Планетарные волны

Воздух в атмосфере совершает самые разнообразные движения. Он участвует в циркуляции в масштабах всей планеты, перемещается в результате молекулярной и случайной турбулентной диффузии, а также под действием различного рода сил, рассмотренных ранее на сайте Smotret-Mir.Ru.

Имеется еще целый класс волновых движений. Характеристики воздуха (плотность, направление перемещения и др.) при таких движениях изменяются в пространстве волнообразно. Очень важную роль играют планетарные волны, которые служат действенным механизмом транспортировки энергии в атмосфере как по высоте, так и по широте. Причиной их генерации являются турбулентные движения воздуха.

Эффективность возбуждения планетарных волн существенно увеличивается при солнечном корпускулярном излучении на атмосферу Земли. Это значит, что солнечная энергия, вносимая в атмосферу потоками заряженных частиц (главным образом в высоких широтах), возбуждая планетарные волны и распространяя их, передается на другие широты и высоты и вызывает там процессы, приводящие к изменению погоды.

Физический механизм возникновения планетарных волн можно понять из опытов с жидкостью. Два цилиндра с общей осью имеют разную температуру: внутренний высокую, а внешний низкую. Между цилиндрами заливают жидкость и для удобства наблюдения за характером ее движения на поверхность насыпают алюминиевый порошок. Его перемещения можно фиксировать на кинопленку.

Характер движения жидкости изменяется в зависимости от скорости вращения цилиндров. Если их скорость меньше некоторой критической величины, то жидкость вращается вместе с цилиндрами по строго концентрическим окружностям. Но если скорость вращения увеличить более чем в десять раз, то картина движения жидкости между цилиндрами принципиально изменится.

Основная идея опыта в том, что жидкость находится между горячим и холодным цилиндрами и ее температура в разных областях различна. В рассматриваемом опыте температура внутреннего цилиндра равна 25,8° С, а внешнего 16,3° С. Возникающие волны переносят жидкость от нагретого внутреннего цилиндра к холодному внешнему.

Далее движение осуществляется в обратном направлении. В результате холодная жидкость, пришедшая от холодного цилиндра, нагревается у горячего. Возникающий турбулентный поток жидкости весьма эффективно переносит тепловую энергию от горячего цилиндра к холодному.

Если представить себе, что вращается не цилиндр с жидкостью, а земной шар с атмосферой, то становится понятной картина зональных скоростей движения (зональных ветров), направленных противоположно направлению вращения Земли.

Что-то очень похожее на превращение ламинарного потока жидкости в турбулентный наблюдается в системе ветров от поверхности Земли (где температура высокая) до определенного уровня в атмосфере. Так же как и в жидкости между холодным и горячим цилиндром, тепловая энергия переносится от нагретой земной поверхности к более холодным областям атмосферы.