为什么不冷空气和其他陡坡天气效果消散?

Question

为什么不冷空气和其他陡坡天气效果消散?他们为什么这么长?为什么不热消散向较冷的地区?

Answer 1

好问题。似乎没有太多想,空气在一个高压力区应该朝着空气低压区,导致压力梯度的消失。这并不发生的原因是因为有其他力量(或pseudo-forces)在工作中,除了行动产生的力压力梯度。下面我将概述这些力量:

1。压力梯度:
这是力之间的压力差产生的高、低压力区。我们学期这个压力梯度,由于压力变化是连续的,而不是离散变化之间的高、低压力区。我们可以在一个特定模型的加速度方向造成的压力梯度使用方程:

$ $ \α= \压裂{1}{\ρ}\压裂{dP} {dz} $ $

\α加速度是美元在一个给定的点,\ρ是空气的密度美元在这一点上,和dP / dz美元代表了一个小变化压力在水平距离一个小变化。更普遍的是,我们可以在三维模型加速度矢量使用方程:

vec{\α}= $ $ \ \压裂{1}{\ρ}vec{\微分算符}\ P $ $

如果在工作中压力梯度是唯一的力量,从上面看,显然加速度将直接从高压地区低压区域,最终导致损耗的梯度。

接下来要考虑pseudo-force不过是科里奥利效应。

2。科里奥利效应:
科里奥利效应影响风离赤道水平移动。这样的风在北半球向右偏转,而风在南半球向左。这是由于地球的自转。(这种效果的更多信息可以在问题和答案在这里)。产生的科里奥利加速度psuedo-force是由以下方程:

$ $ \ boldsymbol{一}_Cω= 2 \ \ * \ boldsymbol {v} $ $

在美元\ω代表地球的角速度和美元\ boldsymbol {v} $表示风的速度。这里的积是意义和表明挠度的科里奥利效应将成直角的方向风的速度。对地球产生特定结果的更多细节可以找到在不同的纬度角在这里。

那么这个科里奥利效应阻止风从高压低压?好想象,风开始北移动(在北半球)从高压区域低压区域。由于科里奥利效应,这风就会向右偏移,将继续以这样一种方式,直到pseduo-force偏转产生的科里奥利效应完全平衡力由于压力梯度(暂时忽略摩擦)。在这个时候,我们说风是在地转平衡。风因此不再是直接从高压区域转移到低压区域,正是因为这一原因,压力梯度不立刻消散。(参见下面的摩擦力)这可以表示为下图,我将包括公式,当我们获得mathjax(注意科里奥利术语表示在这个图有点不同的,但别担心我将解释它如何当mathjax添加相同,基本上只是一个更广义向量方向的组成部分):

3所示。摩擦

正如我前面所提到的,地转平衡假定没有摩擦。在现实中,摩擦行为慢风的流动,进而减少科里奥利效应的影响。因此最终风会成螺旋形地向低压区略向内。摩擦的影响比较明显的低层大气,在对流层上层地转运动近似更准确,因此压力梯度将需要更长的时间来消散在高层大气中低层大气。

摩擦力是由:

$ $ F =简历$ $

c是一个常数,美元和V美元是风的速度。

4所示。重力

也可以持续的垂直压力梯度,由于重力的影响。重力平衡压力梯度时,这种情况被称为hydro-static风力平衡,和由方程表示:

$ $ dP / dz = - $ ${\ρ}g

\ρ美元空气密度,和g美元是重力加速度,也就是大约9.8美元s ^ {2} $。

净效应:

虽然我已经回答了这个问题,但我已经决定包括方程结合所有4力量完整性。结合所有这些力量作用于风,风的净加速度可由方程:

$ $ \压裂{D \ boldsymbol{你}}{Dt} = 2ω\ \ * \ boldsymbol{你}- \压裂{1}{\ρ}{\微分算符}p + \ boldsymbol {g} + \ boldsymbol {F} _r $ $

美元,美元\ boldsymbol{你}表示风的速度,和t美元代表时间。粗体是向量的数量,在一个指定的方向。(例如$ \ boldsymbol {g} $徒垂直,在美元\ boldsymbol {F}行为相反的方向\美元boldsymbol{你}$)。下面是在图像:

这张图片显示了部队行动(不含重力)在高、低压力区。PGF压强梯度力,CF psuedo-Coriolis力和F是摩擦力反对风的速度。注意,风在病房向低压地区略有移动,而不是垂直于梯度预测的地转运动。这是由于摩擦力。

Answer 2

梯度存在的原因是大气过程引擎的一部分,由太阳的能量。如果太阳烧坏,梯度实际上就会消散。但在此之前,太阳将热空气在赤道附近的表面,而在两极的冷空气下沉,创建一个环绕地球的循环(见哈德利细胞)。方面是漩涡的边界形成的循环。