Дослідження Динаміки Погодних Систем

Атмосферне тисне та циркуляція

Атмосфера не рівномірно розподілена; тиск змінюється залежно від висоти. Ця зміна виникає через вагу повітря над будь-якою точкою. На рівні моря атмосферний тиск становить приблизно 1013,25 мілібар (мб) або 1 атм. Зі збільшенням висоти зменшується і тиску. Ця різниця в тиску створює силу, відому як сила тискового градієнту.

Сила тискового градієнту призводить до горизонтального руху повітря, намагаючись зрівняти тиск у різних регіонах. Повітря рухається від областей високого тиску до областей низького тиску, що призводить до вітрів. Чим більша різниця в тиску на заданій відстані, тим сильніший вітер. Це зв'язок кількісно описується принципом Бернуллі та збереження імпульсу.

F = PΔS (Force = Pressure x Area)

Термодинаміка мас повітря

Погодні системи фундаментально визначаються змінами температури та вологості. Вивчення цих змін є сферою термодинаміки. Маси повітря – це великі тіла повітря з відносно однорідними характеристиками температури та вологи.

Під час підйому маси повітря вона розширюється через зниження тиску. Це розширення призводить до охолодження повітря, що викликає конденсацію (за наявності достатньої кількості водяної пари). З іншого боку, при опаданні маси повітря вона стискається, підвищуючи її температуру.

ΔT = Cp * ΔS (Change in Temperature = Specific Heat Capacity * Change in Entropy)

Ізводні процеси

Багато атмосферних процесів відбуваються без теплообміну з навколишнім середовищем. Такі процеси називають ізводними. Типовий приклад – розширення або стиснення повітря в підіймаючійся чи опускаючійся масу.

Коли повітряна маса розширюється ізотропно, її тиск зменшується, що призводить до зниження температури. З іншого боку, коли повітряна маса стискається ізотропно, її температура підвищується. Відношення між тиском і температурою під час ізводного процесу визначається рівнянням стану газу.

P₁V₁^γ = P₂V₂^γ (Pressure & Volume Relationship)

Утворення хмар – конденсаційні ядра

Хмари утворюються завдяки процесу конденсації, коли водяна пара переходить у рідку форму або тверду (лід). Однак, цей процес потребує поверхні, на яку конденсовані молекули води можуть спертися – це називають конденсаційними ядрами.

Конденсаційне ядро може бути представлене мікроскопічними частинками, такими як пил, сіль морської води або забруднення. Ці частинки забезпечують площу поверхні для конденсації водяної пари, що ініціює формування крапель хмари.

Процеси опадів

Після утворення хмарних крапель, вони можуть рости за допомогою різних процесів. Зростання через зіткнення та злиття відбувається, коли більші краплі стикаються та об'єднуються з меншими. Зростання крижаними частинками відбувається в холодних хмарах, де охолоджені водою краплі замерзають на крижне ядро.

В результаті утворюються великі краплі або крижані частки, які стають достатньо важкими, щоб подолати підйомні потоки повітря всередині хмари та впасти на землю у вигляді опадів – дощу, снігу, граду або слизні, залежно від атмосферних температурних профілів.

Стабільність атмосфери

Стабільність атмосфери визначає, чи будуть повітряні маси підійматися або опускатися. Стабільна атмосфера протистоїть вертикальному руху; підіймаючася маса буде сповільнена та відхилена сили плавучості.

Нестабільна атмосфера сприяє вертикальному рухові; підіймаючася маса прискорюватиметься з висотою через зменшення тиску. Ступінь атмосферної стабільності кількісно визначається за допомогою показників, таких як індекс підняття.

Часті запитання

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте SPH Fluid і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.