Весна, пора в поход. А что у нас там с погодой? Ну нет, мы надеемся, что погода будет «звенеть. Но мы же грамотные и любознательные туристы! Давайте попробуем сами предсказать погоду?!
Для начала, совсем немного теории. Глобально, погода на земле определяется Солнцем (солнечной радиацией), углом наклона оси Земли (сезонные колебания) и ее вращением.
Возьмем наше северное полушарие (в южном тоже самое но в обратную сторону, ну мы же знаем, что в Австралии на головах ходят). На полюсе и в верхних широтах у нас холодный воздух, а холодный воздух более тяжел (плотность его больше) то и атмосферное давление там выше, с удалением от полюса воздух прогревается и поднимается (атмосферное давление становится ниже) следовательно воздух должен перетекать из зоны высокого о давления в сторону низкого давления. То есть от полюса к экватору, это движение воздуха из зоны повышенного в зону пониженного давления задается вектором, который называется «Барический градиент». Но в реальности такого не происходит. Мы не даром упомянули ось наклона Земли. Летом наклон больше в нашем полушарии и прогрев интенсивней. Воздух из северных широт перетекает на юг, в зоне умеренных широт (наши места) он нагревается и поднимается образуется пояс низкого давления умеренных широт. В тоже время прогретый экваториальный воздух поднимаясь охлаждается и растекается севернее и южнее экватора. Воздух опускающийся севернее экватора образует зону высокого давления. Так как он опустился в тропических широтах он также интенсивно нагревается (поэтому тропики «странное» сочетание высокого давления с повышенной температурой) и снова поднимается. Охлаждаясь он опускается. Куда?! Правильно в область низкого давления умеренных широт но уже с южной стороны (см. рисунок). Но тогда получается ветер должен строго дуть либо с севера на юг либо с юга на север, но так не происходит. Почему?!
Рис. пояса давлений
Тут вступает в дело вращение земли. Для начала проведем простой эксперимент. Давайте возьмем мелки и выйдем во двор, найдем детскую карусель и покатаемся, но перед этим намажем подошвы мелом. Встанем, как можно ближе к центру карусели. Выберем себе ориентир, раскрутим карусель по часовой стрелке и двинемся от центра в направлении ориентира. Нас все время будет качать в сторону вращения, а когда остановим карусель и посмотрим на наши следы то мы увидим, что они располагаются не по прямой от центра к краю, а образуют дугу (см. рисунок) подворачивающую вправо. Вот эта сила, которая толкала нас вправо, называется «Кориолесова», вернее ее горизонтальная составляющая.
Рис. Сила Кориолиса
Теперь посмотрим на картинку с поясами давлений. Возьмем умеренный пояс пониженного давления и пояс повышенного давления с юга (пояс повышенного давления полярных широт пока отбросим, так как в силу очень низких температур, высота области повышенного давления небольшая по сравнению с более южными областями и расположена на намного меньшей площади, если смотреть на глобус). Получается основной ветер в северном полушарии должен дуть с юга (направление «барического градиента»). Но мы покатались на карусели и поняли, что Кориолис с его силой тянет вправо. И эта сила уравновешивает «барический градиент» и даже пересиливает. Получается ветер за счет Кариолисовой силы разворачивается вправо, то есть на восток, а с приближением к экватору и попаданием в зону низкого давления (экваториальный пояс низкого давления) поворачивает еще правее и дует на запад. Получается в идеале такой уравновешенный ветер (он называется «геострофический») дует вдоль поясов низкого и высокого давления. И вот парадокс, такой ветер практически в природе не встречается, потому что…
Рис. Распределение ветра.
Потому что, атмосфера не является однородной массой. В приземном слое (до примерно 600-800 метров) перемещение воздушных масс сильно тормозится земной поверхностью (трение с земной поверхностью). За счет этого сила Кориолеса меньше и ветер не доворачивает вправо на 20-25 градусов (а над водой, где нет препятствий и гладкая поверхность, всего-лишь на 10 градусов). С подъемом на высоту из-за контраста температур сила трения исчезает и ветер сильнее доварачивает вправо. Таким образом настоящий ветер всегда дует под углом 20-20 градусов к поясам повышенного или пониженного давления. Но и пояса пониженного или повышенного давления тоже не представляют собой слой одинакового давления. Например давление в центре пояса повышенного давления выше чем по краям и также не равномерно из-за разности прогрева рельефа местности, наличия водных поверхностей и тому подобного. Синоптики с помощью зондов, спутникового наблюдения, наземных метеостанций наносят на специальную карту точки с различным давлением. Точки с одинаковым давлением соединяются линиями (или кривыми) и называются - изобарами.
Рис. Изобары.
Такие линии можно увидеть на синоптических картах (в зависимости от их назначения), которые составляются для различных высот на определённый промежуток времени. Мы же в прогнозах погоды чаще видим карту давлении приземного слоя. Получается нам достаточно взглянуть на такую карту и определить, что ветер дует вдоль изобар (под небольшим углом к ним). Ок. А как определить, в какую сторону вдоль изобар дует?! О это легко, взгляните на карту, посмотрите, где расположены линии с повышенным и пониженным давлением. Мысленно проведите перпендикуляр от линий повышенного к линиям пониженного давления и поверните его вправо так, чтобы он прошелся по касательной к линии повышенного давления в той точке откуда вы провели перпендикуляр, тоже самое можно проделать, если провести перпендикуляр от зоны пониженного давления к зоне повышенного, но повернуть перпендикуляр влево. Там, где линии расположены чаще и ближе к друг другу можно найти максимальный ветер (получается, в этом месте поверхность давления имеет более крутой наклон и следовательно воздух «скатывается» в зон пониженного давления быстрее, как если катиться на велосипеде с крутой или пологой горки.
Рис. Направление ветра по изобарам.
Брр…скажете вы. А как же спуск холодного воздуха и подъем теплого воздуха в поясах низкого и высокого давления?! А все также. Представим, что воздух поднимается и опускается (циркулирует) по окружности и эта окружность основание сжатой пружины. Растянем пружину. Видите, воздух течет вдоль витков под углом земле. В реальности пружина не круглая и витки не постоянные, но думаем принцип понятен.
Рис. Подъем и спуск воздуха.
Хорошо, но почему тогда ветер не дует постоянно в одном и том же направлении и где посреди все-го этого тучи, дожди, ясная погода?! А все это внутри воздушных масс и мы о них расскажем. Следите за погодой…