Вертикальный и горизонтальный градиент. Горизонтальный барический градиент. Изменения давления с высотой. Стандартная атмосфера. Градиент кистью “гребешок”
- Бари́ческий градие́нт - 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, то есть по нормали к изобарической поверхности в сторону уменьшения давления.
Также барический градиент называют барометрическим градиентом. В метеорологии обычно пользуются горизонтальным барическим градиентом, то есть горизонтальной составляющей градиента на уровне моря или на другом уровне; в этом случае берётся нормаль к изобаре на данном уровне. Обычно горизонтальный барический градиент составляет 1-3 мбар на 100 км, но в тропических циклонах иногда достигает десятков мбар на 100 км (1 мбар = 100 Н/м²).
Барический градиент является одной из причин, которые приводят к циркуляции атмосферы.
Связанные понятия
Изоба́ры - изолинии величин атмосферного давления. На карте изображаются как линии, соединяющие места с одинаковым давлением. Чаще всего изобарические линии изображаются на метеорологических картах.
Тропопа́уза (от др.-греч. τρόπος «поворот, изменение» + παῦσις «остановка, прекращение») - слой атмосферы, в котором происходит резкое снижение вертикального температурного градиента, переходный слой между тропосферой и стратосферой.
Компенсационный метод измерения (лат. compensatio) - метод измерения, основанный на уравновешивании (компенсации) измеряемой величины однородной образцовой величиной (см. Система относительных единиц). Компенсационный метод измерения применяют для измерения электрических (ЭДС, напряжения, тока, мощности, сопротивления и др.) и неэлектрических величин – температуры (изотермы), механических перемещений, световых потоков, массы (относительная атомная масса, Солнечная масса), относительного положения...
Планета́рный пограни́чный слой («пограничный слой атмосферы», «слой трения») - нижний слой газовой оболочки планеты, свойства и динамика которого в значительной мере определяются взаимодействием с твёрдой (или жидкой) поверхностью планеты (так называемой «подстилающей поверхностью»).
Тепловое скольжение - явление перемещения слоя газа, находящегося у поверхности твёрдого тела, поверхность которого нагрета неравномерно, в направлении к более высокой температуре. Наблюдается в среде, являющейся разреженным газом.
Основна́я гидрофизи́ческая характери́стика (ОГХ, кривая водоудерживания) - в физике почв изотермическая равновесная зависимость между капиллярно-сорбционным (матричным) давлением почвенной влаги и влажностью (обычно объёмной). Форма ОГХ специфична для каждого почвенного образца и характеризует структуру порового пространства почвы, гранулометрический и минералогический состав. Характеризуется гистерезисом, то есть несовпадением форм кривой при увлажнении и иссушении образца. В виду доминирования...
Температу́рное напряже́ние - вид механического напряжения, возникающего в какой-либо среде вследствие изменения температуры либо неравномерности его распределения.
Неустойчивость Кельвина - Гельмгольца возникает при наличии сдвига между слоями сплошной среды, либо когда две контактирующие среды имеют достаточную разность скоростей. При этом в сечении, перпендикулярном границе раздела этих сред, профиль скорости имеет точку перегиба (вторая производная скорости по координате сечения обращается в нуль). Как показал Рэлей, течение с наличием в профиле скорости точки перегиба является неустойчивым. Типичный пример такой нестабильности - возникновение волн на поверхности...
Температурный напор - разность характерных температур среды и стенки (или границы раздела фаз) или двух сред, между которыми происходит теплообмен.
Атмосфе́рный фронт (от. др.-греч. ατμός - пар, σφαῖρα - шар и лат. frontis - лоб, передняя сторона), фронты тропосферные - переходная зона в тропосфере между смежными воздушными массами с разными физическими свойствами.
Термодина́мика атмосфе́ры - раздел физики атмосферы, посвящённый изучению процессов передачи и превращения тепла в работу (и наоборот) в атмосфере Земли в связи с изучением физики погодных явлений или климата на основе фундаментальных законов классической термодинамики. Исследования в этой области необходимы для понимания свойств атмосферной турбулентности, конвекции, динамики планетарного пограничного слоя и его вертикальной устойчивости. Термодинамика атмосферы служит основой для моделирования...
Эффе́ктом Джо́уля - То́мсона называют изменение температуры газа или жидкости при стационарном адиабатическом дросселировании - медленном протекании газа под действием постоянного перепада давлений сквозь дроссель (пористую перегородку). Назван в честь открывших его Джеймса Джоуля и Уильяма Томсона. Данный эффект является одним из методов получения низких температур.
Геотермический градиент - физическая величина, описывающая прирост температуры горных пород в °С на определённом участке земной толщи. Математически выражается изменением температуры, приходящимся на единицу глубины. В геологии при расчёте геотермического градиента за единицу глубины приняты 100 метров. В различных участках и на разных глубинах геотермический градиент непостоянен и определяется составом горных пород, их физическим состоянием и теплопроводностью, плотностью теплового потока, близостью...
Инверсия в метеорологии означает аномальный характер изменения какого-либо параметра в атмосфере с увеличением высоты. Наиболее часто это относится к температурной инверсии, то есть к увеличению температуры с высотой в некотором слое атмосферы вместо обычного понижения (см. атмосфера Земли). Важную роль в этом процессе играют и горно-долинные ветры.
Градиент концентрации или концентрационный градиент - это векторная физическая величина, характеризующая величину и направление наибольшего изменения концентрации какого-либо вещества в среде. Например, если рассмотреть две области с различной концентрацией какого-либо вещества, разделённые полупроницаемой мембраной, то градиент концентрации будет направлен из области меньшей концентрации вещества в область с большей его концентрацией. Вектор диффузионного потока направлен против вектора градиента...
Стефановское течение - это явление возникновения гидродинамического течения среды в процессе испарения или роста капель.
Пло́тность во́здуха - масса газа атмосферы Земли на единицу объема или удельная масса воздуха при естественных условиях. Плотность воздуха является функцией от давления, температуры и влажности. Обычно, стандартной величиной плотности воздуха на уровне моря в соответствии с Международной стандартной атмосферой принимается значение 1,2250 кг/м³, которая соответствует плотности сухого воздуха при 15 °С и давлении 101330 Па.
Тече́ние (водоёмов) - перемещение водных масс в водоёмах (морях, озёрах, водохранилищах). Основными видами течений являются: сточные (иногда именуются стоковыми), ветровые, конвекционные.
Термокомпас (от лат. themo - тепло и лат. compassum - измеряю направление) - пилотажный прибор для поиска и указания направления на центр термического потока в парапланеризме.
Седиментацио́нный ана́лиз - совокупность методов определения размеров частиц в дисперсных системах и молекулярной массы макромолекул в растворах полимеров по скорости седиментации в условиях седиментационно-диффузного равновесия.
Слой скачка - слой воды в океане (море), в котором вертикальные градиенты океанографических характеристик (температура, солёность, плотность, скорость звука и др.) резко возрастают по сравнению с вертикальными градиентами в выше- и нижележащих слоях.
Проницаемость грунтов - способность грунтов пропускать сквозь себя воду за счёт градиента напора. Связана с одним из важнейших процессов массопереноса в грунтах - фильтрацией воды (или иных жидкостей), изучаемой в инженерной геологии и гидрогеологии.
Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) - одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой. В результате работа, затрачиваемая на это перемещение, рассеивается в виде тепла.
Международная стандартная атмосфера (сокр. МСА, англ. ISA) - условное вертикальное распределение температуры, давления и плотности воздуха в атмосфере Земли принятое международной организацией по стандартизации. До высоты 80 км параметры атмосферы соответствуют средним для географической широты 45°. Основой для расчёта параметров МСА служит барометрическая формула, с определёнными в стандарте параметрами.
Термоклин , или слой температурного скачка - слой воды, в котором градиент температуры резко отличается от градиентов выше- и нижележащих слоев. Возникает при наличии неперемешивающихся слоёв воды с разной температурой. Может иметь мощность от нескольких метров до десятков метров.
Неустойчивость Рэлея - Тейлора (названа в честь лорда Рэлея и Дж. И. Тейлора) - самопроизвольное нарастание возмущений давления, плотности и скорости в газообразных и жидких средах с неоднородной плотностью, находящихся в гравитационном поле (Рэлей, 1900 г.) либо движущихся с ускорением (Тейлор, 1950 г.).
Барическая ложбина - вытянутые области относительно низкого атмосферного давления, в некоторых случаях связанные с атмосферными фронтами. Противоположные стороны барических ложбин характеризуются поворотом направления ветра, что может быть отмечено наблюдателем на поверхности при их прохождении. Синоптические области низкого давления с отсутствием поворота ветра называются барическими седловинами, последние обычно связаны с теми или иными гористыми регионами.
Микротурбулентность - вид турбулентности, свойства которой меняются на малых масштабах длины. Крупномасштабная турбулентность носит название макротурбулентности.
Температу́рный дрейф - изменение электрических параметров электронного устройства, электронного прибора вызванное изменением внешней температуры среды. Иногда такое изменение называют температурным уходом параметра.
Температу́ра (от лат. temperatura - надлежащее смешение, нормальное состояние) - физическая величина, характеризующая термодинамическую систему и количественно выражающая интуитивное понятие о различной степени нагретости тел.
Сдвиг ветра (англ. Wind Shear) - повышенный градиент скорости и (или) направления ветра в случаях, когда они значительно изменяются на относительно небольшом участке в атмосфере. Сдвиг ветра обычно раскладывают на горизонтальную (м/с на 1 км расстояния) и вертикальную (м/с на 30 м высоты) компоненты, из которых горизонтальная как правило более значительная в районе атмосферных фронтов, а вертикальная - у поверхности Земли, хотя обе могут быть значительными и на больших высотах в районе высотных струйных...
Магнитогидродинамическая обработка (МГДО) – способ воздействия на поток минерализованной воды, в котором под воздействием магнитного поля индуцируется электрический ток. Электрический ток в электролитах поддерживается, как известно, перемещением заряжённых ионов и в потоке воды происходит изменение концентрации в объёме потока положительных и отрицательных ионов. С использованием МГДО можно добиться таких эффектов как, местное снижение pH воды (для снижения коррозионной активности потока воды), создания...
Эффект Вентури заключается в падении давления, когда поток жидкости или газа протекает через суженную часть трубы. Этот эффект назван в честь итальянского физика Джованни Вентури (1746-1822).
(др.-греч. τρόπος «поворот, изменение» + σφαῖρα «шар») - нижний, наиболее изученный слой атмосферы, высотой в полярных областях 8-10 км, в умеренных широтах до 10-12 км, на экваторе - 16-18 км.
Стратификация атмосферы (от лат. stratum - слой и facio - делаю) - распределение температуры в атмосфере с высотой. Стратификация атмосферы может быть устойчивой, неустойчивой и безразличной по отношению к сухому (или влажному ненасыщенному) и насыщенному воздуху. При устойчивой С. а вертикальный градиент температуры меньше адиабатического (сухо- или влажно адиабатического, смотря по условиям влажности), при неустойчивой - больше адиабатического, при безразличной - равен адиабатическому. Неустойчивая...
| Описание | Пример | |
|---|---|---|
| <тип> | Указывает тип значения. | <размер> |
| A && B | Значения должны выводиться в указанном порядке. | <размер> && <цвет> |
| A | B | Указывает, что надо выбрать только одно значение из предложенных (A или B). | normal | small-caps |
| A || B | Каждое значение может использоваться самостоятельно или совместно с другими в произвольном порядке. | width || count |
| Группирует значения. | [ crop || cross ] | |
| * | Повторять ноль или больше раз. | [,<время>]* |
| + | Повторять один или больше раз. | <число>+ |
| ? | Указанный тип, слово или группа не является обязательным. | inset? |
| {A, B} | Повторять не менее A, но не более B раз. | <радиус>{1,4} |
| # | Повторять один или больше раз через запятую. | <время># |
Значения
<угол>
Задаёт угол наклона градиентной линии, который показывает направление градиента. Вначале пишется положительное или отрицательное значение угла, затем к нему слитно добавляется deg.
Нулю градусов (или 360º) соответствует градиент снизу вверх, далее отсчёт ведётся по часовой стрелке. Отсчёт угла наклона градиентной линии показан ниже.
<цвет> Представляет собой значение цвета (см. цвет), за которым идёт необязательная позиция цвета относительно оси градиента, она задаётся в процентах от 0% до 100% или в любых других подходящих для CSS единицах. <позиция> Для записи позиции вначале пишется to , а затем добавляются ключевые слова top , bottom и left , right , а также их сочетания. Порядок слов не важен, можно написать to left top или to top left . В табл. 1 приведены разные позиции и тип получаемого градиента для цветов #fff и #000, по другому от белого к чёрному.
| Позиция | Описание | Вид | |
|---|---|---|---|
| to top | 0deg | Снизу вверх. | |
| to left | 270deg -90deg | Справа налево. | |
| to bottom | 180deg | Сверху вниз. | |
| to right | 90deg -270deg | Слева направо. | |
| to top left | От правого нижнего угла к левому верхнему. | ||
| to top right | От левого нижнего угла к правому верхнему. | ||
| to bottom left | От правого верхнего угла к левому нижнему. | ||
| to bottom right | От левого верхнего угла к правому нижнему. |
Применение угла вместо ключевых слов даёт аналогичный результат только для горизонтальных и вертикальных градиентов.
Пример
Здесь обсценная идиома традиционно начинает прозаический образ, но языковая игра не приводит к активно-диалогическому пониманию.
Результат данного примера показан на рис. 1.
Рис. 1. Линейный градиент для абзаца
Примечание
Chrome до версии 26, Safari до версии 6.1 и Android до версии 4.4 поддерживают -webkit-linear-gradient() .
Opera до версии 12.10 поддерживает -o-linear-gradient() .
Firefox до версии 16 поддерживает -moz-linear-gradient() .
Все свойства с префиксами не используют ключевое слово to при задании направления градиента.
Спецификация
Каждая спецификация проходит несколько стадий одобрения.
- Recommendation (Рекомендация ) - спецификация одобрена W3C и рекомендована как стандарт.
- Candidate Recommendation (Возможная рекомендация ) - группа, отвечающая за стандарт, удовлетворена, как он соответствует своим целям, но требуется помощь сообщества разработчиков по реализации стандарта.
- Proposed Recommendation (Предлагаемая рекомендация ) - на этом этапе документ представлен на рассмотрение Консультативного совета W3C для окончательного утверждения.
- Working Draft (Рабочий проект ) - более зрелая версия черновика после обсуждения и внесения поправок для рассмотрения сообществом.
- Editor"s draft (Редакторский черновик ) - черновая версия стандарта после внесения правок редакторами проекта.
- Draft (Черновик спецификации ) - первая черновая версия стандарта.
CSS-градиент представляет собой переходы от одного цвета к другому.
Градиенты создаются с помощью функций linear-gradient() и radial-gradient() .
Градиентный фон можно устанавливать в свойствах background , background-image , border-image и list-style-image .
Как сделать градиент в CSS
Поддержка браузерами
IE: 10.0
Firefox: 16, 3.6 -moz-
Chrome: 26.0, 10.0 -webkit-
Safari: 6.1, 5.1 -webkit-
Opera: 12.1, 11.1 -o-
iOS Safari: 7.1
Opera Mini: —
Android Browser: 4.4, 4.1 -webkit-
Chrome for Android: 44
1. Линейный градиент linear-gradient()
Рис. 1. Линия градиента, начальная и конечная точки и угол градиента
Линейный градиент создается с помощью двух и более цветов, для которых задано направление, или линия градиента .
Если направление не указано, используется значение по умолчанию — сверху-вниз .
Цвета градиента по умолчанию распределяются равномерно в направлении, перпендикулярном линии градиента.
Background: linear-gradient(угол / сторона или угол наклона с помощью ключевого слова (пары ключевых слов), первый цвет, второй цвет и т.д.);
Направление
градиента может быть задано двумя способами:
с помощью угла наклона
в градусах deg , значение которого определяет угол наклона линии внутри элемента.
Div { height: 200px; background: linear-gradient(45deg, #EECFBA, #C5DDE8); }
с помощью ключевых слов to top , to right , to bottom , to left , которые соответствуют углу градиента, равному 0deg , 90deg , 180deg и 270deg соответственно.
Div { height: 200px; background: linear-gradient(to right, #F6EFD2, #CEAD78); }
Если направление задано парой ключевых слов, например, to top left , то начальная точка градиента будет расположена в противоположном направлении, в данном случае справа внизу.
Div { height: 200px; background: linear-gradient(to top left, powderblue, pink); }
Для неравномерного распределения цветов указывается начальная позиция каждого цвета через точки остановки градиента, так называемые color stops . Точки остановки задаются в % , где 0% — начальная точка, 100% — конечная точка, например:
Div { height: 200px; background: linear-gradient(to top, #E4AF9D 20%, #E4E4D8 50%, #A19887 80%); }
Для чёткого распределения цветных полос каждый последующий цвет нужно начинать с точки остановки предыдущего цвета:
Div { height: 200px; background: linear-gradient(to right, #FFDDD6 20%, #FFF9ED 20%, #FFF9ED 80%, #DBDBDB 80%); }
2. Радиальный градиент radial-gradient()
Радиальный градиент отличается от линейного тем, что цвета выходят из одной точки (центра градиента) и равномерно распределяются наружу, рисуя форму круга или эллипса.
Background: radial-gradient(форма градиента / размер / позиция центра, первый цвет, второй цвет и т.д.);
Форма градиента определяется ключевыми словами circle или ellipse . Если форма не задана, по умолчанию радиальный градиент принимает форму эллипса.
Div { height: 200px; background: radial-gradient(white, #FFA9A1); }
Позиция центра задаётся с помощью ключевых слов, используемых в свойстве background-position , с добавлением приставки at . Если позиция центра не задана, используется значение по умолчанию at center .
Div { height: 200px; background: radial-gradient(at top, #FEFFFF, #A7CECC); }
С помощью пары значений, указанных в единицах длины % , em или px , можно управлять размером эллипсообразного градиента. Первое значение задает ширину эллипса, второе — высоту.
Div { height: 200px; background: radial-gradient(40% 50%, #FAECD5, #CAE4D8); }
Размер градиента задаётся с помощью ключевых слов. Значение по умолчанию farthest-corner (к дальнему углу).
div { height: 200px; background: radial-gradient(circle farthest-corner at 100px 50px, #FBF2EB, #352A3B); }С помощью радиального градиента можно создавать реалистичные объёмные фигуры, такие как мячи, кнопки.
Мяч
div { width: 200px; height: 200px; border-radius: 50%; margin: 0 auto; background: radial-gradient(circle at 65% 15%, aqua, darkblue); }Кнопка
Почтовая марка
Используя в градиентах прозрачный цвет, можно создавать вот такие эффекты.
Jpg">
3. Повтор градиента
В добавление к линейному и радиальному градиентам существует повтор градиента, который задается с помощью функций repeating-linear-gradient() и repeating-radial-gradient() соответственно. Фон из повторяющихся градиентов выглядит неаккуратно, поэтому рекомендуется начинать следующий цвет с точки остановки предыдущего, создавая таким образом полосатые узоры.
Div { height: 200px; background: repeating-linear-gradient(45deg, #606dbc, #606dbc 10px, #465298 10px, #465298 20px); } div { height: 200px; background: repeating-radial-gradient(circle, #B9ECFE, #B9ECFE 10px, #82DDFF 10px, #82DDFF 20px); }
4. Кроссбраузерный градиент
Для корректного отображения градиентов во всех браузерах необходимо добавить кроссбраузерную запись.
Линейный градиент
Ms-filter: "progid:DXImageTransform.Microsoft.gradient (GradientType=0, startColorstr=#1471da, endColorstr=#1C85FB)"; /* IE 8-9 */ background: -webkit-linear-gradient(left, red, #f06d06); /* Safari 5.1, iOS 5.0-6.1, Chrome 10-25, Android 4.0-4.3 */ background: -moz-linear-gradient(left, red, #f06d06); /* Firefox 3.6-15 */ background: -o-linear-gradient(left, red, #f06d06); /* Opera 11.1-12 */ background: linear-gradient(to right, red, #f06d06); /* Opera 15+, Chrome 25+, IE 10+, Firefox 16+, Safari 6.1+, iOS 7+, Android 4.4+ */
Повтор линейного градиента
Background: -webkit-repeating-linear-gradient(red, yellow 10%, green 20%); /* Safari 5.1 - 6.0 */ background: -o-repeating-linear-gradient(red, yellow 10%, green 20%); /* Opera 11.1-12.0 */ background: -moz-repeating-linear-gradient(red, yellow 10%, green 20%); /* Firefox 3.6-15 */ background: repeating-linear-gradient(red, yellow 10%, green 20%); /* Стандартный синтаксис */
Радиальный градиент
Background: -webkit-radial-gradient(red, yellow, green); /* Safari 5.1-6.0 */ background: -o-radial-gradient(red, yellow, green); /* Opera 11.6-12.0 */ background: -moz-radial-gradient(red, yellow, green); /* Firefox 3.6-15 */ background: radial-gradient(red, yellow, green); /* Стандартный синтаксис */ background: -webkit-radial-gradient(60% 55%, farthest-side, red, yellow, black); /* Safari 5.1-6.0 */ background: -o-radial-gradient(60% 55%, farthest-side, red, yellow, black); /* Opera 11.6-12.0 */ background: -moz-radial-gradient(60% 55%, farthest-side, red, yellow, black); /* Firefox 3.6-15 */ background: radial-gradient(farthest-side at 60% 55%, red, yellow, black); /* Стандартный синтаксис */
Повтор радиального градиента
Background: -webkit-repeating-radial-gradient(red, yellow 10%, green 15%); /* Safari 5.1-6.0 */ background: -o-repeating-radial-gradient(red, yellow 10%, green 15%); /* Opera 11.6-12.0 */ background: -moz-repeating-radial-gradient(red, yellow 10%, green 15%); /* Firefox 3.6-15 */ background: repeating-radial-gradient(red, yellow 10%, green 15%); /* Стандартный синтаксис */
5. Комбинация градиента и фонового изображения
За счёт комбинации градиента и изображения можно создавать интересные эффекты. Для градиента нужно использовать полупрозрачные цвета, чтобы картинка оставалась видимой.
div { height: 453px; background: linear-gradient(45deg, rgba(103, 0, 31, .8), rgba(34, 101, 163, ..jpg); background-size: cover; }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 – 70-80 0 ; средняя величина его равна 60 0 .
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 0 0 или 360 0 , восток (В) – за 90 0 , юг (Ю) – 180 0 , запад (З) – 270 0 .
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.
Рассмотрим в атмосфере прямоугольный параллелепипед с ребрами dx, dy, dz (рис. 5.12). Нас интересует изменение давления в горизонтальном направлении, т.е. вдоль оси х .
Пусть изобара с давлением р направлена параллельно оси y , вдоль ребра . Параллельно ей вдоль ребра СВ проходит изобара с давлением (p + dp ). Напомним, что атмосферное давление характеризуется силой, действующей на единицу площади поверхности, нормально последней. В дальнейшем пренебрегаем временными изменениями давления, т.е. рассматриваем его изменение только в пространстве.
Рис/ 5.12. К расчету силы горизонтального градиента давления
Итак, слева на грань AA"D"D атмосферное давление равно р. На противоположную грань ВВ"C"C давление равно . Так как сила, действующая на всю грань, равна произведению атмосферного давления на ее площадь, запишем выражение для силы:
· слева рdydz ,
· справа .
В результате на объем dxdydz действует сила (dF x ), равная
Согласно второму закону Ньютона, сила dF x и масса рассматриваемого объема
dm = рdxdydz (5.2)
связаны между собой (отношение силы к массе равно ускорению а ):
откуда, с учетом (5.1) и (5.2)
Мы получили выражение для ускорения а , которое создает сила барического градиента. Величина его, согласно (5.3), равна силе барического градиента, приходящейся на единицу массы элементарного объема воздуха. Знак минус в формуле (5.1) и (5.4) указывает, что сила и ускорение барического градиента направлены в сторону убывания давления. Причем сила и ускорение барического градиента действуют в направлении наиболее быстрого убывания давления. Таким направлением является направление нормали к изобаре в рассматриваемой точке приложения силы.
В (5.4) выражение равно численной величине барического градиента. Горизонтальный барический градиент можно графически представить стрелкой, направленной по нормали к изобаре в сторону убывания давления. Длина стрелки должна быть пропорциональна числовой величине градиента (рис. 5.13). Иначе говоря, величина горизонтального барического градиента обратно пропорциональна расстоянию между изобарами.
Очевидно, что там, где изобары сгущены, барический градиент, т.е. изменение давления на единицу расстояния по нормали к изобаре, – больше. Там, где изобары раздвинуты, барический градиент меньше.
Рис. 5.13. Стрелки обозначают горизонтальный барический градиент в трех точках барического поля
Изобарические поверхности наклонены всегда в направлении градиента, т.е. в направлении, куда давление убывает (рис. 5.13).
Вертикальный барический градиент (см. гл. 1) в десятки тысяч раз больше горизонтального. Далее речь пойдет только о горизонтальном барическом градиенте. Для определения среднего барического градиента для участка барического поля измеряют давление вдоль нормали к изобарам в двух точках, расположенных на расстоянии, соответствующем одному градусу меридиана (111 км). Барический градиент численно равен разнице давлений и имеет размерность мб/111 км (или гПа/111 км). В атмосфере у земной поверхности порядок величины горизонтальных барических градиентов составляет несколько миллибар (чаще 1–3) на каждый градус меридиана (111 км).
Рис. 5.14. Вертикальный разрез изобарических поверхностей. Стрелка – направление горизонтального барического градиента; двойная линия – поверхность уровня
Например, пусть на синоптической карте масштаба 1: 10 000 000 расстояние между соседними изобарами составляет 2 см. Шаг изолиний 5 мб. Для указанного масштаба 2 см на карте соответствуют 200 км в натуре. Следовательно, разница давлений на 100 км составит 5/2= 2.5 мб/100 км. Для расстояния 111 км эта разница = 2.75 мб/111 км.
Если бы в атмосфере действовала только сила горизонтального барического градиента, то воздух двигался бы равноускоренно, с ускорением, которое можно рассчитать по формуле (5.4). Ускорение при реальных градиентах давления составляет небольшую величину, порядка 0–0.3 см/с 2 . Тем не менее с ростом продолжительности действия силы барического градиента, скорости ветра бы неограниченно возрастали. В действительности скорости ветра редко превышают 10 и более м/с. Следовательно, действуют также другие силы, уравновешивающие силу барического градиента (об этом – в следующей главе).
Изменение барического градиента с высотой связаны с неравномерным распределением температуры. Следуя С.П. Хромову , представим себе, что у земной поверхности барический градиент равен нулю т.е. давление во всех точках одинаково (рис. 5.15). При этом температура в одной части рассматриваемой области выше, в другой ниже. Г оризонтальный температурный (термический) градиент по определению T,всегда направлен по нормали к изотерме (линии равных температур) в ту сторону, куда температура возрастает.
Вспомним, что давление падает с высотой тем быстрее, чем ниже температура воздуха. Отсюда следует, что изобарические поверхности при неравномерном распределении температуры не могут быть горизонтальными. Если даже приземная изобарическая поверхность горизонтальна, то каждая вышележащая изобарическая поверхность будет приподнята над нижележащей поверхностью в холодном воздухе меньше, в теплом воздухе больше. Это означает, что вышележащие поверхности будут наклонены от теплого воздуха к холодному (рис. 5.15). Таким образом, хотя у земной поверхности горизонтальный барический градиент нулевой, в вышележащих слоях такой градиент имеется.
|
Xолод Tепло
Рис. 5.15. Связь между горизонтальными градиентами температуры и давления
Более того, каков бы ни был горизонтальный барический градиент у земной поверхности, с высотой он будет по своему направлению приближаться к горизонтальному температурному градиенту. На достаточно большой высоте горизонтальный барический градиент будет близко совпадать по направлению со средним горизонтальным градиентом температуры в слое воздуха от нижнего уровня до верхнего. Из рис. 5.15 следует, что в теплых областях атмосферы давление на заданной высоте будет повышенным, а в холодных областях пониженным.
