Области пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре

Газовая среда вокруг Земли, вращающаяся вместе с нею, называется атмосферой.

Неравномерность нагревания поверхности Земли способствует общей циркуляции атмосферы, которая влияет на погоду и климат Земли. Сила ветра у земной поверхности оценивается по шкале Бофорта.

Атмосферное давление распределяется неравномерно, что приводит к движению воздуха относительно Земли от высокого давления к низкому. Это движение называется ветром.

Область пониженного давления в атмосфере с минимумом в центре называется циклоном.

Циклон в поперечнике достигает нескольких тысяч километров. В Северном полушарии ветры в циклоне дуют против часовой стрелки, а в Южном – по часовой. Погода при циклоне преобладает пасмурная, дождливая, с сильными ветрами.

Антициклон – это область повышенного давления в атмосфере с максимумом в центре. Поперечник антициклона составляет несколько тысяч километров. Антициклон характеризуется системой ветров, дующих по часовой стрелке в Северном полушарии и против – в Южном, малооблачной и сухой погодой и слабыми ветрами.

В результате естественных процессов, происходящих в атмосфере, на Земле наблюдаются явления, которые представляют непосредственную опасность или затрудняют функционирование систем человека. К таким атмосферным опасностям относятся туманы, гололед, молнии, ураганы, бури, смерчи, торнадо, ливни и др.

Смерч(в Северной Америке называется торнадо) представляет собой вертикальный крутящийся столб в воздухе, который зарождается под грозовой тучей и поднимает с земли все, что встречает на своем пути. Высота смерча может достигать 800−1500 м. Воздух в смерче вращается и одновременно поднимается по спирали вверх. Скорость вращения может достигать

200−300 м/с. Огромные скорости вращения развивают в смерче центробежные силы, вызывающие пониженное давление в его центре. Вращение ветра в смерче чаще всего циклоническое, но иногда наблюдается и антициклоническое. Вокруг ядра ядра смерча отмечаются громадные (до

70−90 м/с) восходящие движения воздуха. Смерч всасывает в себя предметы, встречающиеся на его пути, поднимает их высоко вверх и переносит на большие расстояния. Предметы в сотни килограммов легко поднимаются смерчем и переносятся на десятки километров. Своей мощью он вырывает из земли деревья, бетонные опоры, телеграфные столбы, срывает с домов крыши и вместе с крышей всасывает в себя предметы мебели, передвигает автомобили. Он создает среди людей панику своей мгновенной и наводящей ужас силой. Мер предосторожности почти не существует. Когда смерч только образуется, можно заметить темную вращающуюся воронку, затем наступает на какое-то время тишина, а потом неожиданно начинают подниматься в воздух все более и более тяжелые предметы.

9 июня 1984 года в 15 км к югу от г. Иваново зародился смерч, который через час оказался примерно в 60 км на холмистом берегу Волги, у турбазы Лунево. Падали вывороченные с корнем ели, ломались сосны и березы, рушились щитовые домики; бак водонапорной башни массой 50 т был отброшен на 200 м [11]. Были человеческие жертвы.

При приближении смерча необходимо: закрыть двери и окна, избегать находиться на последнем этаже, выключить газ и электроэнергию, укрыться в подвале.

Буря– это ливень, сопровождающийся сильным ветром (скорость ветра 20-32 м/с) шквального характера, что может легко вызвать паводок в реке, наводнение или сель.

Если ливень, длящийся 30−60 минут настолько сильный, что вода начинает поступать в подземные этажи, надо заблокировать попадание ее туда мешками с песком, приготовленными заблаговременно.

Буре часто предшествует гроза.

Несколько наблюдений для тех, кто попал в грозу:

— ветер не дает правильного представления о направлении движения грозы, грозы часто идут против ветра;

— расстояние до грозы можно определить по времени между вспышкой молнии и раскатом грома (1 с – расстояние 300−400 м, 2 с – 600−800м, 3 с – 1000 м);

— непосредственно перед началом грозы обычно наступает безветрие или ветер меняет направление;

— мокрая одежда и тело повышают опасность поражения молнией;

— в лесу предпочтительно укрываться среди невысоких деревьев, в горах в 3−8 метрах от высокого «пальца» 10−15 метров, на открытой местности – в сухой ямке, канаве;

— песчаная и каменистая почва безопаснее глинистой;

— признаками повышенной опасности являются: шевеление волос, жужжание металлических предметов, разряды на острых концах снаряжения, огни «святого Эльма» на мачтах судов.

В грозу запрещено:

— укрываться возле одиноких деревьев;

— не рекомендуется при движении прислоняться к скалам и отвесным стенам;

— останавливаться на опушке леса;

— идти и останавливаться возле водоемов;

— прятаться под скальным навесом;

— бегать и суетиться;

— передвигаться плотной группой;

— находиться в мокрой одежде;

-хранить металлические предметы в палатке.

Грозу, внешними признаками которой являются молнии и гром, с точки зрения физики можно отнести к проявлениям «самостоятельной электропроводности в газах» [12]. При определенных метеорологических условиях в грозовых тучах может возникнуть сильная электрическая полярность, которая ведет к разряду в виде молнии. Таким образом происходит частичное выравнивание разрядов. Разряды, попадающие в землю, следует рассматривать как случайные, хотя, индуктируясь локально, положительные разряды могут привести к таким явлениям, как огни святого Эльма или удар молнии. В зависимости от силы возникающего разряда в опережающем, «лидирующем» разряде можно различить особенно сильный ‒ «основной раз­ряд» (от 100 А до 200 кА максимально), наконец, хотя и реже, длительный запаздывающий разряд. Именно последний в силу длительности своего воздействия может привести к пожару. Обширные на­учные исследования не дали каких-либо результатов, свидетельствующих о том, что молния ударяет в определенные места. Человек, стоящий среди строений, нисколько не защищен от молнии, место удара которой в силу множества воздействий определяется только чистой случайностью.

Действие молнии в основном заключается в передаче объекту тепловой энергии. Кроме того, ее электрический заряд вызывает в пораженном объ­екте дополнительные разрушения. При этом может иметь место оплавление металлических проводников в точках их контакта (переходного сопротив­ления), растрескивание каменной кладки или древесины пораженных деревь­ев вследствие испарения содержащейся в них влаги, а также загорание легко­воспламеняющихся материалов.

Особым случаем термического воздействия электрической энергии на организм человека является удар молнии. Если она поражает стоящего человека, то ток в теле или по поверхности тела проходит по руслам крупных крове­носных сосудов, жидкая среда которых обеспечивает повышенную прово­димость. Места входа и выхода заряда молнии характеризуются значитель­ными повреждениями.

Защитой от описанных здесь воздействий молнии служат молниеотводы.

Чтобы избежать риска быть пораженными ею, необходимо:

— отключить телевизор и другие электрические приборы;

— не стоять перед открытым окном;

— закрыть окна и двери;

— помнить, что середина комнаты – самое надежное место;

— находясь вне помещения, никогда не бежать, остановить автомашину;

— не укрываться под деревьями, особенно дубами и лиственницами;

— переместиться из возвышенной местности к низу;

— держаться подальше от металлоконструкций, труб и водных поверхностей.

Ураган– это циклон, у которого давление в центре очень низкое, а ветры достигают большой и разрушительной силы.

Ураган характеризуется большими скоростями ветра – 32 м/с и более. Ураганы могут сопровождаться сильными дождями, наводнениями. Особой силой отличаются тропические ураганы, радиус ветров которых может превышать 300 км. Средняя продолжительность урагана 9 дней. Ураганы являются одной из самых мощных сил стихии. По своему пагубному воздействию не уступают таким страшным стихийным бедствиям, как землетрясение. Ураганный ветер разрушает прочные и сносит легкие строения, опустошает поля, обрывает провода и валит столбы линий электропередач и связи, повреждает транспортные магистрали и мосты, вырывает с корнями деревья, повреждает и топит суда. Ураганы в зимних условиях приводят к возникновению снежных бурь, когда огромные массы снега с большой скоростью перемещаются с одного места на другое. Их продолжительность может быть до нескольких суток.

В июле 1989 года мощный тайфун «Джуди» прокатился с юга на север Дальневосточного края. Затопило 109 населенных пунктов (эвакуировано 8 тыс. человек), разрушено около 2 тыс. домов, разрушено и снесено 267 мостов, выведено из строя 1340 км дорог, 700 км линий электропередач, затоплено 120 тыс. га сельхозугодий [13].

При приближении урагана необходимо:

— плотно закрыть двери, окна (ставни), чердачные (вентиляционные) люки, не выпускать на улицу детей;

— убрать с крыш, лоджий, балконов все предметы и вещи, которые ветром может сбросить вниз и травмировать находящихся внизу людей;

— потушить огонь в печах (горящие искры из труб могут привести к пожарам);

— ураганы нередко сопровождаются грозой, поэтому не следует укрываться под отдельно стоящими деревьями, нельзя подходить близко к опорам линий электропередач и т.п. во избежание поражения молнией.

Циклон. Область пониженного давления в атмосфере

Циклон — это древнегреческое слово, которое в переводе означает вращающийся . Циклоном называют огромный пласт воздушной массы, который превращается в громадный вихрь. Внутри циклона всегда царит пониженное атмосферное давление.

Почему образуются циклоны

Эти атмосферные вихри образуются в результате вращения Земли. Планета вращается и на ее поверхности возникают ситуации, когда встречаются два воздушных потока с разной температурой. Например, один зародился в знойных пустынях Африки, а другой прилетел со снежных вершин Гималаев.

Два воздушных потока при столкновении начинают сворачиваться в виде спирали. При этом воздух движется с краев, где давление высокое, к самому центру, где давление существенно понижается. В самом центре циклона оно достигает своего минимума. Поэтому в центре воздух как будто выбрасывается вверх, что приводит к образованию сильных восходящих потоков.

По направлению движения в этой воздушной спирали можно определить, в каком полушарии зародился циклон. Так, если воздушные потоки движутся по часовой стрелке, значит, циклон образовался в южном полушарии, а если против — то на севере.

А вот на полюсах Земли и на экваторе циклоны не образуются.

Появившись, циклон развивается в течение нескольких суток. Сначала он становится более глубоким, спираль закручивается все туже, а давление внутри падает все ниже. Но постепенно воздушные потоки наполняются и циклон затухает.

Исключение составляют те, которые объединяются с себе подобными. В этом случае они образуют одну мощную, малоподвижную область, в которой царит низкое атмосферно давление. Такие называют центральными циклонами.

Виды циклонов

(вид тропического циклона на синоптической карте )

По тому, в каком климатическом поясе зародился тот или иной циклон, принято выделять два вида: тропические и внетропические.

Внетропические циклоны зарождаются в умеренных широтах или в районе полярных кругов. Они всегда достигают громадных размеров, а их диаметр в самом начале редко когда бывает меньше 1 тысячи километров.

В этой категории особенно выделяются южные циклоны, которые появляются на Балканах, Черном или Средиземном морях. Такие несут в себе колоссальные запасы энергии. Именно они становятся причиной сильных ветров, ураганов и шквалов, мощнейших гроз.

Ежегодно зарождается свыше сотни внетропических циклонов. Некоторые из них настолько огромны, что могут покрывать сразу несколько областей России или почти всю Канаду.

Тропические циклоны. как понятно из названия, зарождаются в тропиках. Они гораздо меньше по размерам, их диаметр чаще исчисляется сотнями километров. Но они более мощные, так как приносят с собой штормовые ветры и ливневые осадки. В Америке такие циклоны называют ураганами, а самым мощным даже дают собственные имена. На Дальнем Востоке их называют тайфунами.

Именно тропические циклоны являются наиболее разрушительными. Однако именно они приносят долгожданные дожди в самые засушливые уголки тропиков и субтропиков.

Атмосферное давление

Воздух, окружающий Землю, имеет массу, и несмотря на то, что масса атмосферы примерно в миллион раз меньше массы Земли (общая масса атмосферы равна 5,2*10 21 г, а 1 м 3 воздуха у земной поверхности весит 1,033 кг), эта масса воздуха оказывает давление на все объекты, находящиеся на земной поверхности. Сила, с которой воздух давит на земную поверхность, называется атмосферным давлением.

На каждого из нас давит столб воздуха в 15 т. Такое давление способно раздавить все живое. Почему же мы его не ощущаем? Объясняется это тем, что давление внутри нашего организма равно атмосферному.

Таким образом, внутреннее и внешнее давление уравновешиваются.

Барометр

Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.). Для его определения пользуются специальным прибором — барометром (от греч. baros — тяжесть, вес и metreo — измеряю). Существуют ртутные и безжидкостные барометры.

Безжидкостные барометры получили название барометры-анероиды (от греч. а — отрицательная частица, nerys — вода, т. е. действующий без помощи жидкости) (рис. 1).

Рис. 1. Барометр-анероид: 1 — металлическая коробочка; 2 — пружина; 3 — передаточный механизм; 4 — стрелка-указатель; 5 — шкала

Нормальное атмосферное давление

За нормальное атмосферное давление условно принято давление воздуха на уровне моря на широте 45 и при температуре 0 С. В этом случае атмосфера давит на каждый 1 см 2 земной поверхности с силой 1,033 кг, а масса этого воздуха уравновешивается ртутным столбиком высотой 760 мм.

Опыт Торричелли

Величина 760 мм была впервые получена в 1644 г. Эванджелистом Торричелли (1608-1647) и Винченцо Вивиани (1622-1703) — учениками гениального итальянского ученого Галилео Галилея.

Э. Торричелли запаял с одного конца длинную стеклянную трубку с делениями, наполнил ртутью и опустил в чашку с ртутью (так был изобретен первый ртутный барометр, который получил название трубки Торричелли). Уровень ртути в трубке понизился, так как часть ртути вылилась в чашку и установилась на уровне 760 миллиметров. Над столбиком ртути образовалась пустота, которая получила название Торричеллиевой пустоты (рис. 2).

Э. Торричелли полагал, что давление атмосферы на поверхность ртути в чашке уравновешивается весом столба ртути в трубке. Высота этого столба над уровнем моря — 760 мм рт. ст.

Рис. 2. Опыт Торричелли

Это принято считать за одну атмосферу (атм.). В международной системе единиц (СИ) 1 атм. = 101 325 Паскалей (Па). Блез Паскаль (1623-1662) — французский ученый, в честь которого названа единица давления.

1 Па = 10 -5 бар; 1 бар = 0,98 атм.

Повышенное и пониженное атмосферное давление

Давление воздуха на нашей планете может изменяться в широких пределах. Если давление воздуха больше 760 мм рт. ст. то оно считается повышенным, меньше — пониженным.

Так как с подъемом вверх воздух становится все более разреженным, атмосферное давление понижается (в тропосфере в среднем 1 мм на каждые 10,5 м подъема). Поэтому для территорий, расположенных на разной высоте над уровнем моря, средним будет свое значение атмосферного давления. Например, Москва лежит на высоте 120 м над уровнем моря, поэтому среднее атмосферное давление для нее — 748 мм рт. ст.

Атмосферное давление в течение суток дважды повышается (утром и вечером) и дважды понижается (после полудня и после полуночи). Эти изменения связаны с изменением температуры и перемещением воздуха. В течение года на материках максимальное давление наблюдается зимой, когда воздух переохлажден и уплотнен, а минимальное — летом.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности носит ярко выраженный зональный характер. Это обусловлено неравномерным нагреванием земной поверхности, а следовательно, и изменением давления.

На земном шаре выделяются три пояса с преобладанием низкого атмосферного давления (минимумы) и четыре пояса с преобладанием высокого (максимумы).

В экваториальных широтах поверхность Земли сильно прогревается. Нагретый воздух расширяется, становится легче и поэтому поднимается вверх. В результате у земной поверхности близ экватора устанавливается низкое атмосферное давление.

У полюсов под воздействием низкой температуры воздух становится более тяжелым и опускается. Поэтому у полюсов атмосферное давление, повышенное по сравнению с широтами на 60-65 .

В высоких слоях атмосферы, наоборот, над жаркими областями давление высокое (хотя и ниже, чем у поверхности Земли), а над холодными — низкое.

Общая схема распределения атмосферного давления такова (рис. 3): вдоль экватора расположен пояс низкого давления; на 30-40 широты обоих полушарий — пояса высокого давления; 60-70 широты — зоны низкого давления; в приполярных районах — области высокого давления.

В результате того, что в умеренных широтах Северного полушария зимой атмосферное давление над материками сильно повышается, пояс низкого давления прерывается. Он сохраняется только над океанами в виде замкнутых областей пониженного давления — Исландского и Алеутского минимумов. Над материками, наоборот, образуются зимние максимумы: Азиатский и Северо-Американский.

Рис. 3. Общая схема распределения атмосферного давления

Летом в умеренных широтах Северного полушария пояс пониженного атмосферного давления восстанавливается. Огромная область пониженного атмосферного давления с центром в тропических широтах — Азиатский минимум — формируется над Азией.

В тропических широтах материки всегда нагреты сильнее, чем океаны, и давление над ними ниже. Таким образом, над океанами в течение всего года существуют максимумы: Северо-Атлантический (Азорский), Северо-Тихоокеанский, Южно-Атлантический, Южно-Тихоокеанский и Южно-Индийский.

Линии, которые на климатической карте соединяют пункты с одинаковым атмосферным давлением, называются изобарами (от греч. isos — равный и baros — тяжесть, вес).

Чем ближе изобары друг к другу, тем быстрее изменяется атмосферное давлении на расстоянии. Величина изменения атмосферного давления на единицу расстояния (100 км) называется барическим градиентом .

На образование поясов атмосферного давления у земной поверхности влияют неравномерное распределение солнечного тепла и вращение Земли. В зависимости от времени года оба полушария Земли нагреваются Солнцем по-разному. Это обусловливает некоторое перемещение поясов атмосферного давления: летом — к северу, зимой — к югу.