Атмосферный фронт. Тёплый и холодный фронт

Атмосфера ("атмос" - пар) - воздушная оболочка Земли. Атмосфера по характеру изменения температуры с высотой, делится на несколько сфер

Лучистая энергия Солнца является источником движения воздуха. Между теплыми и холодными массами возникает разность температуры и атмосферного воздуха давления. Это порождает ветер.

Для обозначения движения ветра применяют различные понятия: смерч, буря, ураган, шторм, тайфун, циклон и пр.

Чтобы их систематизировать, во всем мире пользуются шкалой Бофорта , которая оценивает силу ветра в баллах от 0 до 12 (см. табл.).

Атмосферные фронты и атмосферные вихри порождают грозные природные явления, классификация которых приведена на рис. 1.9.

Рис. 1.9. Природные опасности метеорологического характера.

В табл. 1.15 приведена характеристика атмосферных вихрей.

Циклон (ураган) - (греч. кружащийся) - это сильное атмосферное возмущение, круговое вихревое движение воздуха с понижением давления в центре.

В зависимости от места зарождения циклоны подразделяются на тропические ивнетропические . Центральная часть циклона, обладающая наиболее низким давлением, слабой облачностью и слабыми ветрами, называется "глазом бури" ("глазом урагана").

Скорость движения самого циклона 40 км/ч (редко до 100 км/ч). Тропические циклоны (тайфуны) движутся быстрее. А скорость ветровых вихрей до 170 км/ч.

В зависимости от скорости различают: - ураган (115-140 км/ч); - сильный ураган (140-170 км/ч); - жесткий ураган (более 170 км/ч).

Ураганы наиболее распространены на Дальнем Востоке, в Калининградской и Северо-западных областях страны.

Предвестники урагана (циклона): - понижение давления в низких широтах и повышение в высоких; - наличие возмущений любого рода; - переменчивые ветры; - морская зыбь; - неправильные приливы и отливы.

Таблица 1.15

Характеристика атмосферных вихрей

Поражающие факторы урагана приведены в табл. 1.16.

Таблица 1.16

Поражающие факторы урагана

Смерч (торнадо) - чрезвычайно быстро вращающаяся воронка, свисающая из кучево-дождевого облака и наблюдающаяся как "воронкообразное облако " или "труба". Классификация смерчей дана в табл. 3.1.26.

Таблица 1.17

Классификация смерчей

На территории России смерчи распространены: на севере - у Соловецких островов, на Белом море, на юге - на Черном и Азовском морях. - Малые смерчи короткого действия проходят путь менее километра. - Малые смерчи значительного действия проходят путь в несколько километров. - Крупные смерчи проходят путь в десятки километров.

Поражающие факторы смерчей даны в табл. 1.18.

Таблица 1.18

Поражающие факторы смерчей

Буря - длительный, очень сильный ветер со скоростью более 20 м/с, наблюдающийся при прохождении циклона и сопровождающийся сильным волнением на море и разрушениями на суше. Длительность действия - от нескольких часов до нескольких суток.

В табл. 1.19 приведена классификация бурь.

Таблица 1.19

Классификация бурь

Поражающие факторы бурь приведены в табл. 1.20.

Таблица 1.20.

Поражающие факторы бурь

Действия населения

Гроза - атмосферное явление, сопровождающееся молниями и оглушительными раскатами грома. На Земном шаре одновременно происходит до 1800 гроз.

Молния - гигантский электрический искровой разряд в атмосфере в виде яркой вспышки света.

Таблица 1.21

Виды молний

Таблица 1.21

Поражающие факторы молнии

Действия населения при грозе.

Град - частички плотного льда, выпадающего в виде осадков из мощных кучево-дождевых облаков.

Туман - помутнение воздуха над поверхностью Земли, вызываемое конденсацией водяного пара

Гололед - смерзшиеся капли переохлажденного дождя или тумана, осаждающиеся на холодной поверхности Земли.

Снежные заносы - обильное выпадение снега при скорости ветра свыше 15 м/с и продолжительности снегопада более 12 часов.

Срочно скажите что такое атмосферный фронт!!! и получил лучший ответ

Ответ от Nick[гуру]
Зона раздела воздущных масс с различными метеопараметрами
Источник: инженер-синоптик

Ответ от Курочкин Кирилл [новичек]
Циклон - это атмосферный вихрь с низким давлением в своем центре, вокруг которого можно провести хотя бы одну замкнутую изобару, кратную 5 гПа.
Антициклон - такой же вихрь, но с высоким давлением в своем центре.
В северном полушарии ветер в циклоне направлен против часовой стрелки, а в антици-клоне - по часовой стрелке. В южном полушарии - наоборот.
В зависимости от географического района, особенностей возникновения и развития различают:
циклоны умеренных широт - фронтальные и нефронтальные (местные или терми-ческие) ;
тропические циклоны (см. следующий пункт) ;
антициклоны умеренных широт - фронтальные и нефронтальные (местные или термические) ;
субтропические антициклоны.
Фронтальные циклоны часто образуют серию циклонов, когда на одном и том же ос-новном фронте возникает, развивается и последовательно перемещается несколько цикло-нов. Фронтальные антициклоны возникают между этими циклонами (промежуточные анти¬циклоны) и в конце серии циклонов (заключительный антициклон) .
Циклоны и антициклоны могут быть одноцентровыми и многоцентровыми.
Циклоны и антициклоны умеренных широт называют просто циклонами и антицикло-нами без упоминания их фронтальной природы. Нефронтальные циклоны и антициклоны чаще называют местными.
Циклон в среднем имеет диаметр около 1000 км (от 200 до 3000 км) , давление в центре до 970 гПа и среднюю скорость перемещения около 20 узлов (до 50 узлов) . Ветер отклоняет¬ся от изобар на 10°-15° к центру. Зоны сильных ветров (штормовые зоны) располагаются обычно в юго-западной и южной частях циклонов. Скорости ветра достигают 20-25 м/с, реже -30м/с.
Антициклон в среднем имеет диаметр около 2000 км (от 500 до 5000 км и более) , дав¬ление в центре до 1030 гПа и среднюю скорость перемещения около 17 узлов (до 45 узлов) . Ветер отклоняется от изобар на 15°-20° от центра. Штормовые зоны чаще отмечаются в се-веро-восточной части антициклона. Скорости ветра достигают 20 м/с, реже - 25 м/с.
По вертикальной протяженности циклоны и антициклоны делят на низкие (вихрь про-слеживается до высот 1,5 км) , средние (до 5 км) , высокие (до 9 км) , стратосферные (когда вихрь выходит в стратосферу) и верхние (когда вихрь прослеживается на высотах, а у под-стилающей поверхности его нет) .

Ответ от P@nter@ [эксперт]
граница атмосферы

Ответ от Ђатошка Каввайнойе [гуру]
Атмосфе́рный фронт (от. др. -греч. ατμός - пар, σφαῖρα - шар и лат. frontis - лоб, передняя сторона) , фронты тропосферные - переходная зона в тропосфере между смежными воздушными массами с разными физическими свойствами.
Атмосферный фронт возникает при сближении и встрече масс холодного и тёплого воздуха в нижних слоях атмосферы или во всей тропосфере, охватывая слой мощностью до нескольких километров, с образованием между ними наклонной поверхности раздела.
Различают
тёплые фронты,
холодные фронты,
фронты окклюзии.
Основными атмосферными фронтами являются:
арктические,
полярные,
тропические.
здесь

Ответ от Ленок [активный]
Атмосферный фронт - переходная зона (ширина несколько десятков км) между воздушными массами с разными физическими свойствами. Различают арктический фронт (между арктическим и среднеширотным воздухом) , полярный (междусреднеширотным и тропическим воздухом) и тропический (между тропическим и экваториальным воздухом).

Ответ от Master1366 [активный]
Атмосферный фронт это граница раздела теплых и холодных масс воздуха, если холодный воздух меняет теплый то фронт называют холодным и наоборот. Как правило любой фронт сопроваждается осадками и перепадом давления, а также облачностью. Где то так.

Классификация любых явлений - важный элемент системы знаний о них. Каждый исследователь говорит о тех или иных вихревых явлениях. Их много. Какие вихревые потоки называют и анализируют в настоящее время?

По критерию масштабности это:

Эфирные вихри на уровне микромира

На осязаемом человеком уровне

На космическом уровне.

По степени взаимосвязи с материальными частицами.

В данный момент времени не связанные с ними.

В той или иной степени обладающие свойствами материальных частиц, так как их увлекают за собой.

Обладают свойствами материальных частиц, двигающие их.

По критерию соотношения эфира и других структур окружающего мира

Эфирные вихри, которые пронизывают насквозь твердые предметы, Землю, космические объекты и остаются невидимыми для наших органов чувств.

Эфирные вихри, которые увлекают за собой воздушные, водяные массы и даже твердые породы. Как спироны.

«...вся геосфера уже миллиарды лет находится в ежовых рукавицах этого хирального спирально вихревого поля (СВП), которое в действительности является силовым агентом солнечной атмосферы со всеми осложнениями в связи с проявлениями солнечной активности. Скорость распространения спирально вихревого поля (СВП) зависит от плотности, структуры и преодоленной массы вещества (от 3-1010 см с-1 в ядре Солнца до (2 ^10)-107 см-с-1 в земных условиях). В атмосфере Солнца скорость СВП с первичным, являются земные недра, поскольку, например, биосфера расположена непосредственно над этим источником. Температура в земном ядре недостаточно высока (~ 6140К) для генерации первичных вихревых квантов (спиронов), однако на Землю, постоянно облучаемую потоками ССВИ (104эрг-см-2с-1), непрерывно поступает поток солнечной вихревой энергии (~ 1,3-1015Вт). Наблюдения свидетельствуют, что геоид является для ССВИ резонатором с невысокой добротностью, в нем задерживается ~ 0,3-1015 Вт”

По критерию использования гравитационной энергии

Эфирные вихри относительно независимые от гравитационных

Эфирные вихри, преобразующие грависпиновую энергию в электромагнитную. И наоборот.

Эфирные вихри-домены, которые качают энергию из гравитационных волн.

По критерию влияния на человека в целом

Эфирные вихри, которые придают психофизиологические силы людям.

Эфирные вихри, нейтральные к психофизиологической активности человека.

Эфирные вихри, снижающие психофизиологическую активность людей. Таким полем может быть и фоновое вихревое поле. «Защиты от воздействия фонового вихревого поля, кроме толщ кристаллических пород, по- видимому, нет» А.Г. Никольский

По временному критерию

Быстро протекающие эфирные вихри.

Длительно существующие эфирные вихри

По степени постоянства и устойчивости присутствия

- «В первую очередь»... «фоновое поле, которое однородно по пространству, с волновыми характеристиками типа квазистационарного шума со случайным наложением синусоидальных колебаний различных частот (0,1-20 Гц), амплитуд и продолжительности”. Никольский Г. А. Скрытая солнечная эмиссия и радиационный баланс Земли.

Присутствующие в зависимости от космических и иных факторов, растянутых во времени

Эфирные вихри в форме однотипного, одноплоскостного завихрения

Эфирные вихри в форме тора (завихрение в одной плоскости пересекается с завихрением в другой плоскости)

Эфирные вихри в форме вакуумного домена

По степени однородности плотности вихрей

Относительно однородные

С рукавами эфира различной плотности

По степени проявления

Измеренные и документально засвидетельствованные

Косвенно измеренные

Предполагаемые, гипотические

По происхождению

Из расщепленных, распавшихся частиц

Из объектов, из частиц, материальных объектов, имевших прямолинейное движение

Из волновой энергии

По источнику энергии

Из электромагнитной энергии

Из грависпиновой энергии

Пульсирующее (из грависпиновой в электромагнитную, и наоборот)

По фрактальности к вращению различных геометрических фигур

Самая не простая, но перспективная классификация эфирных вихрей предложена в книге Дэвида Уилкока «Наука единства». Он считает, что все вихри в той или иной степени приближаются к различным геометрическим формам. И эти формы возникают не случайно, а по законам объемного распространения вибрации. Отсюда можно говорить о вихрях, фрактальных вращению различных геометрических фигур. Геометрические фигуры можно условно объединять между собой.

В итоге такие объединения и вращения с различным углом наклона к плоскости рождают следующие фигуры. http://www.ligis.ru/librari/670.htm

В основе таких фигур, а также в основе вихрей, которые возникают при их вращении, лежат Гармонические пропорции Платоновых Тел. К таким формам Д. Уилкок отнес:

Данный подход - изящное объединение основных форм кристаллов и вихрей. Как будет показано в дальнейшем, - «в этом что-то есть». http://www. 16pi2.com/joomla/

По космическому происхождению

Эфирные вихри, идущие из под Земли

Ширина блока px

Скопируйте этот код и вставьте себе на сайт

География 8 класс

Урок на тему: «Атмосферные фронты. Атмосферные вихри: циклоны и

антициклоны»

Цели: сформировать представление об атмосферных вихрях, фронтах; показать связь

между сменой погоды и процессами в атмосфере; познакомить с причинами образования

циклонов, антициклонов.

Оборудование: карты России (физическая, климатическая), демонстрационные таблицы

«Атмосферные фронты» и «Атмосферные вихри», карточки с баллами.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Проверка домашнего задания

1. Фронтальный опрос

Что такое воздушные массы? (Крупные объемы воздуха, отличающиеся по своим

свойствам: температуре, влажности и прозрачности.)

Воздушные массы делятся на типы. Назовите их, чем они отличаются? (Примерный

ответ. Над Арктикой формируется арктический воздух -всегда холодный и сухой,

прозрачный, т. к в Арктике нет пыли. Над большей частью России в умеренных широтах

формируется умеренная воздушная масса -зимой холодная, а летом теплая. В Россию

летом приходят тропические воздушные массы, которые формируются над пустынями

Средней Азии и приносят жаркую и сухую погоду с температурой воздуха до 40 °С.)

Что такое трансформация воздушных масс? (Примерный ответ. Изменение свойств

воздушных масс при их передвижении над территорией России. Например, морской

умеренный воздух, приходящий с Атлантического океана, теряет влагу, летом

прогревается и становится континентальным -теплым и сухим. Зимой морской

умеренный воздух теряет влагу, но охлаждается и становится сухим и холодным.)

Какой океан и почемуоказывает большее влияние на климат России? (Примерный

ответ. Атлантический. Во- первых, большая часть России находится в господствующем

западном переносе ветров, во- вторых, препятствий для проникновения западных ветров с

Атлантики фактически нет, т. к. назападе России -равнины. Низкие Уральские горы

препятствием не являются.)

1. Общее количество радиации, достигающей поверхности Земли, называется:

а) солнечной радиацией;

б) радиационным балансом;

в) суммарной радиацией.

2. Самый большой показатель отраженной радиации имеет:

в) чернозем;

3. Над Россией зимой перемещаются:

а) арктические воздушные массы;

б) умеренные воздушные массы;

в) тропические воздушные массы;

г) экваториальные воздушныемассы.

4. Роль западного переноса воздушных масс усиливается на большей части России:

в) осенью.

5. Самый большой показатель суммарной радиации в России имеет:

а) юг Сибири;

б) Северный Кавказ;

в) юг ДальнегоВостока.

6. Разница между суммарной радиацией и отраженной радиацией и тепловым излучением

называется:

а) поглощенной радиацией;

б) радиационным балансом.

7. При движении к экватору величина суммарной радиации:

а) уменьшается;

б) увеличивается;

в) не изменяется.

Ответы: 1 - в; 3 -г; 3 -а, б; 4 -а; 5 -б; 6 -б; 7 -б.

3. Работа по карточкам

Определите, какой тип погоды описан.

1. На рассвете мороз ниже 40 °С. Снег едва голубеет сквозь туман. Скрип полозьев

слышен километра на два. Топят печи -дым из труб столбом поднимается вверх. Солнце

как круг докрасна раскаленного металла. Днем все сверкает: солнце, снег. Туман уже

растаял. Голубое небо, чуть белесое от невидимых кристалликов льда, пронизано светом

Посмотришь вверх из окна теплого дома искажешь: «Как летом». А на дворе стужа

лишь немногим слабее, чем утром. Мороз силен. Силен, да не очень страшен: воздух сух,

ветра нет.

Розовато- сизый вечер переходит в темно- синюю ночь. Созвездия горят не точками, а

целыми кусками серебра. Шорох выдоха кажется шепотом звезд. Мороз все крепчает. По

тайге идет гул от звуков растрескивающихся деревьев. В Якутске средняя температура

января -43 °С, а с декабря по март выпадает в среднем 18 мм осадков. (Континентальный

умеренный.)

2. Лето 1915 г. было очень ненастное. Дожди шли все время с большим постоянством.

Один раз очень сильный ливень длился подряд двое суток. Он не позволял женщинам и

детям выходить из жилищ. Опасаясь, как бы водой не унесло лодки, орочи вытащили их

раз опрокидывать их и выливать дождевую воду. К вечеру второго дня вдруг сверху вода

пришла валом и сразу затопила все берега. Подхватив в лесу валежник, она понесла его

концов превратился в лавину, обладающую такой же разрушительной силой, как и

ледоход. Эта лавина шла по долине и своим напором ломала живой лес. (Муссонный

умеренный.)

III. Изучение нового материала

Комментарии.Учитель предлагает прослушать лекцию, по ходу которой учащиеся дают

определение терминов, заполняют таблицы, делают рисунки- схемы в тетради. Затем

учитель с помощью консультантов проверяет работу. Каждый ученик получает по три

карточки с указанием баллов.Если в течение урока ученик отдал карточку- балл

консультанту, значит, ему требуется еще работа с учителем или консультантом.

Вы уже знаете, что на территории нашей страны движутся воздушные массы трех видов:

арктические, умеренные и тропические. Они достаточно сильно отличаются друг от друга

по главным показателям: температура, влажность, давление и т. д. При сближении

воздушных масс, имеющих различные характеристики, в зоне между ними увеличивается

разница температуры воздуха, влажности, давления, возрастает скорость ветра.

Переходные зоны в тропосфере, в которых происходит сближение воздушных масс с

различными характеристиками, называются фронтами.

В горизонтальном направлении протяженность фронтов, как и воздушных масс, имеет

тысячи километров, по вертикали -около 5 км, ширина фронтальной зоны у поверхности

Земли -порядка сотни километров, на высотах -несколько сотен километров.

Время существования атмосферных фронтов составляет более двух суток

Фронты вместе с воздушными массами перемещаются со скоростью в среднем 30-50

км/ч, а скорость холодных фронтов нередко достигает 60-70 км/ч (а иногда 80-90 км/ч).

Классификация фронтов по особенностям перемещения

1. Теплыми называются фронты, перемещающиеся в сторону более холодного воздуха. За

теплым фронтом в данный регион приходит теплая воздушная масса.

2. Холодными называются фронты, перемещающиеся в сторону более теплой воздушной

массы. За холодным фронтом в данный регион приходит холодная воздушная масса.

(В ходе дальнейшего рассказа учащиеся рассматривают схемы в учебнике (по Р: рис. 37 на

с. 85; по Б: рис. 33 на с. 58).)

Теплый фронт движется в сторону холодного воздуха. На карте погоды теплый фронт

отмечают красным цветом. По мере приближения линии теплого фронта начинает падать

давление, уплотняются облака, выпадают обложные осадки. Зимой при прохождении

фронта обычно появляются низкие слоистые облака. Температура и влажность воздуха

медленно повышаются. При прохождении фронта температура и влажность обычно

быстро возрастают, ветер усиливается. После прохождения фронта направление ветра

меняется (по часовой стрелке), падение давления прекращается и начинается его слабый

рост, облака рассеиваются, осадки прекращаются.

Теплый воздух, перемещаясь, натекает на клин холодного воздуха, совершает восходящее

облакообразование. Охлаждение теплого воздуха при восходящем скольжении по

поверхности фронта приводит к образованию характерной системы слоистообразных

облаков, выше будут находиться перистые облака. При приближении к пункту теплого

фронта с хорошо развитой облачностью сначала появляются перистые облака в виде

параллельных полос с когтевидными образованиями в передней части (предвестники

теплого фронта). Первые перистые облака наблюдаются на расстоянии многих сотен

километров от линии фронта у поверхности Земли. Перистые облака переходят в перисто-

слоистые облака. Затем облака становятся все плотнее: высокослоистые облака

постепенно переходят в слоисто- дождевые, начинают выпадать обложные осадки,

которые ослабевают или совсем прекращаются после прохождения линии фронта.

Холодный фронт движется в сторону теплого воздуха. На карте погоды холодный фронт

отмечают синим цветом или зачерненными треугольниками, направленными в сторону

перемещения фронта. С прохождением холодного фронта начинается быстрый рост

давления.

Перед фронтом часто наблюдаются осадки, а нередко грозы и шквалы (особенно в теплое

полугодие). Температура воздуха после прохождения фронта падает, причем порой

быстро и резко - на 5-10 °С и более за 1-2 ч. Видимость, как правило, улучшается,

поскольку за холодным фронтом вторгается более чистый и менее влажный воздух из

северных широт.

Облачность холодного фронта, образующаяся вследствие восходящего скольжения вдоль

его поверхности вытесняемого холодным клином теплого воздуха, является как бы

зеркальным отражением облачности теплого фронта. В передней части облачной системы

могут возникать мощные кучевые и кучево- дождевые облака, растянутые на сотни

километров вдоль фронта, со снегопадами зимой, ливнями летом, нередко с грозами и

шквалами. Кучевые облака постепенно сменяются слоистыми. Ливневые осадки перед

фронтом после прохождения фронта сменяются более равномерными обложными

осадками. Затем появляются перисто- слоистые и перистые облака.

Предвестниками фронта являются высококучевые чечевицеобразные облака, которые

распространяются перед ним на удалении до 200 км.

Антициклоны -районы относительно высокого атмосферного давления.

Отличительной особенностью антициклонов является строго определенное направление

ветра. Ветер направлен от центра к периферии антициклона, т. е. в направлении снижения

давления воздуха. Другой составляющей ветров в антициклоне является воздействие силы

Кариолиса, обусловленной вращением Земли. В Северном полушарии это приводит к

повороту движущегося потока вправо. В Южном полушарии, соответственно, влево.

Именно поэтому ветер в антициклонах Северного полушария движется по направлению

движения часовой стрелки, а в Южном -наоборот.

Антициклоны перемещаются в направлении общего переноса воздуха в тропосфере.

Средняя скорость перемещения антициклона составляет около 30 км/ч в Северном

полушарии и около 40 км/ч в Южном, но нередко антициклон надолго принимает

малоподвижное состояние.

Признак антициклона -устойчивая и умеренная погода, которая держится несколько

дней. В летний период антициклон приносит жаркую, малооблачную погоду. В зимний

период характеризуется морозной погодой и туманами.

Важной особенностью антициклонов является образование их на определенных участках.

В частности, над ледовыми полями формируются антициклоны: чем мощнее ледовый

покров, тем сильнее выражен антициклон. Именно поэтому антициклон над Антарктидой

очень мощный, над Гренландией - маломощный, а над Сибирью - средний по

выраженности.

Интересным примером резких изменений в формировании различных воздушных масс

служит Евразия. В летнее время над ее центральными районами формируется область

низкого давления, куда засасывается воздух с соседних океанов. Зимой ситуация резко

меняется: над центром Евразии формируется область высокого давления - азиатский

максимум, холодные и сухие ветры которого, расходящиеся из центра по часовой стрелке,

разносят холод вплоть до восточных окраин материка и вызывают ясную, морозную,

практически бесснежную погоду на Дальнем Востоке.

Циклоны - это крупномасштабные атмосферные возмущения в области низкого

давления. Ветер дует из центра против часовой стрелки в Северном полушарии. В

циклонах умеренных широт, называемых внетропическими, обычно выражен холодный

фронт, а теплый, если и существует, не всегда хорошо заметен. В умеренных широтах с

циклонами связана большая часть осадков.

В циклоне воздух, вытесняемый сходящимися ветрами, поднимается вверх. Поскольку

именно восходящие движения воздуха приводят к формированию облаков, облачность и

осадки приурочены большей частью к циклонам, тогда как в антициклонах преобладает

ясная или малооблачная погода.

По международному соглашению, тропические циклоны классифицируют в зависимости

от силы ветра. Выделяют тропические депрессии (скорость ветра до 63 км/ч), тропические

штормы (скорость ветра от 64 до 119 км/ч) и тропические ураганы, или тайфуны (скорость

ветра более 120 км/ч).

IV. Закрепление нового материала

1. Работа с картой

1). Определите, где расположены арктические и полярные фронты над территорией

России летом. (Примерный ответ. Арктические фронты летом расположены в северной

части Баренцева моря, над северной частью Восточной Сибири и морем Лаптевых и над

Чукотским полуостровом. Полярные фронты: первый летом протягивается от побережья

Черного моря над Среднерусской возвышенностью к Предуралью, второй расположен на

юге Восточной Сибири, третий - над южной частью Дальнего Востока и четвертый -

над Японским морем.)

2). Определите, где расположены арктические фронты зимой. (Зимой арктические фронты

сдвигаются к югу, но остается фронт над центральной частью Баренцева моря и над

Охотским морем и Корякским нагорьем.)

3). Определите, в каком направлении происходит сдвиг фронтов зимой. (Примерный

ответ. Зимой фронтыперемещаются к югу, т. к. все воздушные массы, ветры, пояса

давления сдвигаются к югу вслед за видимым движением Солнца. Солнце 22 декабря

находится в зените в Южном полушарии над Южным тропиком.)

2. Самостоятельная работа

Заполнение таблиц.

Атмосферныефронты

Теплый фронт

Холодный фронт

1. Теплый воздух надвигается на холодный.

1. Холодный воздух надвигается на теплый.

Вихри в воздухе. Экспериментально известен ряд способов создания вихревых движений. Описанный выше способ получения дымовых колец из ящика позволяет получать вихри, радиус и скорость которых имеют порядок 10-20 см и 10 м/сек соответственно, в зависимости от диаметра отверстия и силы удара. Такие вихри проходят расстояния 15-20 м.

Вихри гораздо большего размера (радиусом до 2 м) и большей скорости (до 100 м/сек) получаются с помощью ВВ. В трубе, закрытой с одного конца и заполненной дымом, производится подрыв заряда ВВ, расположенного у дна. Вихрь, получаемый из цилиндра радиусом 2 м при заряде весом около 1 кг, проходит расстояние около 500 м. На большей части пути вихри, получаемые таким способом, имеют турбулентный характер и хорошо описываются законом движения, который изложен в § 35.

Механизм образования таких вихрей качественно ясен. При движении в цилиндре воздуха, вызванном взрывом, на стенках образуется пограничный слой. На краю цилиндра пограничный слой отрывается, в

результате чего создается тонкий слой воздуха со значительной завихренностью. Затем происходит сворачивание этого слоя. Качественная картина последовательных этапов приведена на рис. 127, где изображен один край цилиндра и срывающийся с него вихревой слой. Возможны и другие схемы образования вихрей.

При малых числах Рейнольдса спиральная структура вихря сохраняется довольно долго. При больших числах Рейнольдса, в результате неустойчивости, спиральная структура разрушается сразу и происходит турбулентное перемешивание слоев. В результате образуется вихревое ядро, распределение завихренности в котором можно найти, если решить поставленную в § 35 задачу, описываемую системой уравнений (16).

Однако в настоящий момент нет никакой схемы расчета, которая позволяла бы по заданным параметрам трубы и весу ВВ определять начальные параметры сформировавшегося турбулентного вихря (т. е. его начальные радиус и скорость). Эксперимент показывает, что для трубы с заданными параметрами существует наибольший и наименьший вес заряда, при которых вихрь образуется; на его образование сильно влияет и расположение заряда.

Вихри в воде. Мы уже говорили, что вихри в воде можно получать аналогичным способом, выталкивая поршнем из цилиндра некоторый объем жидкости, подкрашенной чернилами.

В отличие от воздушных вихрей, начальная скорость которых может достичь 100 м/сек и более, в воде при начальной скорости 10-15 м/сек вследствие сильного вращения жидкости, движущейся вместе с вихрем, возникает кавитационное кольцо. Оно возникает в момент образования вихря при срыве пограничного слоя с края Цилиндра. Если пытаться получить вихри со скоростью

более 20 м/сек, то кавитационная каверна становится столь большой, что возникает неустойчивость и вихрь разрушается. Сказанное относится к диаметрам цилиндра порядка 10 см возможно, что с увеличением диаметра удастся получить устойчивые вихри, движущиеся с большой скоростью.

Интересное явление возникает, когда вихрь движется в воде вертикально вверх по направлению к свободной поверхности. Часть жидкости, образующая так называемое тело вихря, взлетает над поверхностью, сначала почти без изменения формы - водяное кольцо выпрыгивает из воды. Иногда скорость вылетевшей массы в воздухе увеличивается. Это можно объяснить отбрасыванием воздуха, которое происходит на границе вращающейся жидкости. В дальнейшем вылетевший вихрь разрушается под действием центробежных сил.

Падение капель. Легко наблюдать вихри, образующиеся при падении капель чернил в воду. Когда чернильная капля попадает в воду, образуется кольцо, состоящее из чернил и движущееся вниз. Вместе с кольцом движется некоторый объем жидкости, образующий тело вихря, которое также окрашено чернилами, но гораздо слабее. Характер движения сильно зависит от соотношения плотностей воды и чернил. При этом оказываются существенными различия плотности в десятые доли процента.

Плотность чистой воды меньше, чем чернил. Поэтому при движении вихря на него действует сила, направленная вниз, по ходу вихря. Действие этой силы приводит к увеличению импульса вихря. Импульс вихря

где Г - циркуляция или интенсивность вихря, и R - радиус вихревого кольца, а скорость движения вихря

Если пренебречь изменением циркуляции, то из этих формул можно сделать парадоксальный вывод: действие силы в направлении движения вихря приводит к уменьшению его скорости. Действительно, из (1) следует, что с ростом импульса при постоянной

циркуляции должен увеличиваться радиус R вихря, но из (2) видно, что при постоянной циркуляции с ростом R скорость падает.

В конце движения вихря чернильное кольцо распадается на 4-6 отдельных сгустков, которые в свою очередь превращаются в вихри с маленькими спиральными кольцами внутри. В некоторых случаях эти вторичные кольца распадаются еще раз.

Механизм этого явления не очень ясен, и существует несколько его объяснений. В одной схеме главную роль играет сила тяжести и неустойчивость так называемого тейлоровского типа, которая возникает, когда в поле тяжести более плотная жидкость находится над менее плотной, причем обе жидкости вначале покоятся. Плоская граница, разделяющая две такие жидкости, неустойчива - она деформируется, и отдельные сгустки более плотной жидкости проникают в менее плотную.

При движении чернильного кольца циркуляция на самом деле уменьшается, и это приводит к полной остановке вихря. Но на кольцо продолжает действовать сила тяжести, и в принципе оно должно было бы опускаться дальше как целое. Однако возникает тейлоровская неустойчивость, и в результате кольцо распадается на отдельные сгустки, которые опускаются под действием силы тяжести и в свою очередь образуют маленькие вихревые кольца.

Возможно и другое объяснение этого явления. Увеличение радиуса чернильного кольца приводит к тому, что часть жидкости, движущаяся вместе с вихрем, принимает форму, изображенную на рис. 127 (стр. 352). В результате действия на вращающийся тор, состоящий из линий тока, сил, аналогичных силе Магнуса, элементы кольца приобретают скорость, направленную перпендикулярно скорости движения кольца как целого. Такое движение неустойчиво, и происходит распад на отдельные сгустки, которые снова превращаются в маленькие вихревые кольца.

Механизм образования вихря при падении капель в воду может иметь разный характер. Если капля падает с высоты 1-3 см, то ее вход в воду не сопровождается всплеском и свободная поверхность деформируется слабо. На границе между каплей и водой

образуется вихревой слой, сворачивание которого и приводит к образованию кольца чернил, окруженного захваченной вихрем водой. Последовательные стадии образования вихря в этом случае качественно изображены на рис. 128.

При падении капель с большой высоты механизм образования вихрей иной. Здесь падающая капля, деформируясь, растекается на поверхности воды, сообщая на площади, много большей ее диаметра, импульс с максимальной интенсивностью в центре. В результате на поверхности воды образуется впадина, она по инерции расширяется, а потом происходит схлопывание и возникает кумулятивный всплеск - султан (см. гл. VII).

Масса этого султана в несколько раз больше массы капли. Падая под действием силы тяжести в воду, султан образует вихрь по уже разобранной схеме (рис. 128); на рис. 129 изображена первая стадия падения капли, приводящая к образованию султана.

По этой схеме образуются вихри, когда на воду падает редкий дождь с крупными каплями - поверхность воды покрывается тогда сеткой небольших султанчиков. Вследствие образования таких султанчиков каждая

капля значительно наращивает свою массу, и поэтому вихри, вызванные ее падением, проникают на довольно большую глубину.

По-видимому, это обстоятельство можно положить в основу объяснения известного эффекта гашения дождем поверхностных волн в водоемах. Известно, что при наличии волн горизонтальные составляющие скорости частиц на поверхности и на некоторой глубине имеют противоположные направления. Во время дождя значительное количество жидкости, проникающее на глубину, гасит волновую скорость, а восходящие из глубины токи гасят скорость на поверхности. Было бы интересно подробнее разработать этот эффект и построить его математическую модель.

Вихревое облако атомного взрыва. Явление, очень похожее на образование вихревого облака при атомном взрыве, можно наблюдать при взрывах обычных ВВ, например, при подрыве плоской круглой пластины ВВ, расположенной на плотном грунте или на стальной плите. Можно также располагать ВВ в виде сферического слоя или стакана, как показано на рис. 130.

Наземный атомный взрыв отличается от обычного взрыва прежде всего существенно большей концентрацией энергии (кинетической и тепловой) при очень малой массе бросаемого вверх газа. При таких взрывах образование вихревого облака происходит за счет выталкивающей силы, которая появляется из-за того, что масса горячего воздуха, образующаяся при взрыве, легче окружающей среды. Выталкивающая сила играет существенную роль и при дальнейшем движении вихревого облака. Точно так же, как при движении чернильного вихря в воде, действие этой силы приводит к росту радиуса вихревого облака и уменьшению скорости. Явление осложняется тем, что плотность воздуха меняется с высотой. Схема приближенного расчета этого явления имеется в работе .

Вихревая модель турбулентности. Пусть поток жидкости или газа обтекает поверхность, которая представляет собой плоскость с вмятинами, ограниченными сферическими сегментами (рис. 131, а). В гл. V мы показали, что в районе вмятин естественно возникают зоны с постоянной завихренностью.

Предположим теперь, что завихренная зона отделяется от поверхности и начинает двигаться в основном потоке (рис.

131,6). В силу закрученности эта зона, кроме скорости V основного потока, будет иметь еще компоненту скорости, перпендикулярную к V. В результате такая движущаяся вихревая зона вызовет турбулентное перемешивание в слое жидкости, размер которого в десятки раз превышает размеры вмятины.

Это явление, по-видимому, можно использовать для объяснения и расчетов передвижения больших масс воды в океанах, а также передвижения масс воздуха в горных районах при сильных ветрах.

Снижение сопротивления. В начале главы мы говорили о том, что воздушные или водяные массы без оболочек, которые движутся вместе с вихрем, несмотря на плохо обтекаемую форму испытывают значительно меньшее сопротивление, чем такие же массы в оболочках. Мы указали и причину такого снижения сопротивления - оно объясняется непрерывностью поля скоростей.

Возникает естественный вопрос о том, нельзя ли придать обтекаемому телу такую форму (с подвижной границей) и сообщить ему такое движение, чтобы возникающее при этом течение было аналогично течению при движении вихря, и тем самым попытаться уменьшить сопротивление?

Мы приведем здесь принадлежащий Б. А. Луговцову пример, который показывает, что такая постановка вопроса имеет смысл. Рассмотрим симметричное относительно оси х плоское потенциальное течение несжимаемой невязкой жидкости, верхняя половина которого изображена на рис. 132. На бесконечности поток имеет скорость, направленную вдоль оси х, на рис. 132 штриховкой отмечена каверна, в которой поддерживается такое давление, что на ее границе величина скорости постоянна и равна

Нетрудно видеть, что если вместо каверны в поток поместить твердое тело с подвижной границей, скорость которой также равна то наше течение можно рассматривать и как точное решение задачи обтекания этого тела вязкой жидкостью. В самом деле, потенциальное течение удовлетворяет уравнению Навье-Стокса, а условие прилипания на границе тела выполняется в силу того, что скорости жидкости и границы совпадают. Таким образом, благодаря подвижной границе течение останется потенциальным, несмотря на вязкость, след не появится и полная сила, действующая на тело, будет равной нулю.

В принципе такую конструкцию тела с подвижной границей можно осуществить и на практике. Для поддержания описанного движения необходим постоянный подвод энергии, который должен компенсировать диссипацию энергии вследствие вязкости. Ниже мы подсчитаем необходимую для этого мощность.

Характер рассматриваемого течения таков, что его комплексный потенциал должен быть многозначной функцией. Чтобы выделить его однозначную ветвь, мы

сделаем в области течения разрез вдоль отрезка (рис. 132). Ясно, что комплексный потенциал отображает эту область с разрезом на область, изображенную на рис. 133, а (соответствующие точки помечены одинаковыми буквами), на нем указаны также образы линий тока (соответствующие помечены одинаковыми цифрами). Разрыв потенциала на линии не нарушает непрерывности поля скоростей, ибо производная комплексного потенциала остается непрерывной на этой линии.

На рис. 133,б показан образ области течения при отображении это круг радиуса с разрезом по действительной оси от точки до точка разветвления потока В, в которой скорость равна нулю, переходит в центр круга

Итак, в плоскости образ области течения и положение точек вполне определены. В плоскости напротив, можно произвольно задавать размеры прямоугольника Задав их, можно найти по

теореме Римана (гл. И) единственное конформное отображение левой половины области рис. 133, а на нижний полукруг рис. 133 ,б, при котором точки на обоих рисунках соответствуют друг другу. В силу симметрии тогда вся область рис. 133, а отобразится на круг с разрезом рис. 133, б. Если при этом выбрать надлежащим образом положение точки В на рис. 133, а (т. е. длину разреза), то она перейдет в центр круга и отображение определится полностью.

Это отображение удобно выразить через параметр , меняющийся в верхней полуплоскости (рис. 133, в). Конформное отображение этой полуплоскости на круг с разрезом рис. 133, б с нужным соответствием точек выписывается элементарно.