Горизонтальный градиент – 20. Горизонтальный барический градиент, изменение барического градиента с высотой, ускорение воздуха под действием барического градиента. — Свадебный салон Воронеж

Содержание

Барический градиент — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Бари́ческий градие́нт — в гидродинамике — вектор, характеризующий степень изменения давления сплошной среды в пространстве.

По числовой величине барический градиент равен отношению изменения давления на единицу расстояния в том направлении, в котором давление убывает наиболее быстро, то есть вектор направлен по нормали к изобарной поверхности в сторону уменьшения давления.

Вектор барического градиента равен по модулю и направлен противоположно вектору градиента давления:

Gb=−∇P=−grad P=−∂P∂nn,{\displaystyle \mathbf {G_{b}} =-\nabla P=-\mathbf {grad} \ P=-{\frac {\partial P}{\partial n}}\mathbf {n} ,}

где n{\displaystyle \mathbf {n} } — единичный вектор направленный по нормали к изобарной поверхности.

В СИ размерность барического градиента — паскаль на метр (Па/м) и совпадает с размерностью объёмной плотности силы (Н/м³).

В метеорологии различают вертикальный и горизонтальный барические градиенты. Вертикальный барический градиент — это вертикальная компонента вектора барического градиента. В метеорологии обычно пользуются горизонтальным барическим градиентом, который часто называют просто градиентом, то есть составляющей вектора барического градиента, лежащего в горизонтальной плоскости. В горизонтальной плоскости вектор горизонтального градиента нормален к линиям изобар и направлен в сторону уменьшения давления.

Горизонтальный барический градиент вычисляют по атмосферному давлению приведённому к некоторому оговорённому уровню, обычно к уровню моря. В метеорологии эту величину обычно выражают в барах на 100 км.

Модуль вертикального барического градиента много больше модуля вертикального барического градиента, так как атмосферное давление довольно быстро падает с увеличением высоты. Иногда в метеорологии и в барометрическом нивелировании применяется другая величина для характеристики падения атмосферного давления с высотой — величина обратная вертикальному барическому градиенту и называемая

барическая ступень, имеет размерность м/Па, показывающая на сколько метров нужно изменить высоту, чтобы давления изменилось на 1 Па.

Обычно горизонтальный барический градиент невелик и составляет 1—3 мбар на 100 км, но в тропических циклонах и ураганах иногда достигает десятков миллибар на 100 км.

В литературе можно встретить теперь нерекомендованные к использованию, разговорные термины «барометрический градиент» и «барометрическая ступень»

[1].

Ненулевой горизонтальный барический градиент является одной из причин, которые приводят к возникновению ветра и циркуляции атмосферы.

8.24 Горизонтальный барический градиент. Ветер

Разность атмосферного давления между двумя областями как у земной поверхности, так и выше нее вызывает горизонтальное перемещение воздушных масс – ветер. С другой стороны, сила тяжести и трение о земную поверхность удерживают массы воздуха на месте. Следовательно, ветер возникает только при таком перепаде давления, который достаточно велик, чтобы преодолеть сопротивление воздуха и вызвать его движение. Очевидно, что разность давлений должна быть отнесена к единице расстояния. В качестве единицы расстояния раньше принимали 1

0 меридиана, то есть 111 км. В настоящее время для простоты расчетов условились брать 100 км.

Горизонтальным барическим градиентом называется падение давления в 1 мб на расстояние в 100 км по нормали к изобаре в сторону убывающего давления.

Скорость ветра всегда пропорциональна градиенту: чем больше избыток воздуха на одном участке в сравнении с другим, тем сильнее его отток. На картах величина градиента выражается расстояниями между изобарами: чем ближе одна к другой, тем градиент больше и ветер сильнее.

Кроме барического градиента на ветер действуют вращение Земли, или сила Кориолиса, центробежная сила и трение.

Вращение Земли (сила Кориолиса) отклоняет ветер в северном полушарии вправо (в южном полушарии влево) от направления градиента. Теоретически рассчитанный ветер, на который действуют только силы градиента и Кориолиса, называется геострофическим. Он дует по касательной к изобарам.

Чем сильнее ветер, тем больше его отклонение под действием вращения Земли. Оно нарастает с увеличением широты. Над сушей угол между направлением градиента и ветром достигает 45-50

0, а над морем – 70-80⁰; средняя величина его равна 60⁰.

Центробежная сила действует на ветер в замкнутых барических системах – циклонах и антициклонах. Она направлена по радиусу кривизны траектории в сторону ее выпуклости.

Сила трения воздуха о земную поверхность всегда уменьшает скорость ветра. Скорость ветра обратно пропорциональна величине трения. При одном и том же барическом градиенте над морем, степными и пустынными равнинами ветер сильнее, чем над пересеченной холмистой и лесной местностью, а тем более горной. Трение сказывается в нижнем, примерно 1000 – метровом, слое, называемом слоем трения. Выше ветры геострофические.

Направление ветра определяется стороной горизонта, откуда он дует. Для обозначения его обычно принимается 16-лучевая роза ветров: С, CCЗ, CЗ, ЗСЗ, З, ЗЮЗ, ЮЗ, ЮЮЗ, Ю, ЮЮВ, ЮВ, ВЮВ, В, ВСВ, СВ, ССВ.

Иногда вычисляется угол (румб) между направлением ветра и меридианом, причем север (С) считается за 0⁰ или 360⁰, восток (В) – за 90⁰, юг (Ю) – 180⁰, запад (З) – 270⁰.

8.25 Причины и значение неоднородности барического поля Земли

Для географической оболочки важны не сами по себе барические максимумы и минимумы, а направление тех вертикальных токов воздуха, которые их создают.

Размер атмосферного давления показывает направление вертикальных движений воздуха – восходящих или нисходящих, а они или создают условия для конденсации влаги и выпадения осадков, или исключают эти процессы. Между влажностью воздуха и его динамикой существуют два основных типа связи: циклональный с восходящими токами и антициклональный с нисходящими.

В восходящих токах воздух адиабатически охлаждается, относительная влажность его повышается, водяной пар конденсируется, образуются облака и выпадают осадки. Следовательно, барическим минимумам свойственны дождливая погода и влажный климат. Конденсация идет постепенно и на всех высотах. При этом выделяется скрытая теплота парообразования, которая вызывает дальнейший подъем воздуха, его охлаждение и конденсацию новых порций влаги, что влечет за собой выделение новых порций скрытой теплоты. Одновременно идут четыре взаимно связанных процесса: 1) подъем воздуха, 2) охлаждение воздуха, 3) конденсация пара и 4) выделение скрытой теплоты парообразования. Первопричиной всех этих процессов является солнечное тепло, затраченное на испарение воды.

В нисходящих воздушных массах происходит адиабатическое нагревание и понижение влажности воздуха; облака и осадки образовываться не могут. Следовательно, барическим максимумам, или антициклонам, свойственна безоблачная, ясная и сухая погода и сухой климат. С поверхности океанов в областях высокого давления происходит значительное испарение, интенсивность которого благоприятствует безоблачное небо. Влага отсюда уносится в другие места, поскольку опустившийся воздух неизбежно должен перемещаться в стороны. Из тропических максимумов он в виде пассата идет к экватору.

Процессы усвоения атмосферой солнечного тепла, динамикой воздушных масс и влагооборота взаимно связаны и обусловлены.

Циркуляция атмосферы и неоднородность барического поля вызывается двумя неравнозначными причинами. Первая, и основная, состоит в неоднородности термического поля Земли, в тепловом различии экваториальных и полярных широт. Действительно, на экваторе находится нагреватель, а на полюсах – холодильники. Они создают тепловую машину первого порядка.

По термической причине на не вращающейся планете установилась бы довольно простая циркуляция воздуха. На экваторе нагретый воздух поднимается, восходящие токи у земной поверхности формируют пояс низкого давления, называемый экваториальным барическим минимумом. В верхней тропосфере изобарические поверхности поднимаются и воздух оттекает в стороны полюсов.

В полярных широтах холодный воздух опускается, у земной поверхности образуются области повышенного давления и воздух возвращается к экватору.

Термическая разница между широтами вызывает перенос воздушных масс вдоль меридианов или, как принято говорить в климатологии, меридиональную слагающую атмосферной циркуляции.

Таким образом, сущность тепловой машины, вызывающей циркуляцию атмосферы, заключается в том, что часть энергии солнечной радиации превращается в энергию атмосферных движений. Она пропорциональна разнице температур между экватором и полюсами.

Вторая причина циркуляции атмосферы – динамическая; она заключается во вращении планеты. Циркуляция воздуха непосредственно между экваториальными и полярными широтами невозможна, поскольку вся сфера, в которой движется воздух, вращается. Горизонтальные потоки воздуха и в верхней тропосфере, и у земной поверхности под действием вращения Земли непременно отклоняются вправо в северном полушарии и влево в южном полушарии. Так возникает зональная слагающая циркуляции атмосферы, направленная с Запада на Восток и формирующая западно-восточный (западный) перенос воздушных масс. На вращающейся планете западно-восточный перенос выступает в качестве основного типа циркуляции атмосферы.

Сезонные возмущения термического поля Земли, обусловленные различиями в нагревании океанов и материков, вызывают колебания над ними атмосферного давления. Зимой над Евразией и Северной Америкой холоднее, чем над океанами в этих же широтах. Изобарические поверхности над экваториями океанов выше, чем над сушей. Воздух наверху перетекает с океанов на материки. Общая масса воздушного столба над континентами увеличивается. Здесь образуются обширные зимние барические максимумы – Сибирский максимум с давлением до 1 040 мб и несколько меньший Североамериканский максимум с давлением до 1 022 мб. Над океанами масса воздушного столба уменьшается, образуются депрессии. Так создается тепловая машина второго порядка.

Летом тепловые контрасты между сушей и морем уменьшаются, минимумы и максимумы как бы рассасываются, давление выравнивается или меняется на противоположное зимнему. В Сибири, например, оно падает до 1 006 мб.

Сезонные колебания атмосферного давления над сушей и морем создают так называемый муссонный фактор.

На южных материках в январскую (летнюю для них) часть года образуются барические минимумы, оконтуренные замкнутыми изобарами.

Поочередное полугодовое нагревание северного и южного полушарий вызывает смещение всего барического поля Земли в сторону летнего полушария – в январскую часть года северного, а в июльскую – южного.

Экваториальный минимум в январскую часть года лежит южнее экватора, в июльскую он смещен к северу, достигая в Южной Азии северного тропика. Над Ираном и пустыней Тар создается Ирано-Тарский (Южноазиатский) минимум. Давление в нем падает до 994 мб.

горизонтальный барический градиент — это… Что такое горизонтальный барический градиент?

горизонтальный барический градиент

Изменение атмосферного давления по нормали к изобаре на единицу расстояния (100 км) или на 1° меридиана.

Словарь по географии. 2015.

горизонтальные координаты
горизонтальный градиент температуры

Смотреть что такое «горизонтальный барический градиент» в других словарях:

горизонтальный барический градиент — Ндп. горизонтальный барометрический градиент Наибольшее изменение атмосферного давления на единицу расстояния для одной и той же уровенной поверхности. [ГОСТ 22268 76] Недопустимые, нерекомендуемые горизонтальный барометрический градиент Тематики … Справочник технического переводчика
Горизонтальный барический градиент — 100. Горизонтальный барический градиент Ндп. Горизонтальный барометрический градиент D. Barometrischer Gradient E. Baric gradient F. Gradient barométrique Наибольшее изменение атмосферного давления на единицу расстояния для одной и той же… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Барический градиент — вектор, характеризующий степень изменения атмосферного давления в пространстве. По числовой величине барический градиент равен изменению давления (в миллибарах) на единицу расстояния в том направлении, в котором давление убывает наиболее быстро,… … Википедия
градиент горизонтальный барический — Изменение атмосферного давления на единицу расстояния для одной и той же уровенной поверхности [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики геология, геофизика EN horizontal baric gradient DE Gradient… … Справочник технического переводчика
ГРАДИЕНТ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ БАРИЧЕСКИЙ — изменение атмосферного давления на единицу расстояния для одной и той же уровенной поверхности (Болгарский язык; Български) хоризонтален баричен градиент (Чешский язык; Čeština) tlakový gradient ve stejné horizontální úrovni (Немецкий язык;… … Строительный словарь
Барический градиент — барометрический градиент, изменение атмосферного давления (См. Атмосферное давление) на единицу расстояния по нормали к поверхности равного давления (изобарической поверхности) в сторону убывания давления. В метеорологии обычно пользуются … Большая советская энциклопедия
ГРАДИЕНТ ДАВЛЕНИЯ — барический градиент вектор, характеризующий степень изменения атмосферного давления в пространстве, равный производной от давления по нормали к изобарической поверхности, т. е. изменению давления на единицу расстояния в том направлении, в котором … Словарь ветров
ГРАДИЕНТ — (лат.). Разность в барометрических и термометрических показаниях в разных местностях. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ГРАДИЕНТ разность в показаниях барометра и термометра в один и тот же момент… … Словарь иностранных слов русского языка
ГОСТ 22268-76: Геодезия. Термины и определения — Терминология ГОСТ 22268 76: Геодезия. Термины и определения оригинал документа: 114. Абрис Ндп. Кроки D. Gelandeskizze Gelandekroki E. Outline Field sketch F. Croquis Схематический чертеж участка местности Определения термина из разных документов … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Горно-долинные ветры — ветры в горных районах, меняющие направление дважды в сутки: днём долинный ветер дует вверх по долинам и горным склонам, ночью горный ветер дует в обратном направлении. Г. д. в. местная (локальная) циркуляция, обусловленная… … Большая советская энциклопедия

ГРАДИЕНТ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ БАРИЧЕСКИЙ — это… Что такое ГРАДИЕНТ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ БАРИЧЕСКИЙ?

ГРАДИЕНТ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ БАРИЧЕСКИЙ

изменение атмосферного давления на единицу расстояния для одной и той же уровенной поверхности

(Болгарский язык; Български) — хоризонтален баричен градиент

(Чешский язык; Čeština) — tlakový gradient ve stejné horizontální úrovni

(Немецкий язык; Deutsch) — Gradient des atmosphärischen Druckes

(Венгерский язык; Magyar) — bárikus horizontális gradiens

(Монгольский язык) — агаарын даралтын хэвтээ градиент

(Польский язык; Polska) — gradient baryczny poziomy

(Румынский язык; Român) — gradient baric orizontal

(Сербско-хорватский язык; Српски језик; Hrvatski jezik) — gradijent pritiska površine nivoa

(Испанский язык; Español) — gradiente barométrico

(Английский язык; English) — horizontal baric gradient

(Французский язык; Français) — gradient barique horizontal

Источник: Терминологический словарь по строительству на 12 языках

Строительный словарь.

ГРАДИЕНТ ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ
ГРАДИРНЯ БАШЕННАЯ

Смотреть что такое «ГРАДИЕНТ ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ БАРИЧЕСКИЙ» в других словарях:

градиент горизонтальный барический — Изменение атмосферного давления на единицу расстояния для одной и той же уровенной поверхности [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики геология, геофизика EN horizontal baric gradient DE Gradient… … Справочник технического переводчика
горизонтальный барический градиент — Ндп. горизонтальный барометрический градиент Наибольшее изменение атмосферного давления на единицу расстояния для одной и той же уровенной поверхности. [ГОСТ 22268 76] Недопустимые, нерекомендуемые горизонтальный барометрический градиент Тематики … Справочник технического переводчика
горизонтальный барический градиент — Изменение атмосферного давления по нормали к изобаре на единицу расстояния (100 км) или на 1° меридиана … Словарь по географии
Горизонтальный барический градиент — 100. Горизонтальный барический градиент Ндп. Горизонтальный барометрический градиент D. Barometrischer Gradient E. Baric gradient F. Gradient barométrique Наибольшее изменение атмосферного давления на единицу расстояния для одной и той же… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ГРАДИЕНТ ДАВЛЕНИЯ — барический градиент вектор, характеризующий степень изменения атмосферного давления в пространстве, равный производной от давления по нормали к изобарической поверхности, т. е. изменению давления на единицу расстояния в том направлении, в котором … Словарь ветров
ГРАДИЕНТ — (лат.). Разность в барометрических и термометрических показаниях в разных местностях. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ГРАДИЕНТ разность в показаниях барометра и термометра в один и тот же момент… … Словарь иностранных слов русского языка
Барический градиент — вектор, характеризующий степень изменения атмосферного давления в пространстве. По числовой величине барический градиент равен изменению давления (в миллибарах) на единицу расстояния в том направлении, в котором давление убывает наиболее быстро,… … Википедия
Барический градиент — барометрический градиент, изменение атмосферного давления (См. Атмосферное давление) на единицу расстояния по нормали к поверхности равного давления (изобарической поверхности) в сторону убывания давления. В метеорологии обычно пользуются … Большая советская энциклопедия
ГОСТ 22268-76: Геодезия. Термины и определения — Терминология ГОСТ 22268 76: Геодезия. Термины и определения оригинал документа: 114. Абрис Ндп. Кроки D. Gelandeskizze Gelandekroki E. Outline Field sketch F. Croquis Схематический чертеж участка местности Определения термина из разных документов … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Горно-долинные ветры — ветры в горных районах, меняющие направление дважды в сутки: днём долинный ветер дует вверх по долинам и горным склонам, ночью горный ветер дует в обратном направлении. Г. д. в. местная (локальная) циркуляция, обусловленная… … Большая советская энциклопедия

20. Горизонтальный барический градиент, изменение барического градиента с высотой, ускорение воздуха под действием барического градиента.

Горизонтальный барический градиент – вектор, направленный по нормали к изобаре, в сторону низкого давления и по величине равные производной давления по нормали. Горизонтальный барический градиент представляет собой изменение давления на единицу расстояния в горизонтальной плоскости (на поверхности уровня) в направлении наиболее сильного убывания давления (полный барический градиент – пространственный вектор, направленный по нормали к изобарической поверхности в сторону поверхности с меньшим давлением). Вектор горизонтального барического градиента обозначают , а его модуль , где n – нормаль к изобаре. Поскольку изобары проведены через одинаковые интервалы давления, модуль горизонтального барического градиента обратно пропорционален расстоянию между изобарами.

При движении от более высокого давления к более низкому по нормали к изобаре (наиболее короткий путь) воздух приобретает ускорение тем больше, чем больше барический градиент. Следовательно, барический градиент есть сила, сообщающая воздуху ускорение, т.е. вызывающая ветер и меняющая его. Она имеет размерность H/м3, т.е. горизонтальный барический градиент – сила, отнесенная к единице объема. Чтобы получить выражение силы горизонтального барического градиента, действующей на единицу массы, нужно ее разделить на плотность.

Сила горизонтального барического градиента есть равнодействующая сил давления, действующая в горизонтальном направлении. Это единственная сила, которая приводит воздух в движение и увеличивает его скорость. Однако если бы на воздух действовала только эта сила, то движение воздуха было бы равномерно ускоренным, его скорость неограниченно росла. Но на воздух действуют и некоторые другие силы.

Наиболее значительная из них – отклоняющая сила вращения Земли или сила Кориолиса. Она имеет тот же порядок, что и сила горизонтального барического градиента, т.е. способна ее уравновесить.

Рассмотрим частицу, имеющую единицу массы. Пусть частица находится в простейшем барическом поле, которое описывается системой параллельных и равноотстоящих изобар. Трение отсутствует, частица находится в Северном полушарии. Под действием силы барического градиента частица начинает двигаться от высокого давления к низкому по нормали к изобаре. Но как только она начинает двигаться, на нее начинает действовать сила Кориолиса, отклоняющая частицу вправо от направления движения под прямым углом. Равнодействующая двух сил будет ускорять частицу.

По мере возрастания скорости частицы сила Кориолиса будет также возрастать, а значит, будет возрастать ее отклоняющее действие. В конце концов градиент давления будет полностью уравновешен силой Кориолиса. Это произойдет, когда сила Кориолиса будет направлена вдоль силы барического градиента в противоположную сторону и равна ему по величине. В этом случает единица массы воздуха будет совершать прямолинейное равномерное движение, называемое геострофическим. Ветер, являющийся результатом геострофического движения, называется геострофическим ветром. Скорость геострофического ветра направлена вдоль изобары вправо от силы барического градиента (низкое значение давление остается слева).

Поскольку модули двух сил равны, можно записать:

Отсюда можно получить выражение для скорости геострофического ветра:

Это выражение показывает, что скорость геострофического ветра прямо пропорциональна барическому градиенту и обратно пропорциональна плотности и синусу широты.

В реальности ветер близок к геострофическому в верхних слоях атмосферы, где трение не велико. Особенно точно приближение ветра к геострофическому в высоких широтах.

С высотой барическое поле атмосферы меняется. Это значит, что меняется форма изобар и их взаимное расположение, а, стало быть, меняется модуль и направление барических градиентов. Эти изменения связаны с неравномерным распределением температуры, т.е. температурным полем. С высотой распределение давления становится ближе к распределению температуры (барическая ступень прямо пропорциональна температуре).

9.11.1. Температурные градиенты

9. Основные характеристики полей метеорологических величин

100

При Р=1000 гПа для значений температуры 40, 20, 0, -20, -40°С γ вa =0.32, 0.44, 0.66, 0.88, 0.98°/100 м, соответственно.

При Р=500 гПа для значений температуры 40, 20, 0, -20, -40°С γ вa =0.26, 0.34, 0.52, 0.78, 0.95°/100 м, соответственно.

При низких температурах воздуха γ вa приближается к сухоадиабатическому.

Таким образом, тёплая воздушная масса потенциально более неустойчива, чем холодная.

Если каком-либо слое атмосферы γ > γ a то данный слой находится в неустой-

чивом термодинамическом равновесии.

При γ < γ a в слое атмосферы наблюдается устойчивое равновесие. Особенно устойчивыми будут слои, где γ <0, следовательно, температура воздуха с высотой воз-

растает (инверсионный слой), либо не меняется – γ =0 (изотермия).

Слои инверсии и изотермии, а также слои с градиентами, близкими к нулю, называют задерживающими слоями атмосферы. Задерживающие слои оказывают мощное стабилизирующее влияние на все движения, ослабляя турбулентное перемешивание, конвективные потоки, препятствуя обмену воздухом между задерживающим слоем и слоями воздуха выше и ниже.

Изменение температуры по горизонтали характеризует горизонтальный градиент температуры. Горизонтальный термический градиент Горизонтальный градиент температуры примерно в 1000 и более раз меньше вертикального. Порядок величин горизонтального термического градиента – десятые доли градуса на 100 км. Для фронтальных зон характерны повышенные значения горизонтальных градиентов температуры, которые могут достигать здесь порядка 5-10°С/100км по нормали к изотермам.

9.11.2. Адиабатические изменения температуры воздуха

Рассмотрим изменение температуры воздуха фиксированной частицы, происходящее без обмена теплом между этой частицей и средой:

dTdt = 0 .

Такое изменение термодинамического состояния воздуха называется адиабатическим. При адиабатическом процессе внутренняя энергия и с нею температура воздуха меняются за счёт работы сжатия или расширения. При сжатии давление и внутрен-

горизонтальный градиент температуры — это… Что такое горизонтальный градиент температуры?

горизонтальный градиент температуры

Изменение температуры воздуха в горизонтальном направлении (по нормали к изотерме) на единицу расстояния (100 км).