nehomogénnosť, drsnosť povrchu, trenie

Transcript

1 Všeobecná cirkulácia cia ovzdušia Š.. Soták SHMÚ Banská Bystrica

2 Systém vzdušného prúdenia, výmeny vzduchových hmôt, energie, tepla, vlahy medzi jednotlivými oblasťami Zeme Všeobecná cirkulácia cia atmosféry hlavné faktory: slnečné žiarenie, rotácia Zeme (Coriolisova sila), rôznorodosť zemského povrchu (pevninaoceány), nehomogénnosť, drsnosť povrchu, trenie

3 Nerotujúca Zem rovnaký zväzok zok lúčov l rovnakej šírky pokrýva oveľa a väčšiu v plochu Zeme na póloch p -šikmejší uhol, čiže e v trópoch viac energie na 1 plochu, teplý vzduch stúpa v trópoch, rozloženie radiácie pásmové, najviac na rovníku, najmenej na póloch, studený vzduchu pri zemi by prúdil od pólov smerom k rovníku v smere tlakového spádu Ochlazený vzduch klesá k pólům Jednoduchá cirkulační buňka Ohřátý vzduch v tropech stoupá

4 Rotujúca Zem sily pre rovnovážny ny stav sily pôsobiace na pohyb Sila horizontálneho tlakového gradientu horizontu G príčina pohybu Coriolisova sila A uchyľovanie pohybu Odstredivá sila O Sila trenia R dv/dt = G + A + O + R Odstredivá sila Spôsobená zakrivením izobar, aj ako reakcia na Coriolisovu silu O=v 2 /r Pôsobí vždy kolmo na smer pohybu v zmysle k väčšiemu polomeru Tlakové rozdiely horizontálny gradient G= -dp/dn zmena tlaku na jednotku vzdialenosti, napr. 1hPa/20 km, resp.0,005 Pa/m G=-(1/ρ)*dp/dn sila na jednotku hmotnosti, reprezentuje zrýchlenie častice, rádovo cm/s 2 Na dráhe 500 km v=77m/s (278 km/h) t = 3,6 h Buys Ballotov zákon vietor vanie od vyššieho tlaku k nižšiemu tak že necháva nižší tlak vľavo (sev.pologuľa) a pretína izobary pod uhlom cca 30 Trecia sila Pôsobí v prízemnej vrstve do cca 1000m Priamo úmerná rýchlosti pohybu a drsnosti povrchu R=k*v Pôsobí proti smeru pohybu ale nie presne, vzhľadom k vnútornému treniu sa vektor odchyľuje PSHR o 38 Rádovo je v mm/s 2

5 Ochlazený vzduch klesá k pólům Coriolisova síla Ohřátý vzduch v tropech stoupá Coriolisova sila Coriolisova sila zákon zotrvačnosti Spôsobená rotáciou Zeme zákon zotrvačnosti C=-2ω*v pre jednotku hmotnosti obecne (vektorový súčin) C=2ω*v*sinφ pre danú zemepisnú šírku Vplyvom rotácie k vychyľovaniu, k stáčaniu vzduchu a k vyrovnávaniu vaniu teplotných a tlakových rozdielov po špirále v smere tlakového spádu, čím m sa vytváraj rajú cirkulačné barické útvary, C. sila na rovníku nulová,, rastie k pólomp

6

7 Výsledné prúdenie vzduchu pri rovnováhe síls 1. Geostrofický vietor rovnomerný priamočiary pohyb pozdĺž izobár, vo voľnej atmosfére Boy-Ballotov zákon prúdenia - ak sa na severnej pologuli postavíme chrbtom k vetru, oblasť nízkeho tlaku leží naľavo, oblasť vysokého tlaku leží napravo 2. Gradientový vietor prúdenie pozdĺž zakrivených izobár, vo voľnej atmosfére v tlakových útvaroch (centripetal dostredivý Centrifugal odstredivý)

8 Vzduch, ktorý na rovníku vystupuje do vyšších vrstiev dostáva sa pod vplyvom Coriolisovej sily stáča doprava a napokon sa hromadí v oblasti 30 zemepisnej šírky, kde vznikajú dynamické anticyklóny. K pólu sa nedostane, ale sa hromadí, dynamickými účinkami zvýšenie tlaku vzduchu, vzduch studený, hustejší, ťažší, pri zemi tiež stáčanie doprava od severovýchodu ako pasát Vznik cirkulačných útvarov 3 cirkulační buňky na každé polokouli

9 Všeobecná cirkulácia cia - cirkulačné prstence, neustály obeh vzduchu vo vertikálnom a horizontálnom smere

10 Vplyv pevnín n a oceánov na cirkuláciu ciu oblasti N tlaku na rovníku a V na obratníkoch sús prerušovan ované nerovnomerným zahrievaním m pevnín n a oceánov, monzúnov nová cirkulácia cia - má výrazne sezónny charakter. zimný monzún oblasť vysokého tlaku nad pevninou, prúdenie smeruje z pevniny na oceán. V zime pevnina sa rýchlejšie ochladí ako oceán, ktorý sa ochladzuje v dôsledku veľkej tepelnej kapacity pomalšie, nad pevninou oblasť V nad morom oblasť N tlaku vzduchu, prúdenie od pevniny k moru letný monzún oblasť nízkeho tlaku nad pevninou, prúdenie smeruje z oceánu na pevninu

11 Cyklóna, tlaková níž -oblasť, v ktorej je nižší tlak vzduchu, ako v jej okolí. Výstupný pohyb - vytláčanie teplého vzduchu na frontálnych plochách a jeho roztekanie do strán v hornej časti troposféry vyvoláva úbytok vzduchu, teda pokles tlaku, Rýchlosť výstupných pohybov je len niekoľko cm/sek. Pri výstupnom pohybe sa vzduch (adiabaticky) ochladzuje, čím dochádza ku kondenzácii vodnej pary, vzniku oblakov a zrážok. Priemer tlakovej níže môže byť od niekoľko sto kilometrov po niekoľko tisíc kilometrov. Stred níže sa presúva rýchlosťou okolo 40 km/h. Prúdenie vzduchu je do stredu níže, nie je však priame, ale vplyvom rotácie Zeme sa na severnej pologuli stáča proti smeru otáčania hodinových ručičiek. Vzduch sa pri zemi zbieha zo všetkých strán do stredu tlakovej níže Cyklóna tropická - zvláštny druh cyklón, ktoré vznikajú nad tropickými oblasťami oceánov. Vyznačujú sa malými rozmermi (do niekoľko 100 km), ale veľkými tlakovými gradientami. Tropické cyklóny môžu vzniknúť len v rovníkovom pásme, kde je veľkosť Coriolisovej sily zanedbateľná. (tajfúny, orkány, hurikány)

12 Vývoj cyklóny: prúdia laminárne vedľa seba teplý a studený vzduch 2. Zvlnenie vysokým rozdielom teplôt sa styčná plocha medzi obidvomi vzduchovými hmotami rozvlní, jedna hmota začne vytláčať druhú a prúdenie sa mení na turbulentné. 3. Vývoj Na (prednej) strane cyklóny prúdi teplý vzduch na sever a vzniká tu teplý front. Na (zadnej) strane cyklóny prúdi studený vzduch na juh a vzniká tu studený front. 4. Prehlbovanie cyklóny Teplý vzduch sa posúva ďalej na sever a chladný vzduch ďalej na juh. Na jej prednej strane je teplý front, na jej zadnej strane (v tyle) je studený front. Fronty sa stretávajú v strede cyklóny. Oblasť medzi teplým a studeným frontom sa nazýva teplý sektor. 5. Oklúzia Rýchlejší studený front postupne dobehne teplý front, spravidla od stredu cyklóny k jej okraju. Studený vzduch postupne vytlačí teplý hore a teplý sektor sa pomaly zmenšuje. Vytvoril sa nový front oklúzny front. Tlaková níž okľuduje. Teplý vzduch sa postupne ochladzuje. 6. Rozpad: Cyklóna sa vyplňuje studeným vzduchom, stúpa tlak, oklúzny front sa rozpadá a cyklóna zaniká Životný cyklus front Vznik vlny a cyklóny N

13 Priebeh počasia v cyklóne

14 Vzduchové hmoty rôznych fyzikálnych vlastností sa zmiešavajú na dotykovej ploche o hrúbke niekoľko sto metrov, dlhej niekoľko sto kilometrov. Toto rozhranie ktoré oddeľuje dve vzduchové hmoty rôznych vlastností sa nazýva frontálna plocha. Je sklonená pod ostrým uhlom (väčšinou α=10 1 ) k zemskému povrchu na stranu studeného vzduchu. Priesečník frontálnej plochy so zemským povrchom sa nazýva front. Na prednej strane níže je teplý front na jej zadnej studený front. Taký komplex frontov voláme frontálny systém. Frontálny systém

15

16 teplý front premiestňuje sa na stranu relatívne chladnejšieho vzduchu po naklonenej rovine len okolo 1, oblačnosť vrstevnatá, trvalé zrážky cca 300 km najprv cirry, pokles tlaku (rôznorodosť, zriedenie vzduchu) zosilňovanie vetra, po prechode vzostup teploty, stočenie vetra doprava, ustávanie zrážok, pokles tlaku spomalený

17 Počasie pri teplom fronte: : zrážky častejšie v zimnom polroku, v zime dlhšie trvajúce oblačné počasie so slabými zrážkami a mrholením

18 Studený front Studený vzduch sa pohybuje smerom k teplému vzduchu, jeho rýchlosť je asi 50 km/h. Frontálna plocha sa trením o zemský povrch deformuje a tým má tvar tupého klínu, ktorý v spodnej časti je veľmi strmý, čo spôsobuje, že výstup teplého vzduchu je omnoho rýchlejší a tým oblačnosť je kopovitá a počasie rozdielne ako pri teplom fronte

19 studený front 2. druhu: najmä v lete kopovitá búrková oblačnosť: Cb, Ns, Ac, prehánky, búrky, rýchly postup, úzky pás zrážok, lejaky, víchrice studený front 1. druhu pomaly postup oblačnosti, najprv kopovitá, búrková, potom vrstevnatá podobná ako pri teplom fronte ale v opačnom poradí, najprv Ns

20 Oklúzia alebo oklúzny front - pretože studený front postupuje rýchlejšie ako front teplý, studený front dostihne teplý front pred ním postupujúci, je to oklúzny proces. Pri tomto procese sú prejavy počasia slabšie než pri jednotlivých frontoch a pozorujeme oblačné počasie so zrážkami, či už trvalými alebo prehánkovými. Počasie na jednotlivých frontoch však nezávisí len na ich druhu. Je závislé aj na teplotnom a vlhkostnom kontraste medzi jednotlivými vzduchovými hmotami, na rýchlosti akou postupujú, na orografii terénu a na tom v ktorej dennej dobe cez územie prechádzajú.

21 Studená oklúzia zia: prenikajúci studený vzduch je chladnejší ako studený vzduch ustupujúci, v lete studený vzduch pred teplým frontom je prehriaty od pevniny Teplá oklúzia zia: studený vzduch za studeným frontom je teplejší ako studený vzduch ustupujúci, najmä v zime, keď prenikajúci vzduch od mora je studený, ale teplejší ako vychladený vzduch nad pevninou.

22 Tlaková výš - anticyklóna, Najvyšší tlak vzduchu v strede tlakového útvaru, tlak vzduchu smerom k jej okrajom klesá. Na severnej pologuli prúdenie otáčanie pravotočivé okolo stredu, vo vertikálnom zostupuje dole, stráca vlhkosť a pri zemi prúdi z jej stredu do všetkých strán k jej okraju (divergencia). Pri týchto zostupných prúdoch sa vzduch bez výmeny tepla s okolím (adiabaticky) otepľuje a vysušuje, prevláda málo oblačné počasie so slabým vetrom alebo bezvetrím a bez zrážok. Tlakové výše obvykle pokrývajú väčšie územie než tlakové níže a pohybujú sa pomalšie. Najčastejšie ostávajú bez pohybu 2 3 dni, ale niekedy aj viac ako 10 dní. Extrémna hodnota môže byť 1050 hpa

23 Studené, teplé, stacionárne anticyklóny studená, mladý barický útvar, v prízemnej vrstve chladná vzduchová hmota a na prednej strane prúdi studený vzduch, labilné zvrstvenie, k stabilite dochádza vplyvom zostupných, subsidenčných pohybov, ktoré spôsobujú dynamické ohrievanie nižších vrstiev vzduchu, teplá anticyklóna tak prechádza v stacionárnu s rovnomerným rozložením teploty, tlakové gradienty malé, stabilita je zosilňovaná inverzným teplotným zvrstvením.

24 Striedanie cyklonálneho lneho a anticyklonálneho lneho počasia Tlaková výš je postupne teplým útvarom, a tým dochádza dza k otepľovaniu ovaniu vzduchu a jeho výstupným pohybom i k znižovaniu tlaku, čiže e k vzniku tlakovej níže, n kde dochádza dza k postupnému ochladzovaniu vzduchu a tým k vzniku tlakovej výše, neustály kolobeh a výmena a tým aj striedanie počasia

25 Tlakové útvary na synoptických mapách Základné tlakové útvary na synoptickej mape vykreslené IZOBARAMI Tlaková níž (L) cyklóna C oblasť relatívne nižšieho tlaku vzduchu Tlaková výš (H) anticyklóna AC oblasť relatívne vyššieho tlaku vzduchu Barické sedlo oblasť medzi tlakovými výšami a nížami Brázda nízkeho tlaku oblasť vyššieho tlaku vybiehajúca z AC Výbežok vysokého tlaku oblasť vyššieho tlaku vybiehajúca z C Hrebeň vysokého tlaku oddeľuje 2 oblasti nízkeho tlaku

26 Oscilácie cie všeobecnej v cirkulácie cie ovzdušia, NAO, El Niňo

27 Pouště Podél obratníků oblasti vysokého tlaku klimatické / pasátové / pouště pobřežní pouště / vliv studených mořských proudů /, vnitřní pouště / centrální oblasti pevnin / Zabírají téměř 14% souše / Sahara 9 mil. km 2 / teplotní výkyvy, (noc i pod 0 C den až nad 50 C, dezertifikace Výpar je mnohem vyšší než srážky < 250mm/rok Vodní toky jen ojediněle vádí, creek,, solné pánve šotty,, oázy / artézské studny hamada kamenitá poušť, serir štěrkovitá, erg - písčitá Afrika, Austrálie, Asie méně Střední a Jižní Amerika Xerofyty, plazi V oázách se pěstují obiloviny, bavlník, palma datlová ROZŠÍŘENÍ ROSTLINSTVA A ŽIVOČISTVA Zákonitosti horizontální pásmovitosti a výškové stupňovitosti, /u živočišstva méně výrazné vlivem pohyblivosti / Pásy rostlinstva s charakteristickými soubory živočichů tvoří geobiomy Všeobecná cirkulácia cia ovzdušia je jedným zo základných klimatotvorných faktorov a tým ovplyvňuje aj priestorovú diferenciáciu ciu biosféry, v oblasti trópov, zóna nízkeho n tlaku a tým pralesy, v oblasti subtrópov zóna z vysokého tlaku a tým púšp úšte