Как формируются вертикальные токи в атмосфере

по полю давления, там где нет наблюдений

Он объясняет основные

погодообразующие связи в атмосфере

образуются следует выяснить, почему их здесь нет!
Вспомним геострофическое приближение

в атмосфере

Он имеет предпосылки для самоликвидации при криволинейном движении воздушных

частиц в горизонтально неоднородном поле температур

территорий примерно 1000Х1000 км горизонтальные изменения плотности и параметра Кориолиса

пренебрежимо малы. Поэтому :

Вертикальные токи в атмосфере определяются с помощью
уравнения неразрывности:

Откуда следует:

Вертикальные токи исчезли вследствие предположения о геострофичности ветра!

изогипсы АТ500
Пунктир–изогипсы ОТ500 (изотермы)
Тонкие сплошные–изотахи компоненты vg
В т С изогипсы

сходятся, поэтому
А) усиливается ∂ Т/∂х и термический ветер, т.е. с высотой геострофический должен расти НО
Б) усиливается и адвекция слабого Ug из области расходимости (т.е. в точку приходит более слабый Ug и c высотой геострофический ветер должен убывать)
Т.е. ГЕОСТРОФИЧЕСКИЙ ПОТОК НЕ МОЖЕТ СОХРАНЯТЬСЯ – это геострофический парадокс!

геострофического ветра!

перенос тепла

Изменение геострофического ветра с высотой происходит по закону

термического ветра

изотерм или изогипс приводят нарушению баланса термического (т.е. и геострофического)

ветра с высотой

того, чтобы геострофический поток разбалансировался с высотой.

3) Характеристикой этих условий

является Q-вектор

2) Этот вектор описывает условия (конфигурацию изогипс ОТ и АТ), которые порождают появление в потоке ускорений и замедлений

геострофический ветер
Получим агеострофическую форму уравнений движения атмосферы:

координатной ! )

!
Т.Е. он уже порождает вертикальные движения

внимание на то, что это уравнение в метеорологии известно как

«уравнение вихря»!
По смыслу уравнение вихря служит не для прогноза, а для диагноза вертикальных скоростей

рекомендаций
Показал, что комбинация уравнения вихря с уравнением притока тепла позволяет

получить объяснение вертикальных потоков в атмосфере

Реджинальд Сатклифф (1904-1991)

столбе воздуха преобладает ДИВЕРГЕНЦИЯ

столбе выше уровня

вихрь на этом уровне!!

Чтобы вихрь был положительный (циклонический) нужно, чтобы

на этом уровне имела место конвергенция на этом уровне

в столбце на пунктом была дивергенция потока (падение давления)
Но
На уровне

земли должна быть конвергенция (положительная циркуляция)

Для антициклона – наоборот, конвергенция в столбе и дивергенция у земли

определяется знаком вергенции на более высоких уровнях,
А направление вращения потока

у земли определяется знаком вергенции на самом уровне
Знак вергенции на высотах определяется знаком адвекции вихря
термическим ветром

дивергенции (конвергенции) в верхнем слое, чем вблизи поверхности в любом

столбе воздуха),
вынуждаются циклонической (антициклонический) адвекцией вихря термическим ветром

в атмосфере вследствие ее инерции (ускорений)
Но не просто ускорений, а

из-за неоднородности поля ускорений
Мерой неоднородности поля ускорений является изменение в частице воздуха величины
Ω = дv/дx-дu/дy
Эта величина называется вертикальной составляющей вектора вихря скорости движения атмосферы
Уравнение
дw/дz=-1/(Ω+l)·dΩ/dt
называется уравнением вихря.
Значит вертикальная скорость в атмосфере возникает вследствие изменения вихря!

термического ветра,
Покажем, что он же вызывает возникновение вертикальных токов,

которые восстанавливают геострофический баланс!

движения:
Из уравнения притока тепла:
Складывая получим:
Используя по аналогии второе уравнение движения,

получим

где

характер и может быть определена по картам текущего состояния атмосфреры

т С изогипсы сходятся, поэтому
А) усиливается ∂ Т/∂х и термический

ветер, т.е. с высотой геострофический должен расти НО
Б) усиливается и адвекция слабого Ug из области расходимости (т.е. в точку приходит более слабый Ug и c высотой геострофический ветер должен убывать)
Т.е. ГЕОСТРОФИЧЕСКИЙ ПОТОК НЕ МОЖЕТ СОХРАНЯТЬСЯ – это геострофический парадокс!

А) Восходящие вертикальные токи охлаждают атмосферу и УМЕНЬШАЮТ
Т/∂х , ликвидируя первую причину нарушения геострофического равновесия!

Б) Вертикальные токи порождают ячейку циркуляции, т.е. ведут к появлению горизонтальных агеострофических ветров, которые усиливают геострофический ветер, ликвиди руя вторую причину нарушения геострфического равновесия!

нарушается при искривлении потока

в атмосфере вследствие ее инерции (ускорений), но не просто ускорений,

а из-за неоднородности поля ускорений. Мерой неоднородности поля ускорений является изменение вихря
Причиной ускорений является бароклинность атмосферы, вызываемая горизонтальной неоднородностью поля температур и искривляющим поток действием рельефа
Бароклинность проявляется через формирование Q-вектора
Под влиянием Q-вектора на горизонтальный поток геострофическое равновесие нарушается с высотой
Но одновременно Дивергенция Q-вектора ведет к возникновению вертикальных токов, которые возвращают атмосферу к состоянию геострофического равновесия
Т.О. геострофическое движение сохраняется и при искривленных изогипсах!

и неподвижной водой.
Когда сток открывается, вода начинает вытекать, образуя радиальный

поток в направлении стока и, ускоряясь под влиянием гравитационной силы, по мере приближения к сливному отверстию.
Таким образом, сначала устанавливается плавный, единый вертикальный поток без заметного вращения.

Однако это состояние потока удерживается недолго. Мелкие нерегулярности в движении воды, движении воздуха над поверхностью воды и возмущения в трубе стока приведут к тому, что с одной стороны стока окажется немного больше воды, чем с другой,
и тогда в потоке появляется заметный вихревой, круговой компонент движения.

центру, воронка непрерывно сдавливается под напором воды со всех сторон.

Это давление уменьшает ее радиус и еще больше ускоряет вращение.
Сила тяготения, давление воды и постоянно уменьшающийся радиус воронки - все это, вместе взятое, непрерывно ускоряет вихревое движение жидкости.

По мере того как частицы воды движутся вниз в направлении стока, их радиальная и круговая скорости нарастают.
Радиально они ускоряются под действием силы гравитации,
а скорость вращения возрастает оттого, что уменьшается радиус вращения:
так фигуристка ускоряет обороты, прижимая руки к телу при выполнении пируэта.
В результате частицы воды движутся вниз по спиральным траекториям, образуя сужающуюся трубку линий потока, известную как воронка.

они отталкивают воду от стока по радиусу. Как результат, на

изначально плоской поверхности воды над стоком образуется углубление, которое быстро превращается в воронку.
В конце концов внутри водоворота формируется миниатюрный воздушный торнадо, а на водной поверхности воронки возникают достаточно сложные нелинейные структуры - барашки, волны и завихрения.

стока, давление воды, направленное внутрь потока, и центробежные силы, расталкивающие

поток в стороны, уравновешивают друг друга;

устанавливается устойчивое состояние, в котором
тяготение поддерживает поток энергии высокого уровня,
а трение рассеивает некоторую небольшую ее часть.