Kysymys:
Mikseivät kylmät rintamat ja muut jyrkän kaltevuuden säävaikutukset vain haihtuisi?
naught101
2014-04-16 06:07:37 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Miksi kylmät rintamat ja muut jyrkän kaltevuuden säävaikutukset eivät vain haihdu? Miksi ne kestävät niin kauan? Miksi lämpö ei haihdu kohti viileämpää aluetta?

Lyhyt vastaus johtuu siitä, että työssä on useita voimia (paineen gradienttivoima, coriolis-voima, keskipakovoima ja (vähäinen) kitka). Tuuli (ja sen kautta lämpötila / kosteus / pyörteisyys / jne.) Ei vain virtaa korkeasta paineesta matalaan paineeseen, kuten kuvittelisit, koska nämä voimat toimivat toisiaan vastaan. http://www.aos.wisc.edu/~aalopez/aos101/wk11/HLsfc.jpg Pohjimmiltaan havaitsemamme sää on seurausta siitä, että ilma haluaa "vain haihtua", mutta joutuu tekemään jotain muuta.
@DrewP84: Hrm, kyllä, tajusin sen tavallaan, kun kopioin (melko vanhaa) kysymystä alueelta51. On mahdollista, että sitä ei voida vastata sellaisenaan (liian leveä?), Tai ehkä sitä voitaisiin parantaa. Ajatuksia? Ehkä kommenttisi hieman laajennettu versio olisi vastaus.
Mielestäni kysymys on hyvä. Olen varma, että siellä on joku, joka selittää sen paremmin kuin minä. Päätin antaa lyhyen vastauksen sillä välin. Nestedynamiikan yhtälöt eivät koskaan olleet vahvuuksiani.
Kaksi vastused:
#1
+7
Kenshin
2014-04-23 14:09:40 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Hyvä kysymys. Näyttäisi ilman paljon miettimistä, että korkeapainevyöhykkeen ilman tulisi liikkua kohti matalapainevyöhykkeen ilmaa, mikä johtaa paineen gradientin katoamiseen. Syy tähän ei ole, koska työssä on muita voimia (tai näennäisvoimia), jotka vaikuttavat paineen gradientista johtuvan voiman lisäksi. Esittelen tällaiset voimat alla:

1. Paineen gradientti:
Tämä on voima, joka johtuu paine-erosta korkean ja matalan paineen vyöhykkeen välillä. Kutsumme tätä painogradientiksi, koska paineenmuutos on jatkuvaa eikä erillistä muutosta korkean ja matalan paineen vyöhykkeen välillä. Voimme mallintaa paineen gradientista johtuvan kiihtyvyyden tiettyyn suuntaan yhtälön avulla:

$$ \ alpha = \ frac {-1} {\ rho} \ frac {dP} {dz} $$

jossa $ \ alpha $ on kiihtyvyys tietyssä pisteessä, $ \ rho $ on ilman tiheys kyseisessä pisteessä ja $ dP / dz $ edustaa pientä muutosta paineessa pienessä muutoksessa vaakasuora etäisyys. Yleisemmin voimme mallintaa kiihtyvyysvektorin 3-ulotteisesti käyttämällä yhtälöä:

$$ \ vec {\ alpha} = \ frac {-1} {\ rho} \ vec {\ nabla} P $$

Jos paineen kaltevuus oli ainoa voima työssä, on ylhäältä ilmeistä, että kiihtyvyys suunnattaisiin korkeapainealueilta matalapaineisiin alueisiin, mikä lopulta johtaisi tällaisten kaltevuuksien hajaantumiseen.

Seuraava näennäisvoima, joka on kuitenkin otettava huomioon, on Coriolis-vaikutus.

2. Coriolis-vaikutus:
Coriolis-vaikutus vaikuttaa tuuliin, jotka poikkeavat päiväntasaajasta ja liikkuvat vaakasuorassa. Tällaiset tuulet pohjoisella pallonpuoliskolla taipuvat oikealle, kun taas eteläisen pallonpuoliskon tuulet suuntautuvat vasemmalle. Tämä on seurausta maapallon pyörimisestä. (Lisätietoja tästä vaikutuksesta voi olla kysymyksessä ja vastauksessa täällä). Corioliksen psuedovoimasta johtuva kiihtyvyys saadaan seuraavan yhtälön avulla:

$$\boldsymbol{a}_C=-2\Omega\times\boldsymbol{v}$$

jossa $ \ Omega $ edustaa Maan kulmanopeutta ja $ \ boldsymbol {v } $ edustaa tuulen nopeutta. Tässä ristitulolla on merkitystä ja se osoittaa, että Coriolis-vaikutuksen taipuma on suorassa kulmassa tuulen nopeuden suuntaan nähden. Lisätietoja maapallon erityistuloksen johtamisesta eri leveysasteissa on täällä.

Joten miten tämä Coriolis-vaikutus estää tuulen siirtymisen korkeasta paineesta matalaan paineeseen ? Kuvittele hyvin, että tuuli alkaa liikkua pohjoiseen (pohjoisella pallonpuoliskolla) korkeapainealueelta matalapainealueelle. Coriolis-vaikutuksesta johtuen tämä tuuli ohjautuu oikealle ja jatkuu taipumalla, kunnes Coriolis-vaikutuksesta johtuva pseduo-voima tasapainottaa tarkasti paineen gradientista johtuvan voiman (jättämättä huomioimaan kitkaa) oleminen). Tällä hetkellä sanotaan tuulen olevan geostrofisessa tasapainossa. Tuuli ei siis enää liiku suoraan korkeapainealueelta matalapainealueelle, ja tästä syystä paineen gradientit eivät haihtu heti. (Katso alla oleva kitkavoima) Tämä voidaan esittää alla olevalla kuvalla, ja sisällytän kaavan, kun meillä on pääsy mathjaxiin (huomaa, että Coriolis-termi on tässä kaaviossa hieman erilainen, mutta älä huoli Selitän, miten se on sama, kun mathjax lisätään - pohjimmiltaan se on vain tietyn suuntakomponentin yllä olevasta yleisemmästä vektoristani):

enter image description here

3 . Kitka

Kuten aiemmin mainitsin, geostrofinen tasapaino edellyttää kitkan puuttumista. Todellisuudessa kitka hidastaa tuulen virtausta, mikä puolestaan ​​vähentää Coriolis-vaikutuksen vaikutusta. Siten tuuli pyrkii lopulta spiraalisti hieman sisäänpäin kohti matalapainevyöhykettä. Kitkan vaikutus on havaittavissa ilmakehän alaosassa, ja troposfäärin yläosassa geostrofisen liikkeen likiarviointi on tarkempi, ja siksi paineen gradienttien haihtuminen ylemmässä ilmakehässä vie kauemmin kuin alempi atmosfääri. > Kitkavoiman antaa:

$$ F = cV $$

jossa $ c $ on vakio ja $ V $ on tuulen nopeus.

4. Painovoima

Paineastioita voidaan ylläpitää myös pystysuunnassa painovoiman vaikutuksesta. Kun painovoima tasapainottaa painegradientin, tämä tilanne tunnetaan hydrostaattisena tuulen tasapainona ja sitä edustaa yhtälö:

$$ dP / dz = - {\ rho} g $$

jossa $ \ rho $ on ilman tiheys, ja $ g $ on painovoimasta johtuva kiihtyvyys, joka on noin 9,8 dollaria ms ^ {- 2} $.

Netto Vaikutus:

Vaikka olen jo vastannut kysymykseen, olen päättänyt sisällyttää yhtälön, joka yhdistää kaikki 4 voimaa täydellisyyteen. Yhdistämällä kaikki nämä tuuleen vaikuttavat voimat tuulen nettokiihtyvyys voidaan määrittää yhtälöllä:

$$ \ frac {D \ boldsymbol {U}} {Dt} = - 2 \ Omega \ kertaa \ boldsymbol {U} - \ frac {1} {\ rho} {\ nabla} p + \ boldsymbol {g} + \ boldsymbol {F} _r $$

missä $ \ boldsymbol {U} $ edustaa tuulen nopeus ja $ t $ edustaa aikaa. Lihavoidut määrät ovat vektoreita, ja ne toimivat määrättyyn suuntaan. (esim. $ \ boldsymbol {g} $ toimii vertikaalisesti, missä $ \ boldsymbol {F} $ toimii päinvastaisessa suunnassa kuin $ \ boldsymbol {U} $). Alla on tämän kuva:

enter image description here

Tämä kuva näyttää kuinka voimat vaikuttavat (painovoimaa lukuun ottamatta) korkean ja matalan paineen vyöhykkeiden ympärillä. PGF on paineen gradienttivoima, CF on psuedo-Coriolis-voima ja F on kitkavoima, joka vastustaa tuulen nopeutta. Huomaa, että tuuli liikkuu hieman osastoilla kohti matalapaine-aluetta sen sijaan, että se olisi kohtisuorassa geostrofisen liikkeen ennustamaan kaltevuuteen nähden. Tämä johtuu kitkavoimasta.

Tämä selittää vain tuulen, ei miksi kaltevuudet jatkuvat. Sinun pitäisi todella sisällyttää analyysi frontogeneettisestä toiminnasta ja ikärakenteen verenkierron roolista rintaman ympärillä (kolmessa ulottuvuudessa) ja muodonmuutoksen roolista poikittaissuuntaisesti. Vaikka annettu vastaus ei ole virheellinen, se ei todellakaan vastaa kysymykseen.
@casey, kyllä, olet oikeassa, postini ei ole täydellinen, koska jätän nämä lisäkäsitteet pois. Aion muokata viestiä sisällyttämään ne myöhemmin, kun minulla on enemmän aikaa. Kiitos, että osoitit sen.
#2
+4
Jim S
2014-11-13 00:23:36 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Gradientit jatkuvat siksi, että ilmakehän prosessit ovat osa moottoria, jota ohjaa auringon energia. Jos aurinko palaisi, kaltevuudet hajoaisivat. Mutta siihen saakka aurinko lämmittää ilmaa päiväntasaajan lähellä olevalla pinnalla, kun taas kylmä ilma uppoaa pylväisiin ja luo kiertoliikenteen maan ympäri (katso Hadley-solut). Rintamat ovat liikkeeseen muodostuneiden pyörteiden rajoja.

Lyhyt, yksinkertainen ja suloinen. Pitäisi olla oikea vastaus.


Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...