Atmosferde kenarları olan dikdörtgen bir paralel yüzlü düşünelim dx, dy, dz(Şekil 5.12) . Yatay yöndeki basınç değişimiyle ilgileniyoruz, yani. eksen boyunca X.
İzobarın basınçla olmasına izin verin R eksene paralel yönlendirilmiş sen, kenar boyunca. Kenar boyunca buna paralel kuzeydoğu basınçla bir izobardan geçer ( p+dp). Atmosfer basıncının birim yüzey alanına (normalde ikincisi) etki eden kuvvetle karakterize edildiğini hatırlayın. Aşağıda basınçtaki geçici değişiklikleri ihmal ediyoruz; Değişimini sadece uzayda düşünüyoruz.
Şekil/ 5.12. Yatay basınç gradyanının kuvvetinin hesaplanmasına doğru
Yani, AA"D"D yüzünün sol tarafında atmosfer basıncı R. BB"C"C'nin karşı tarafında basınç eşittir. Yüzün tamamına etki eden kuvvet, atmosferik basınç ile alanının çarpımına eşit olduğundan, kuvvetin ifadesini yazıyoruz:
· sol рdydz,
· sağda .
Sonuç olarak hacim dxdydz kuvvet eylemleri ( dFx), eşittir
Newton'un ikinci yasasına göre kuvvet dFx ve söz konusu hacmin kütlesi
dm = рdxdydz (5.2)
birbirine bağlı (kuvvetin kütleye oranı ivmeye eşittir) A):
(5.1) ve (5.2) dikkate alınarak nereden
İvme için bir ifade elde ettik A basınç gradyanının kuvveti tarafından oluşturulan. (5.3)'e göre değeri, temel hava hacminin birim kütlesi başına basınç gradyan kuvvetine eşittir. Formül (5.1) ve (5.4)'teki eksi işareti, basınç gradyanının kuvvetinin ve ivmesinin azalan basınç yönünde yönlendirildiğini gösterir. Ayrıca, basınç gradyanının kuvveti ve ivmesi, basınçtaki en hızlı azalma yönünde etki eder. Bu yön, kuvvetin dikkate alınan uygulama noktasında izobarın normalinin yönüdür.
(5.4)'teki ifade, basınç gradyanının sayısal değerine eşittir. Yatay basınç gradyanı, izobara dik olarak azalan basınç yönünde yönlendirilmiş bir okla grafiksel olarak temsil edilebilir. Okun uzunluğu degradenin sayısal değeriyle orantılı olmalıdır (Şekil 5.13). Başka bir deyişle, yatay basınç gradyanının büyüklüğü izobarlar arasındaki mesafeyle ters orantılıdır.
İzobarların yoğunlaştığı yerde basınç gradyanının yani; izobara normal birim mesafe başına basınçtaki değişiklik daha fazladır. İzobarların birbirinden uzaklaştırıldığı yerde basınç gradyanı daha küçüktür.
Pirinç. 5.13. Oklar, basınç alanının üç noktasındaki yatay basınç gradyanını gösterir
İzobarik yüzeyler her zaman gradyan yönünde eğimlidir, yani. basıncın azaldığı yönde (Şekil 5.13).
Dikey basınç gradyanı (bkz. Bölüm 1) yatay olandan onbinlerce kat daha fazladır. Ayrıca sadece yatay basınç gradyanı hakkında konuşacağız. Basınç alanının bir bölümü için ortalama basınç gradyanını belirlemek için basınç, meridyenin bir derecesine (111 km) karşılık gelen bir mesafede bulunan iki noktada izobarlara normal boyunca ölçülür. Basınç gradyanı sayısal olarak basınç farkına eşittir ve mb/111 km (veya hPa/111 km) boyutuna sahiptir. Dünya yüzeyine yakın atmosferde, yatay basınç gradyanlarının büyüklük sırası her meridyen derecesi (111 km) için birkaç milibardır (genellikle 1-3).
Pirinç. 5.14. İzobarik yüzeylerin dikey kesiti. Ok – yatay basınç gradyanının yönü; çift hatlı – düz yüzey
Örneğin 1:10.000.000 ölçekli bir sinoptik haritada komşu izobarlar arasındaki mesafe 2 cm, izobar aralığı ise 5 mb olsun. Belirtilen ölçek için haritada 2 cm gerçekte 200 km'ye karşılık gelmektedir. Dolayısıyla 100 km'deki basınç farkı 5/2 = 2,5 mb/100 km olacaktır. 111 km'lik mesafe için bu fark = 2,75 mb/111 km'dir.
Eğer atmosferde yalnızca yatay barik eğimin kuvveti etkili olsaydı, o zaman hava, formül (5.4) kullanılarak hesaplanabilen bir ivme ile eşit şekilde ivmelenerek hareket ederdi. Gerçek basınç gradyanlarındaki ivme 0-0,3 cm/s2 mertebesinde küçüktür. Bununla birlikte, basınç gradyanı kuvvetinin süresi arttıkça rüzgar hızları süresiz olarak artacaktır. Gerçekte rüzgar hızları nadiren 10 m/s veya daha fazlasını aşar. Sonuç olarak, basınç gradyanının kuvvetini dengeleyen başka kuvvetler de etki eder (bununla ilgili daha fazlası bir sonraki bölümde yer alır).
Yüksekliğe bağlı olarak basınç gradyanındaki değişim Düzensiz sıcaklık dağılımı ile ilişkilidir. S.P.'yi takip etmek Khromov, dünya yüzeyindeki basınç eğiminin sıfır olduğunu hayal edin, yani. tüm noktalardaki basınç aynıdır (Şekil 5.15). Bu durumda, söz konusu bölgenin bir kısmındaki sıcaklık daha yüksek, diğerinde ise daha düşüktür. G Yatay sıcaklık (termal) gradyanı, T tanımı gereği, her zaman sıcaklığın arttığı yönde izoterme (eşit sıcaklık çizgisi) dik olarak yönlendirilir.
Hava sıcaklığı ne kadar düşük olursa, yüksekliğin artmasıyla basıncın da o kadar hızlı azaldığını unutmayalım. Eşit olmayan sıcaklık dağılımına sahip izobarik yüzeylerin yatay olamayacağı sonucu çıkar. Yüzey izobarik yüzeyi yatay olsa bile, üstteki izobarik yüzeylerin her biri, soğuk havada daha az, sıcak havada ise daha fazla alttaki yüzeyin üzerine yükselecektir. Bu, üstteki yüzeylerin sıcak havadan soğuk havaya doğru eğileceği anlamına gelir (Şekil 5.15). Dolayısıyla, dünya yüzeyindeki yatay basınç gradyanı sıfır olmasına rağmen, üstteki katmanlarda böyle bir gradyan vardır.
|
Soğuk ılık
Pirinç. 5.15. Yatay sıcaklık ve basınç gradyanları arasındaki ilişki
Ayrıca, dünya yüzeyindeki yatay basınç gradyanı ne olursa olsun, yükseklikle birlikte kendi yönündeki yatay sıcaklık gradyanına yaklaşacaktır. Yeterince yüksek bir rakımda, yatay basınç gradyanı, alt seviyeden üst seviyeye doğru hava katmanındaki ortalama yatay sıcaklık gradyanı ile aynı doğrultuda olacaktır. Şek. Şekil 5.15'e göre, atmosferin sıcak bölgelerinde belirli bir yükseklikteki basınç artacak, soğuk bölgelerde ise azalacaktır.
Sinoptik bir harita üzerinde izobarlara baktığımızda, bazı yerlerde izobarların daha yoğun, bazılarında ise daha az sıklıkta olduğunu fark ederiz. İlk etapta atmosferik basıncın yatay yönde daha güçlü, ikincisinde ise daha az değiştiği açıktır.
Yatay basınç gradyanı veya yatay basınç gradyanı olarak adlandırılan yöntemi kullanarak atmosferik basıncın yatay yönde nasıl değiştiğini doğru bir şekilde ifade edebilirsiniz. Yatay basınç gradyanı, yatay düzlemde (daha kesin olarak seviye yüzeyinde) birim mesafe başına basınçtaki değişikliktir; bu durumda mesafe basıncın en çok azaldığı yöne doğru alınır.
Dolayısıyla, yatay basınç gradyanı, yönü, azalan basınç yönünde izobarın normal yönü ile çakışan bir vektördür ve sayısal değeri, bu yöndeki basıncın türevine eşittir (G = - - dp/dl).
Herhangi bir vektör gibi, yatay basınç gradyanı da grafiksel olarak bir okla temsil edilebilir; bu durumda, izobara dik olarak azalan basınç yönünde yönlendirilen bir ok.
İzobarların yoğunlaştığı yerde, izobara normal birim mesafe başına basınçtaki değişiklik daha fazladır; izobarların birbirinden ayrıldığı yerde daha küçüktür.
Atmosferde yatay bir basınç gradyanı varsa, bu, atmosferin belirli bir kısmındaki izobarik yüzeylerin düz yüzeye eğimli olduğu ve dolayısıyla onunla kesişerek izobarlar oluşturduğu anlamına gelir.
Uygulamada, basınç alanının belirli bir bölümü için ortalama basınç gradyanı sinoptik haritalar üzerinde ölçülür. Yani, belirli bir alandaki iki bitişik izobar arasındaki mesafeyi düz bir çizgi boyunca ölçerler. Daha sonra izobarlar arasındaki basınç farkı (genellikle 5 mb), büyük birimlerle ifade edilen bu mesafeye (100 km) bölünür. Dünya yüzeyine yakın gerçek atmosferik koşullar altında, yatay basınç gradyanları 100 km'de birkaç milibar (genellikle 1-3) düzeyindedir.
Yüksekliğe bağlı basınç değişimi
Yükseklik arttıkça atmosfer basıncı azalır. Bunun iki nedeni var. Birincisi, biz ne kadar yüksekte olursak, üzerimizdeki hava sütununun yüksekliği o kadar düşük olur ve dolayısıyla üzerimize daha az ağırlık basar. İkincisi, yükseklik arttıkça havanın yoğunluğu azalır, daha seyrek hale gelir, yani içinde daha az gaz molekülü bulunur ve bu nedenle daha az kütle ve ağırlığa sahiptir.
Uluslararası Standart Atmosfer (kısaltılmış ISA, İngilizce ISA), Dünya atmosferindeki sıcaklık, basınç ve hava yoğunluğunun koşullu dikey dağılımıdır. ISA parametrelerini hesaplamanın temeli, standartta tanımlanan parametrelerle birlikte barometrik formüldür.
ISA için aşağıdaki koşullar kabul edilir: 15 °C sıcaklıkta ortalama deniz seviyesinde hava basıncı 1013 mb'ye (101,3 kN/mI veya 760 mm Hg) eşittir, yükseklik 6,5 ° arttıkça sıcaklık dikey olarak azalır C'den 1 km'ye kadar 11 km seviyesine (tropopoz başlangıcının koşullu yüksekliği), sıcaklığın ?56,5 ° C'ye eşit olduğu ve neredeyse değişmenin durduğu yer.
BASINÇ ALANI VE RÜZGAR
(S.P. Khromov'a göre)
Basınç alanı
İkinci bölümde atmosferik basınçtan, ifade edildiği birimlerden ve bunun yükseklikle değişiminden bahsedildi. Bu bölümde basıncın yatay dağılımına ve bunun zaman içindeki değişimlerine odaklanacağız.Her ikisi de rüzgar rejimiyle yakından ilişkilidir.
Atmosfer basıncının dağılımına barik alan denir. Atmosfer basıncı skaler bir miktardır: atmosferdeki her noktada milibar veya milimetre cıva cinsinden ifade edilen bir sayısal değerle karakterize edilir. Sonuç olarak basınç alanı da skaler bir alandır. Herhangi bir skaler alan gibi, uzayda belirli bir skalerin eşit değerlerine sahip yüzeylerle ve bir düzlemde eşit değerlere sahip çizgilerle görsel olarak temsil edilebilir. Basınç alanı durumunda bunlar izobarik yüzeyler ve izobarlar olacaktır.
Tüm atmosferin, dünyayı çevreleyen bir izobarik yüzey ailesi tarafından nüfuz ettiği düşünülebilir. Bu yüzeyler seviye yüzeyleriyle ark dakikaları mertebesinde çok küçük açılarla kesişir. Deniz seviyesi de dahil olmak üzere her seviye yüzeyi ile kesişme noktasında izobarik yüzeyler üzerinde izobarlar oluşturur.
1000 değerinde izobarik yüzey MB deniz seviyesine yakın geçer. İzobarik yüzey 700 MB 3'e yakın rakımlarda bulunur kilometre; izobarik yüzey 500 mb - 5'e yakın rakımlarda km.İzobarik yüzeyler 300 ve 200 MB sırasıyla yaklaşık 9 ve yaklaşık 12 yüksekliklerde bulunur km, yani tropopoza yakın; yüzey 100 mb - yaklaşık 16 km.
Düz yüzeylerle kesişen izobarik yüzeylerin her biri, her an farklı noktalarda, deniz seviyesinden farklı yüksekliklerdedir.
Örneğin, 500'lük izobarik bir yüzey MB Avrupa'nın bir bölümünde yaklaşık 6000 rakımda bulunabilir M, ve Avrupa'nın başka bir yerinde - yaklaşık 5000 rakımda M. Bu öncelikle deniz seviyesinde her an farklı yerlerdeki basıncın farklı olmasına bağlıdır; ikincisi, atmosferik kolonun farklı yerlerdeki ortalama sıcaklığının da farklı olmasından kaynaklanmaktadır. Ve ikinci bölümden biliyoruz ki, hava sıcaklığı ne kadar düşük olursa, yükseklikle birlikte basınç da o kadar hızlı düşer. Deniz seviyesinde bile basınç her yerde aynıysa, o zaman atmosferin soğuk kısımlarında üstteki izobarik yüzeyler azalacak, sıcak kısımlarda ise tam tersine yükselecektir.
Barik topografya haritaları
Atmosfer basıncının uzaysal dağılımı zaman içinde sürekli olarak değişir. Bu, atmosferdeki izobarik yüzeylerin konumunun sürekli değiştiği anlamına gelir. Barik ve termal alanlardaki değişiklikleri izlemek için, pratikte hava durumu hizmetleri günlük olarak aerolojik gözlemlere dayanarak izobarik yüzeylerin topografya haritalarını (basınç topografya haritaları) hazırlar.
Zamanın belirli bir noktasında farklı istasyonlarda belirli bir izobarik yüzeyin deniz seviyesinden yükseklikleri, bir mutlak basınç topografyası haritası üzerinde işaretlenir, örneğin yüzey 500 MB 1 Ocak 1967 sabahı saat 6'da. Eşit yüksekliğe sahip noktalar, eşit yükseklikte çizgilerle - izohipslerle (mutlak izohipsler) birbirine bağlanır. İzohipslerle, belirli bir izobarik yüzeyin bulunduğu atmosferin katmanlarındaki basınç dağılımı değerlendirilebilir.
Atmosferde her zaman basıncın çevredeki alanlardan daha yüksek veya daha düşük olduğu alanlar vardır. Aslında atmosferin tamamı, konumu sürekli değişen yüksek veya alçak basınç alanlarından oluşur. Ayrıca, düşük basınç alanlarında (siklonlar veya çöküntüler) her seviyedeki basınç, alanın merkezinde en düşük seviyededir ve çevreye doğru artar. Üstelik basınç yükseklikle birlikte daima azalır; bu nedenle siklondaki izobarik yüzeyler, çevreden merkeze doğru azalan huni şeklinde bükülür (Şekil 54). Sonuç olarak, mutlak topografya haritasında siklonun merkezinde daha düşük yükseklik değerlerine sahip izohipsler, çevrede ise daha yüksek değerlere sahip izohipsler olacaktır (Şekil 55). Yüksek basınç alanında - bir antisiklon, aksine, merkezdeki her seviyede en yüksek basınç olacaktır; bu nedenle antisiklondaki izobarik yüzeyler kubbe şeklinde olacak ve antisiklonun merkezindeki mutlak basınç topografyası haritasında en yüksek değerlere sahip izohipsleri bulacağız (aynı şekillere bakınız).
Pirinç. 54. Siklondaki (H) ve antisiklondaki (B) dikey kesitteki izobarik yüzeyler.
Bağıl basınç topoğrafyasının haritaları da derlenmiştir. Böyle bir haritada belirli bir izobarik yüzeyin yükseklikleri çizilir, ancak deniz seviyesinden değil (mutlak barik topografya haritalarında olduğu gibi), izobarik yüzeyin altında yatan başka bir seviyeden ölçülür. Örneğin 500 yüzeyin yükseklik haritasını oluşturabilirsiniz. MB yüzeyin üstünde 1000 MB vesaire.
Pirinç. 55. İzobarik yüzey 500'ün mutlak topografya haritasında siklon (H) ve antisiklon (B) mb.
Sayılar onlarca metrelik yüksekliklerdir. Bir siklonda izobarik yüzey, antisiklondakinden daha deniz seviyesine daha yakındır.
Bu tür yüksekliklere göreceli denir ve bunlar boyunca çizilen izohipslere göreceli izohips denir.Bir izobarik yüzeyin diğerinin üzerindeki göreceli yüksekliği, bu iki yüzey arasındaki ortalama hava sıcaklığına bağlıdır (Şekil 56). İkinci Bölümden basınç seviyesinin sıcaklığa bağlı olduğunu biliyoruz. Ancak basınç seviyesi, yani basıncı bir birim farklı olan iki seviye arasındaki mesafe, esasen bir izobarik yüzeyin diğerinin üzerindeki göreceli yüksekliğidir.
Pirinç. 56. Dikey kesitte sıcak (T) ve soğuk (X) bölgelerindeki izobarik yüzeyler. Sıcak bölgede birbirlerinden ayrılar, soğuk bölgede ise daha yakınlar
Buradan, harita üzerindeki göreceli yüksekliklerin dağılımından, alınan iki izobarik yüzey arasındaki hava katmanındaki ortalama sıcaklıkların dağılımının anlaşılabileceği anlaşılmaktadır.
Pirinç. 57. İzobarik bir yüzeyin 500 göreceli topografyasının haritasındaki sıcak (T) ve soğuk (X) bölgeler MB yüzeyin üstünde 1000 mb.
Sıcak bölgelerde iki yüzey arasındaki atmosferik tabakanın kalınlığı artar, soğuk bölgelerde ise azalır.
Göreceli yükseklik ne kadar büyük olursa, katmanın sıcaklığı da o kadar yüksek olur. Sonuç olarak, göreceli topoğrafya haritaları atmosferdeki sıcaklığın dağılımını gösterir (Şekil 57). Bazen mutlak ve göreceli topografya haritalarının birlikte atmosferin termobarik alanını temsil ettiği söylenir.
Meteoroloji hizmetinde mutlak topografya haritaları genellikle 1000, 850, 700, 500, 300, 200, 100, 50, 25 izobarik yüzeyler için derlenir. mb, ve göreceli topografya haritaları - 1000'in üzerinde yüzey 500 için mb. Basınç topografya haritaları, birkaç günden bir aya kadar zaman aralıklarındaki ortalama veriler kullanılarak hazırlanır. Klimatolojik amaçlar için uzun vadeli ortalama verilerden derlenen basınç topoğrafyası haritaları kullanılır.
Açıkçası, barik topografya haritaları izobarik yüzeylerin yüksekliğini değil, jeopotansiyellerini gösterir. Jeopotansiyel (mutlak), yerçekimi alanındaki birim kütlenin potansiyel enerjisidir. Başka bir deyişle, izobarik bir yüzeyin her noktadaki jeopotansiyeli, bir birim kütleyi deniz seviyesinden belirli bir noktaya yükseltmek için yerçekimine karşı yapılması gereken iştir. Tanım gereği atmosferdeki her noktadaki jeopotansiyel şuna eşittir: Ф = gz, Nerede z noktanın deniz seviyesinden yüksekliği ve G- yerçekimi ivmesi. Yani, belirli bir enlem altında ve belirli bir yerçekimi değerinde izobarik bir yüzey üzerindeki herhangi bir noktada, bu noktanın deniz seviyesinden yüksekliğiyle orantılı belirli bir jeopotansiyel vardır. Bu nedenle yükseklik yerine jeopotansiyelin kullanılması oldukça mümkündür ve bazı teorik ve teknik avantajlara sahiptir. Bu durumda jeopotansiyel, sayısal olarak metre cinsinden ifade edilen yüksekliğe yakın (ve 45° enleminde deniz seviyesinde buna tam olarak eşit) bu tür birimlerle (jeopotansiyel metre) ifade edilir. Bu bakımdan jeopotansiyel, dinamik veya jeopotansiyel yükseklik olarak da adlandırılır.
Göreceli jeopotansiyel, aynı dikey üzerinde bulunan iki noktanın mutlak jeopotansiyelleri arasındaki farka karşılık gelir.
İzobarlar
Birlikte alınan birkaç izobarik yüzey için mutlak barik topografya haritaları, bu izobarik yüzeylerin bulunduğu katmanlardaki atmosferin barik alanını görsel olarak temsil eder. Ancak buna ek olarak, deniz seviyesindeki basınç alanını eşit basınç çizgileri - izobarlar kullanarak tasvir etmek uzun zamandır gelenekseldir.Bunu yapmak için, denizde aynı anda ölçülen atmosferik basınç değerlerini coğrafi bir harita üzerine çizerler. seviyede veya bu seviyeye düşürüldüğünde, aynı basınca sahip bağlantı noktaları izobarlardır. Her izobar, bazı izobarik yüzeylerin deniz seviyesiyle kesişme noktasının bir izidir. Belirli bir coğrafi alanı kapsayan bir harita üzerinde, herhangi bir zaman noktası için bütün bir izobar ailesi çizmek mümkündür (Şekil 58). Genellikle her izobarın basınç değeri komşu izobarlardan 5 oranında farklı olacak şekilde gerçekleştirilirler. mb. Böylece izobarlar örneğin 990, 995, 1000, 1005, 1010 değerlerine sahip olabilir. MB vb. Elbette başka sayıda milibar boyunca izobarlar çizebilirsiniz, örneğin 10'a kadar mb, 2mb.
Pirinç. 58. Deniz seviyesindeki izobarlar (milibar cinsinden).
H - siklon, B - antisiklon.
İzobarlar yalnızca deniz seviyesi için değil, aynı zamanda üstteki herhangi bir seviye için de inşa edilebilir. Ancak hava durumu servisi serbest atmosfer için izobar haritaları değil, yukarıda açıklanan barik topografya haritalarını derliyor.
İzobar haritası ayrıca daha önce bahsedilen düşük ve yüksek basınç alanlarını (siklonlar ve antisiklonlar) da ortaya koymaktadır. Bir siklonda en düşük (minimum) basınç merkezde gözlenir; tam tersine antisiklon merkezde en yüksek basınca sahiptir. Deniz seviyesi izobar haritalarında ve barik topografya haritalarında, bu alanların sürekli hareketi ve yoğunluklarındaki değişiklikler ve bunun sonucunda basınç alanında sürekli değişiklikler ortaya çıkar. Hava durumu hizmeti uygulaması ayrı izobar haritaları kullanmaz. Deniz seviyesindeki basınca ek olarak, diğer meteorolojik unsurların yer bazlı gözlemlere dayalı olarak çizildiği kapsamlı sinoptik haritalar derlenmektedir. Bu haritaların üzerine izobarlar çizilir.
Klimatoloji, deniz seviyesi için uzun vadeli ortalama verilerden derlenen izobar haritalarını kullanır.
Yatay basınç gradyanı
Sinoptik bir harita üzerinde izobarlara baktığımızda, bazı yerlerde izobarların daha yoğun, bazılarında ise daha az sıklıkta olduğunu fark ederiz.
İlk etapta atmosferik basıncın yatay yönde daha güçlü, ikincisinde ise daha az değiştiği açıktır. Bir de “daha hızlı” ve “daha yavaş” diyorlar ama söz konusu uzaydaki değişimleri zamandaki değişimlerle karıştırmamak gerekiyor.
Yatay basınç gradyanı veya yatay basınç gradyanı olarak adlandırılan yöntemi kullanarak atmosferik basıncın yatay yönde nasıl değiştiğini doğru bir şekilde ifade edebilirsiniz. Dördüncü bölümde yatay sıcaklık değişimlerinden bahsedildi. Benzer şekilde, yatay basınç gradyanı, yatay düzlemde (daha kesin olarak seviye yüzeyinde) birim mesafe başına basınçtaki değişikliktir; bu durumda mesafe basıncın en çok azaldığı yöne doğru alınır. Ve her noktadaki basınçtaki en güçlü değişimin yönü, o noktadaki izobarın normal yönüdür.
Dolayısıyla yatay basınç gradyanı, yönü izobarın normalinin azalan basınç yönündeki yönü ile çakışan bir vektördür ve sayısal değeri bu yöndeki basıncın türevine eşittir. Bu vektörü - С sembolüyle gösterelim. R ve sayısal değeri -dp/dn, Nerede P- normalin izobara yönü.
Herhangi bir vektör gibi, yatay basınç gradyanı da grafiksel olarak bir okla temsil edilebilir; bu durumda, izobara dik olarak azalan basınç yönünde yönlendirilen bir ok. Bu durumda okun uzunluğu degradenin sayısal değeriyle orantılı olmalıdır (Şekil 59).
Basınç alanının farklı noktalarında basınç gradyanının yönü ve büyüklüğü elbette farklı olacaktır. İzobarların yoğunlaştığı yerde, izobara normal birim mesafe başına basınçtaki değişiklik daha fazladır; izobarların birbirinden ayrıldığı yerde daha küçüktür. Başka bir deyişle, yatay basınç gradyanının büyüklüğü izobarlar arasındaki mesafeyle ters orantılıdır.
Atmosferde yatay bir basınç gradyanı varsa, bu, atmosferin belirli bir kısmındaki izobarik yüzeylerin düz yüzeye eğimli olduğu ve dolayısıyla onunla kesişerek izobarlar oluşturduğu anlamına gelir. İzobarik yüzeyler her zaman gradyan yönünde, yani basıncın azaldığı yönde eğimlidir (Şekil 60).
Pirinç. 59. İzobarlar ve yatay basınç gradyanı. Oklar, basınç alanının üç noktasındaki yatay basınç gradyanını gösterir.
Pirinç. 60. Dikey kesitteki izobarik yüzeyler ve yatay basınç gradyanının yönü. Çift hatlı düz yüzey
Yatay basınç gradyanı, toplam basınç gradyanının yatay bileşenidir. İkincisi, izobarik bir yüzeyin her noktasında bu yüzeye normal boyunca daha düşük bir basınç değerine sahip yüzeye doğru yönlendirilen uzamsal bir vektör ile temsil edilir. Bu vektörün sayısal değeri –dp/dn; ama burada N- normalin izobarik yüzeye yönü. Basınç gradyanının tamamı dikey ve yatay bileşenlere veya dikey ve yatay gradyanlara ayrıştırılabilir. Aynı zamanda X, Y, Z dikdörtgen koordinatlarının eksenleri boyunca üç bileşene de ayrılabilir. Basınç, yükseklikle birlikte yatay yöne göre çok daha güçlü değişir. Bu nedenle dikey basınç gradyanı yatay olandan onbinlerce kat daha fazladır. Atmosfer statiğinin temel denkleminden de anlaşılacağı gibi, kendisine zıt yöndeki yerçekimi kuvveti ile dengelenir veya neredeyse dengelenir. Dikey basınç gradyanı havanın yatay hareketini etkilemez. Bu bölümde ayrıca sadece yatay basınç gradyanı hakkında konuşacağız ve buna basitçe basınç gradyanı adını vereceğiz.
Uygulamada, basınç alanının belirli bir bölümü için ortalama basınç gradyanı sinoptik haritalar üzerinde ölçülür. Yani mesafeyi ∆ ölçerler N Belirli bir alanda, her iki izobarın normallerine yeterince yakın olan düz bir çizgi boyunca iki bitişik izobar arasında. Daha sonra izobarlar arasındaki basınç farkı ∆ P(genellikle 5'tir mb) büyük birimlerle ifade edilen bu mesafeye bölünür - meridyen dereceleri (111 kilometre). Ortalama basınç gradyanı büyüklük olarak sonlu farkların oranı - ∆ ile temsil edilecektir. P/∆mb/derece Artık meridyen derecesi yerine 100 derece alıyorlar km. Serbest atmosferdeki basınç gradyanı, basınç topografya haritalarındaki izohipsler arasındaki mesafeden belirlenebilir. Dünya yüzeyine yakın gerçek atmosferik koşullar altında, yatay barik eğimler meridyen derecesi başına birkaç milibar (genellikle 1-3) civarındadır.
Yatay basınç gradyanı
1. Sinoptik haritadaki izobarlara baktığımızda, bazı yerlerde izobarların daha yoğun, bazılarında ise daha az sıklıkta olduğunu fark ederiz. İlk etapta atmosferik basıncın yatay yönde daha güçlü, ikincisinde ise daha az değiştiği açıktır. Ayrıca şunu da söylüyorlar:<быстрее>Ve<медленнее>Ancak söz konusu uzaydaki değişimler, zamandaki değişimlerle karıştırılmamalıdır.
Yatay basınç gradyanı veya yatay basınç gradyanı olarak adlandırılan yöntemi kullanarak atmosferik basıncın yatay yönde nasıl değiştiğini doğru bir şekilde ifade edebilirsiniz. Dördüncü bölümde yatay sıcaklık değişimlerinden bahsedildi. Benzer şekilde, yatay basınç gradyanı, yatay düzlemde (daha kesin olarak seviye yüzeyinde) birim mesafe başına basınçtaki değişikliktir. Bu durumda mesafe basıncın en çok azaldığı yöne doğru alınır, ve her noktadaki bu yön, o noktadaki izobara dik olan yöndür.
Dolayısıyla yatay basınç gradyanı, yönü izobarın normalinin azalan basınç yönündeki yönü ile çakışan bir vektördür ve sayısal değeri bu yöndeki basıncın türevine eşittir. Bu vektörü -s/p sembolüyle ve sayısal değeri (modül) -dr/dp ile gösterelim; burada n, izobarın normalidir.
Herhangi bir vektör gibi, yatay basınç gradyanı da grafiksel olarak bir okla temsil edilebilir; bu durumda, izobara dik olarak azalan basınç yönünde yönlendirilmiş bir ok. Okun uzunluğu degradenin sayısal değeriyle orantılı olmalıdır (Şekil 58).
Pirinç. 58. Basınç alanının üç noktasında izobarlar ve yatay basınç gradyanı (oklar).
Pirinç. 59. Dikey kesitte izobarik yüzeyler ve yatay basınç gradyanının yönü. Çift hatlı düz yüzey.
Basınç alanının farklı noktalarında basınç gradyanının yönü ve büyüklüğü elbette farklı olacaktır. İzobarların yoğunlaştığı yerde, izobara normal birim mesafe başına basınçtaki değişiklik daha fazladır; izobarların birbirinden ayrıldığı yerde daha küçüktür. Başka bir deyişle, yatay basınç gradyanının modülü izobarlar arasındaki mesafeyle ters orantılıdır.
Atmosferde yatay bir basınç gradyanı varsa, bu, atmosferin belirli bir kısmındaki izobarik yüzeylerin düz yüzeye eğimli olduğu ve dolayısıyla onunla kesişerek izobarlar oluşturduğu anlamına gelir. İzobarik yüzeyler her zaman gradyan yönünde, yani basıncın azaldığı yönde eğimlidir (Şekil 59).
2. Yatay basınç gradyanı, toplam basınç gradyanının yatay bileşenidir. İkincisi, izobarik bir yüzeyin her noktasında bu yüzeye normal boyunca daha düşük bir basınç değerine sahip yüzeye doğru yönlendirilen uzamsal bir vektör ile temsil edilir. Bu vektörün modülü - dr/dp'ye eşittir, ancak burada n izobarik yüzeye normaldir. Basınç gradyanının tamamı dikey ve yatay bileşenlere veya dikey ve yatay gradyanlara ayrıştırılabilir. Ayrıca onu X, Y, Z dikdörtgen koordinatlarının eksenleri boyunca üç bileşene de ayırabilirsiniz.
Basınç yükseklikle yatay yönde olduğundan çok daha fazla değişir. Bu nedenle dikey basınç gradyanı yatay olandan onbinlerce kat daha fazladır. Atmosfer statiğinin temel denkleminden de anlaşılacağı gibi, kendisine zıt yöndeki yerçekimi kuvveti ile dengelenir veya neredeyse dengelenir. Dikey basınç gradyanı havanın yatay hareketini etkilemez. Bu bölümde ayrıca sadece yatay basınç gradyanı hakkında konuşacağız ve buna basitçe basınç gradyanı adını vereceğiz.
3. Uygulamada, basınç alanının belirli bir bölümü için ortalama basınç gradyanı sinoptik haritalar üzerinde ölçülür. Yani, belirli bir alandaki iki bitişik izobar arasındaki An mesafesini, her iki izobarın normallerine yeterince yakın olan düz bir çizgi boyunca ölçerler. Ap izobarları arasındaki basınç farkı (genellikle 5 hPa), daha sonra yüzlerce kilometre veya meridyen derecesi (111 km) gibi büyük birimlerle ifade edilen bu mesafeye bölünür. Ortalama basınç gradyanı, son farklar Ap/Ap hPa/meridyen derecesinin oranıyla temsil edilecektir. Artık meridyen derecesi yerine genellikle 100 km yol alıyorlar. Serbest atmosferdeki basınç gradyanı, basınç topografya haritalarındaki izohipsler arasındaki mesafeyle belirlenebilir. Dünya yüzeyindeki gerçek atmosferik koşullar altında, yatay barik eğimler her meridyen derecesi için birkaç hektopaskal (genellikle 1-3) mertebesindedir.
Atmosfer basıncı hem dikey hem de yatay yönde değişiklik gösterir ve atmosferdeki her nokta belirli bir basınca karşılık gelir. Bu, basıncın, adı verilen bir alan oluşturduğu anlamına gelir. basınç alanı. Böyle bir alan, üç boyutlu uzayda, eşit basınç değerlerine sahip bir yüzey sistemi - izobarik yüzeyler ve bir düzlemde - eşit basınç değerlerine sahip çizgiler - izobarlar ile görsel olarak temsil edilir. Kapalı izobarlar temsil eder siklonlar ve antisiklonlar. Siklonlar merkezde düşük basınçlı alanlardır, antisiklonlar ise merkezde yüksek basınçlı alanlardır (Şekil 6.13).
Pirinç. 6.13. Siklondaki (H) ve antisiklondaki (B) dikey kesitteki izobarik yüzeyler.
Ayrıca açık barik sistemler de ayırt edilir - vadiler, eyerler ve sırtlar. Oluklar, iki yüksek basınç alanı arasındaki düşük basınç şeritleridir; sırtlar ise tam tersine, düşük basınç alanları arasındaki nispeten yüksek basınç şeritleridir. İki oyuk veya çıkıntı arasında bir eyer ayırt edilir (Şekil 6.14)
Pirinç. 6.14. Çeşitli basınç sistemlerinde deniz seviyesindeki izobarlar.
BEN-siklon, II- antisiklon, III- oyuk, IV- kret, V- eyer.
Yatay yönde atmosferik basınçtaki değişiklik yatay barik gradyan kullanılarak ifade edilir. Yatay gradyan, izobara dik olarak yönlendirilen bir vektördür. alçak basınç tarafı ve değeri normal boyunca basıncın türevine eşittir. Yatay basınç gradyanı, yatay düzlemde birim mesafe başına basınçtaki değişikliktir (Şekil 6.15).
Basınç yükseklikle yatay yönde olduğundan çok daha hızlı değişir, dolayısıyla dikey basınç gradyanı yatay olandan on binlerce kat daha fazladır. Gerçek atmosferik koşullar altında, yatay barik gradyanlar her meridyen derecesi için 1-3 hPa büyüklüğündedir. Dikey basınç gradyanı gibi, yatay gradyan da sıcaklığa bağlıdır. 
Pirinç. 6.15. İzobarlar ve yatay basınç gradyanı. Oklar, basınç alanının üç noktasındaki yatay basınç gradyanını gösterir.
Aynı yükseklikte atmosferdeki sıcaklık farklı bölgelerde farklıdır; bu nedenle izoterme normal birim uzunluk başına hava sıcaklığındaki değişimi belirleyen yatay bir sıcaklık (termal) gradyanı vardır. Yatay bir termal eğimin varlığı, dünya yüzeyinde başlangıçta aynı basınca ve sıfıra eşit bir yatay basınç eğimine sahip olsak bile, belirli bir yükseklikte yatay bir basınç eğiminin oluşumunu belirler. Bunun nasıl gerçekleştiğine bakalım. Dünyanın yüzeyine yakın, aynı basınca ama farklı sıcaklıklara sahip belli bir alanımız var; alanın bir bölümünde soğuk, diğer bölümünde ise sıcak hava kütlesi var. Soğuk havada basınç seviyesi sıcak havaya göre daha düşüktür; yani Soğuk hava kütlesinde yükseklik arttıkça basınç daha hızlı düşer ve belirli bir yükseklikte iki hava kütlesi arasında basınç farkı olacaktır. Yükseldikçe daha da artacaktır, yani yatay barik eğim yükseklikle artacak ve yatay termal eğime yaklaşacaktır. Bu demektir sıcak hava kütlelerinde irtifadaki basınç artacak, soğuk hava kütlelerinde ise azalacaktır (yüzeydeki basınçların eşit olması şartıyla). Bu hükümden önemli bir sonuç çıkmaktadır: Orta kısımda en düşük sıcaklığa sahip soğuk havada bir siklon (düşük basınç bölgesi) mevcutsa, o zaman yükseklikteki barik gradyanların yönü çok az değişir ve düşük basınç yüksek rakımlara kadar takip edilebilir, yani soğuk siklon yüksektir(Şekil 6.16).
Pirinç. 6.16. Yüksek (soğuk) ve düşük (sıcak) siklon. Dikey kesitte izobarik yüzeyler.
Aykırı, merkezde maksimum sıcaklığa sahip bir sıcak hava kütlesindeki bir siklon, yükseklikle birlikte hızla kaybolur, yani düşüktür. Üstteki katmanlarda onun üzerinde bir antisiklon bulunacaktır.
Antiksiklonlar için ilişki tersinedir, soğuk antisiklonlar düşük, sıcak antisiklonlar yüksektir(Şekil 6.17).
Pirinç. 6.17. Düşük (soğuk) ve yüksek (sıcak) antisiklon. Dikey kesitte izobarik yüzeyler.
Yükleniyor...
