse med lagen beräknad av G. Coriolis.

2. Bygg en bild av högar av böcker och tejpa fast ett tjockt pappersspår orienterat längs skivans diameter. Om du rullar en liten boll ner i ett spår på en stationär skiva kommer den att rulla längs diametern. Och på en roterande skiva kommer den att röra sig åt vänster (om, naturligtvis, friktionen när den rullar är liten).

Fysisk träning

MAGNUS EFFEKT PÅ BORDET OCH I LUFTEN

1. Limma ihop en liten cylinder av tjockt papper. Placera en bunt böcker inte långt från bordets kant och anslut den till bordets kant med en planka. När papperscylindern rullar nedför den resulterande bilden kan vi förvänta oss att den kommer att röra sig längs en parabel bort från bordet. Men istället kommer cylindern att kraftigt böja sin bana åt andra hållet och flyga under bordet!

Dess paradoxala beteende är ganska förståeligt om vi minns Bernoullis lag: det inre trycket i ett gas- eller vätskeflöde blir lägre ju högre flödeshastigheten är. Det är på grundval av detta fenomen som till exempel en sprutpistol fungerar: högre Atmosfärstryck pressar vätska i en luftström med reducerat tryck.

Det är intressant att mänskliga flöden också i viss mån lyder Bernoullis lag. I tunnelbanan, vid ingången till rulltrappan, där trafiken är svår, samlas människor i en tät, tätt sammanpressad folkmassa. Och på en snabbrörlig rulltrappa står de fritt - det "inre trycket" i passagerarflödet sjunker.

När cylindern faller och fortsätter att rotera, subtraheras hastigheten på dess högra sida från hastigheten på det mötande luftflödet, och hastigheten på vänster sida läggs till den. Luftflödets relativa hastighet till vänster om cylindern är större och trycket i den är lägre än till höger. Tryckskillnaden gör att cylindern plötsligt ändrar sin bana och flyger under bordet.

Coriolis och Magnus lagar beaktas vid raketuppskjutning, precisionsskjutning över långa avstånd, beräkning av turbiner, gyroskop m.m.

2. Linda in papperscylindern med papper eller textiltejp flera varv. Om du nu kraftigt drar i änden av tejpen kommer den att snurra cylindern och samtidigt ge den framåtrörelse. Som ett resultat, under påverkan av Magnus krafter, kommer cylindern att flyga och beskriva slingor i luften.

Helt nyligen, innan satelliternas uppfinning, kunde meteorologer inte ens föreställa sig det varje år jordens atmosfär Cirka 150 cykloner och cirka 60 anticykloner uppstår.


Nu vet forskare inte bara deras kvantitet, utan också bildningsprocessen, såväl som påverkan på jorden. Vad är detta naturfenomen? Hur uppstår de och vilken roll spelar de i jordens klimat?

Vad är en cyklon?

I troposfären (nedre atmosfärsskiktet) dyker atmosfäriska virvlar ständigt upp och försvinner. Många av dem är ganska små, men vissa är enorma i storlek och når flera tusen kilometer i diameter.

Om en sådan virvel rör sig moturs på norra halvklotet eller medurs på södra halvklotet, och det finns ett område med lågt tryck inuti, kallas det en cyklon. Den har en kolossal energiförsörjning och leder till negativa väderfenomen som åskväder, starka vindar, stormar.

Beroende på var de bildas klassificeras cykloner som tropiska eller extratropiska. De första dyker upp på tropiska breddgrader och är små i storlek (flera hundra kilometer i diameter). I deras centrum finns vanligtvis ett område med en diameter på 20–25 km med soligt väder, och stormar och vindar rasar i kanterna.


Extratropiska cykloner som bildas på polära och tempererade breddgrader når gigantisk storlek och samtidigt täcka stora ytor jordens yta. De kallas olika i olika områden: i Amerika - tyfon, i Asien - tyfon och i Australien - willy-willy. Varje kraftfull cyklon får sitt eget namn, till exempel Katrina, Sandy, Nancy.

Hur uppstår en cyklon?

Orsaken till förekomsten av cykloner ligger i jordklotets rotation och är förknippad med Coriolis-kraften, enligt vilken, när de rör sig moturs, avböjs virvlarna in i vänster sida, och gå medurs till höger. Cykloner bildas när varma ekvatoriska luftmassor möter torra arktiska strömmar. När en kollision inträffar mellan dem uppstår en barriär - en atmosfärisk front.

I ett försök att övervinna denna gräns trycker kalla strömmar tillbaka en del av varma lager, och de i sin tur kolliderar med de kalla massorna som följer dem och börjar rotera längs en ellipsoid bana. Gradvis fångar de de omgivande luftlagren, drar in dem i sin rörelse och rör sig längs jordens yta med hastigheter på upp till 50 kilometer i timmen.

Vad är en anticyklon?

Anticykloner, som namnet antyder, är raka motsatsen till cykloner och bringar bra väder.


I deras inre del finns ett område med högt tryck, och rörelsehastigheten varierar från 30 till 40 kilometer i timmen beroende på halvklotet. Ofta svävar anticykloner i ett stationärt tillstånd och upprätthåller låga moln, lugn och brist på nederbörd i en viss region under lång tid.

I sommartid anticykloner leder till värme, på vintern, tvärtom, till svår frost. De uppstår i polar eller subtropiska breddgrader, och när de bildas över tjockt istäcke (till exempel i Antarktis) blir de mer uttalade.

Anticykloner kännetecknas av skarpa temperaturförändringar under hela dagen, vilket förklarar bristen på nederbörd, vilket som regel påverkar temperaturen och gör skillnaden i grader inte så märkbar. Ibland under deras rörelse dyker dimmor eller stratusmoln upp ovanför jordens yta.

Hur utvecklas anticykloner?

Anticykloner har en mer komplex struktur än cykloner. På norra halvklotet rör de sig medurs, på södra halvklotet rör sig moturs. Bildandet av anticykloner orsakas av invasionen av kalla luftströmmar till varmare.


Som ett resultat ökar trycket i kollisionsområdet och en så kallad höghöjdsrygg bildas, under vilken ett virvelcentrum börjar bildas. När de växer når anticykloner storlekar upp till flera tusen kilometer i diameter och rör sig från väst till öst och avviker mot lägre breddgrader.

Luftmassor- Det här stora massor luft i troposfären och nedre stratosfären, som bildas ovan visst territorium land eller hav och har relativt enhetliga egenskaper - temperatur, luftfuktighet, transparens. De rör sig som en enhet och i en riktning i det allmänna atmosfäriska cirkulationssystemet.

Luftmassor upptar ett område på tusentals kvadratkilometer, deras tjocklek (tjocklek) når upp till 20-25 km. När de rör sig över en yta med olika egenskaper värms de upp eller kyls, återfuktar eller blir torrare. Varm eller kall är en luftmassa som är varmare (kallare) än omgivningen. Det finns fyra zontyper av luftmassor beroende på bildningsområdena: ekvatoriala, tropiska, tempererade, arktiska (antarktiska) luftmassor (fig. 13). De skiljer sig främst i temperatur och luftfuktighet. Alla typer av luftmassor, utom de ekvatoriala, är uppdelade i marina och kontinentala beroende på vilken typ av yta de bildades över.

Ekvatorialluftmassan bildas på ekvatoriella breddgrader, ett bälte med lågtryck. Den har ganska höga temperaturer och luftfuktighet nära max, både över land och över havet. Kontinental tropisk luftmassa bildas i den centrala delen av kontinenter på tropiska breddgrader. Den har hög temperatur, låg luftfuktighet och kraftigt damm. En marin tropisk luftmassa bildas över haven på tropiska breddgrader, där ganska höga lufttemperaturer råder och hög luftfuktighet uppstår.

Kontinental tempererad luftmassa bildas över kontinenter på tempererade breddgrader och dominerar på norra halvklotet. Dess egenskaper förändras med årstiderna. Sommaren är ganska värme och luftfuktighet, nederbörd är typiskt. På vintern är det låga och extremt låga temperaturer och låg luftfuktighet. En maritim tempererad luftmassa bildas över haven med varma strömmar på tempererade breddgrader. Det är svalare på sommaren, varmare på vintern och har betydande luftfuktighet.

Den kontinentala arktiska (antarktiska) luftmassan bildas över isen i Arktis och Antarktis, har extremt låga temperaturer, låg luftfuktighet och hög transparens. Den marina arktiska (antarktiska) luftmassan bildas över periodvis frysande hav och oceaner, dess temperatur är något högre och dess luftfuktighet är högre.

Luftmassor är inne konstant rörelse, när de möts, bildas övergångszoner eller fronter. Atmosfärisk front- gränszon mellan två luftmassor med olika egenskaper. Bredden på den atmosfäriska fronten når tiotals kilometer. Atmosfäriska fronter kan vara varma och kalla beroende på vilken luft som rör sig in i området och vad som förskjuts (fig. 14). Oftare atmosfäriska fronter förekommer på tempererade breddgrader, där kall luft från polära breddgrader och varm luft från tropiska breddgrader möts.

Passagen av fronten åtföljs av förändringar i vädret. Varm framsida rör sig mot kall luft. Det är förknippat med uppvärmning och nimbostratusmoln som ger yrande nederbörd. Kall front rör sig åt sidan varm luft. Det ger kraftiga kortvariga nederbörd, ofta med smutsiga vindar och åskväder och kalla temperaturer.

Cykloner och anticykloner

I atmosfären, när två luftmassor möts, uppstår stora atmosfäriska virvlar - cykloner och anticykloner. De representerar platta luftvirvlar som täcker tusentals kvadratkilometer på en höjd av endast 15-20 km.

Cyklon - atmosfärisk virvel enorm (från hundratals till flera tusen kilometer) diameter med reducerat lufttryck i mitten, med ett system av vindar från periferin till mitten motsols på norra halvklotet. I mitten av cyklonen observeras stigande luftströmmar (fig. 15). Som ett resultat updrafts I mitten av cykloner bildas kraftfulla moln och nederbörd förekommer.

På sommaren, under passagen av cykloner, sjunker lufttemperaturen, och på vintern stiger den och en upptining börjar. När en cyklon närmar sig, orsakar molnigt väder och en förändring i vindriktningen.

Tropiska cykloner förekommer på tropiska breddgrader från 5 till 25° på båda halvkloten. Till skillnad från cykloner med tempererade breddgrader upptar de ett mindre område. Tropiska cykloner uppstår över den varma havsytan på sensommaren - tidig höst och åtföljs av kraftiga åskväder, kraftiga nederbörd och stormvindar och har enorm destruktiv kraft.

I Stilla havet tropiska cykloner kallas tyfoner, i Atlanten - orkaner, utanför Australiens kust - willy-willy. Tropiska cykloner bär Ett stort antal energi från tropiska breddgrader mot tempererade breddgrader, vilket gör dem till en viktig komponent i globala atmosfäriska cirkulationsprocesser. För dess oförutsägbarhet tropiska cykloner ge kvinnliga namn(till exempel "Catherine", "Juliet", etc.).

Anticyklon- en atmosfärisk virvel med enorm diameter (från hundratals till flera tusen kilometer) med ett område med högt tryck nära jordens yta, med ett system av vindar från centrum till periferin i medurs riktning på norra halvklotet. Nedåtgående luftströmmar observeras i anticyklonen.

Både vinter och sommar kännetecknas anticyklonen av en molnfri himmel och vindstilla. Under passagen av anticykloner är vädret soligt, varmt på sommaren och mycket kallt på vintern. Anticykloner bildas över inlandsisarna på Antarktis, över Grönland, Arktis och över hav på tropiska breddgrader.

Luftmassornas egenskaper bestäms av områdena för deras bildning. När de flyttar från platserna där de bildas till andra ändrar de gradvis sina egenskaper (temperatur och luftfuktighet). Tack vare cykloner och anticykloner utbyts värme och fukt mellan breddgrader. Bytet av cykloner och anticykloner på tempererade breddgrader leder till plötsliga väderförändringar.