Желдің пайда болуы,оған әсер ететін күштерді атап жазыңыз

Жел деп ауаның жер бетiмен салыстырмалы тү рде горизонтальдi қ озғ алысын айтады. Жел атмосфераның ә р жерiнде қ ысымның бiркелкi болмауынан туады. Қ ысым вертикальдi да, горизонтальдi да бағ ытта ө згермелi келетiндiктен, ауа жерге қ арай белгiлi бiр бұ рышпен кө лбеу қ озғ алады. Ол бұ рыш ө те кiшi болғ андық тан жел деп ауа қ озғ алысының тек горизонтальдi қ ұ раушысын есептейдi.

Жел жылдамдығ ымен жә не бағ ытымен сипатталады. Желдiң бағ ыты ретiнде кө кжиектiң жел соғ ып тұ рғ ан жағ ы (ауа келiп тұ рғ ан жақ) есептелiнедi. Мысалы жел солтү стiктен оң тү стiкке қ арай соқ са, оның бағ ыты – солтү стiк болып саналады. Метеорологияда желдiң бағ ыты румбамен – горизонттың 16 нү ктесi немесе азимутпен (градустық бұ рыш) белгiленедi. Градустық бұ рыш солтү стiктен бастап шығ ысқ а қ арай есептелiнедi, солтү стiк бағ ыт 0⁰, шығ ыс – 90⁰, оң тү стiк – 180⁰, батыс – 270⁰ тең.

Атмосфераның қ алың қ абатын алып ү лкен кең iстiкте соғ атын желдердi ауа ағ ыны деп атайды, яғ ни ауа ағ ыны дегенiмiз уақ ыт бойынша белгiлi бiр тұ рақ тылығ ы бар желдер жү йесi.

Жел алқ абы уақ ыттың ө туiмен ө згерiп отырады. Егер ауа ағ ынының кө лденең ауданы кiшiрейсе желдiң жылдамдығ ы артады, ал ұ лғ айса – азаяды. Ауа ағ ыны жер бетiмен ү йкелетiндiктен жә не оның iшкi қ абаттары ә ртү рлi қ ызатындық тан онда ә рқ ашан турбуленттiк орын алады, яғ ни ә ртү рлi бағ ытта бейберекет қ озғ алыста болатын майда ағ ындар болады.

Градиенттiк кү ш. Желдiң пайда болуының негiзгi себепкерi – жер бетi ү стiнде (горизонталь бағ ытта) атмосфера қ ысымының ә ртү рлi таралуы. Бiрлiк қ ашық тық тағ ы ауа қ ысымының айырмашылығ ын горизонтальдi қ ысым градиентi дейдi. Қ ысым градиентiнiң кү шi ауа массасын қ озғ алтатын кү ш болып табылады, яғ ни жел тудырады. Бұ л кү штiң арқ асында ауа массасы қ ысымы тө мен жақ қ а ағ ады.

Бiрлiк ауа массасына ә сер ететiн градиенттiк кү ш (F_G), қ ысым градиентiн ауа тығ ыздығ ына бө лгенге тең:

F_G = - = .

мұ нда - = G г – горизонтальдi қ ысым градиентi;

- ауа тығ ыздығ ы;

Атмосферадағ ы ауа қ озғ алысына градиенттiк кү штен басқ а тағ ы ү ш кү ш ық пал жасайды:

а) Жердiң айналуының ауытқ ыту кү шi (Кариолис кү шi);

б) ү йкелiс кү шi;

в) ортадан тебу кү шi.

Кариолис кү шi. Жер ө з ө сiмен бұ рыштық жылдамдық пен (w) айналады. w = 7, 29 * 10^-5 с^-1. Жер ү здiксiз айналып тұ ратындық тан, онымен салыстырмалы қ озғ алыстағ ы дене (жел) ө зiнiң бастапқ ы бағ ытынан белгiлi бiр бұ рышқ а ауытқ ығ ан болып шығ ады. Оны ауытқ ытатын кү штi Кариолис кү шi деп атайды. Кариолис кү шi ауа қ озғ алысына тiк бұ рышпен, солтү стiк шарда – оң жақ қ а, оң, тү стiк шарда – сол жақ қ а бағ ытталады. Сондық тан ол ауа қ озғ алысын ү детпейдi де тежемейдi де, тек оның бағ ытын ө згертедi.

Ауаның горизонтальдi қ озғ алысына ауытқ ыту кү шiнiң горизонтальдi қ ұ раушысы ә сер етедi. Ол былай анық талады:

A = 2V w sinj

мұ нда: A – Кариолис кү шi;

V – желдiң жылдамдығ ы (м/с);

w - Жердiң бұ рыштық айналу жылдамдығ ы (с^-1);

j - географиялық ендiк.

Ү йкелiс кү шi ауа қ озғ алысын тежейдi. Ол жер бетiмен байланысты – сыртқ ы ү йкелiс кү шi (R₀) жә не ауадағ ы молекулалық жә не турбуленттiк араласуғ а байланысты – iшкi ү йкелiс кү шiнен (R₁) қ ұ ралады.

Сыртқ ы ү йкелiс кү шi жер бедерiнiң бү дiрлiгiне байланысты болады жә не желге қ арама-қ арсы бағ ыт-талғ андық тан оның жылдамдығ ын азайтады.

Iшкi ү йкелiс кү шi, негiзiнен турбуленттiк араласуғ а бағ ынышты жә не оның белгiлi қ атаң бағ ыты болмайды. Сондық тан жерге жақ ын ауа қ абатында, жалпы ү йкелiс кү шiнiң бағ ыты ауа қ озғ алысына қ атаң қ арама-қ арсы болмайды, ол бағ ыттан сол жақ қ а қ арай бiршама бұ рылады. Тә жiрибе нә тижелерi бойынша бұ л бұ рыш шамамен 35⁰ қ ұ райды. Жалпы ү йкелiс кү шi (R) бiрлiк ауа массасының қ озғ алысын баяулататын терiс ү деу болып табылады:

R = -k V

мұ нда k – ү йкелiс коэффициентi, тө селме беткейдiң бү дiрлiгi

мен ауа турбуленттiгiнiң қ арқ ындылығ ын сипаттайды

(0, 2*10^-4 – 1, 2*10^-4 с^-1 аралығ ында);

V – желдiң жылдамдығ ы.

Жер бетiнен биiктеген сайын сыртқ ы ү йкелiс кү шiнiң ә серi тез ә лсiрейдi. Жерге жақ ын ауа қ абатынан жоғ арыда турбуленттiк те ө спейдi, 1000-1500 м биiктiктен жоғ ары оны ескермесе де болады. Ү йкелiс кү шi ә сер ететiн атмосфера қ абатын ү йкелiс қ абаты, ал оның таралатын биiктiгiн ү йкелiс дең гейi ( 1-1, 5 км) деп атайды.

Ортадан тебу кү шi ауаның қ исық сызық бойымен (шең бер бойымен) қ озғ алысы кезiнде пайда болады. Ортадан тебу кү шi, траектория қ исығ ының радиусы бойымен ортадан таектория доғ асы жағ ына бағ ытталады. Бiрлiк ауа массасы ү шiн ортадан тебу кү шi (С) тең болады:

C =

мұ нда r – траектория қ исығ ының радиусы.

Атмосфералық қ озғ алыстардың ортадан тебу кү шi ө те ә лсiз болады, себебi траектория қ исығ ының радиусы 100-1000 метр болады. Сондық тан да ортадан тебу кү шi ауытқ ыту кү шiнен 10-100 есе кiшi болады. Бiрақ траектория қ исығ ының радиусы кiшi болып, қ озғ алыс жылдамдығ ы жоғ ары болса ортадан тебу кү шi градиент кү шiнен бiрнеше есе асады. Бұ ндай жағ дай ыстық ауа-райында туатын осi вертикальдi кiшi қ ұ йындарда (қ ара қ ұ йын, торнадо) байқ алады. Тропиктiк циклондарда ауытқ ыту кү шi ө те кiшi болғ андық тан, ортадан тебу кү шi ауа қ озғ алысына айтарлық тай ық пал жасайды.

Тұ рақ талғ ан ауа қ озғ алыстары. Тұ рақ талғ ан (стационарлы) қ озғ алыс деп, ә рбiр нү ктесiнiң жылдамдығ ы мен бағ ыты уақ ыт бойынша ө згермейтiн қ озғ алысты айтады, яғ ни ә сер ететiн басқ а кү штер ө зара тең есiп нольге айналады.

Градиенттiк жел. Ү йкелiс кү шi ә сер етпей ауа тұ рақ талғ ан бiрқ алыпты қ озғ алыста болса, оны градиенттiк жел деп атайды. Бұ ндай жағ дай нақ ты атмосферада ү йкелiс қ абатының ү стiнде (1500 метрден жоғ ары) орнығ ады.

Изобара сызық тары тiке параллелдi болғ ан жағ дайдағ ы градиенттiк желдi қ арастырайық Бiртектi қ ысым алқ абында градиенттiк кү штiң мә нi мен бағ ыты барлық нү ктеде бiрдей болады. Сондық тан да бұ ндай алқ апта ауа қ озғ алысы бiркелкi тiке сызық ты. Ү йкелiс кү шiнiң ә серi болмаса қ озғ алыстағ ы ауағ а тек градиенттiк кү ш (F_G) пен Кариолис кү шi (А) ық пал етедi. Градиент кү шi изобара сызығ ына перпендикуляр, қ ысымы аз жақ қ а, ал Кариолис кү шi ауа қ озғ алысына перпендикуляр оң жақ қ а бағ ытталады. Тұ рақ талғ ан қ озғ алыста бұ л екi кү ш бiрiн-бiрi тең ейдi, яғ ни мә ндерi тең, бағ ыттары қ арама-қ арсы болады. Кариолис кү шi ауа қ озғ алысына перпендикуляр болғ андық тан, ауа қ озғ алысы қ ысым градиентiне перпендикуляр болады, яғ ни жел изобара сызық тары бойымен соғ ады. Тiке сызық ты изобара бойымен соғ атын градиенттiк желдi геострофикалық жел (V_г) деп атайды.

Геострофикалық желдiң жылдамдығ ын F_G = А тең дiгiнен анық тауғ а болады:

= 2V_г w sinj, V_г = .

Геострофикалық желдiң жылдамдығ ы қ ысым градиентiне тiке пропорционал да ауа тығ ыздығ ы мен ендiкке керi пропорционал. Қ ысым градиентi ө скен сайын желдiң жылдамдығ ы да ө седi. Ендiк ө скен сайын геострофикалық желдiң жылдамдығ ы тө мендейдi. Биiктеген сайын ауа тығ ыздығ ы азаятындық тан геострофикалық желдiң жылдамдығ ы ө седi. Экваторда j = 0, V = ¥ болатындық тан геострофикалық жел деген мағ ына қ олданылмайды.

Жерге жақ ын жә не одан жоғ арырақ ауа қ абатында жел геострофикалық тан ө згеше болады, себебi жер бедерiнiң жә не турбуленттiктiң ә серi байқ алады. Бiрақ та iс жү зiнде жел жылдамдығ ын шашамен былайша есептесе болады: V_г = G г

Изобаралар қ исық сызық ты болғ ан жағ дайда, қ ысым градиентiнiң бағ ыты, сонымен бiрге градиенттiк кү ш ө згермелi келедi. Сондық тан ауа қ озғ алысы да қ исық сызық ты болады. Шең берлi изобаралар бойымен соғ атын градиенттiк желдi геоциклострофикалық жел деп атайды. Ондай қ ысым орталық тары – циклон мен антициклондағ ы желдердi қ арастырайық. Оларда ү йкелiс кү шiнiң ә серi болмаса, градиенттiк жә не ауытқ ыту кү штерiнен басқ а ортадан тебу кү шi пайда болады.

Желдiң қ ысымдық заң ы. Жерге жақ ын ауа қ абатында желдiң бағ ыты, солтү стiк шарда қ ысым градиентiнiң оң жағ ында, оң тү стiк шарда сол жағ ында жатады, бұ рыш 90⁰-қ а жақ ын. Егер желге арқ аны берiп, желдiң ағ у бағ ытына қ арап тұ рсақ, сол жақ та сә л алдыда тө менгi қ ысым, оң жақ та сә л артта жоғ арғ ы қ ысым жатады.

Желдiң биiктiк бойынша ө згеруi. Жерден биiктеген сайын ү йкелiс кү шi азаяды, сондық тан желдiң жылдамдығ ы да ө седi. Жылдамдығ ымен бiрге желдiң бағ ыты да ө згередi (ол изобара бағ ытына жақ ындайды). Жерге жақ ын ауа қ абатында желдiң жылдамдығ ы 30 метр биiктiкке дейiн жылдам ө седi, ал бағ ыты ө згермейдi. Ал одан жоғ ары, желдiң бағ ыты солтү стiк шарда оң ғ а бұ рылады, оң тү стiк шарда солғ а бұ рылады (градиенттiк желге жеткенге дейiн). Желдiң градиенттiк болып есептелетiн биiктiгi, яғ ни ү йкелiс қ абатының қ алың дығ ы жә не де ә ртү рлi биiктiктегi желдiң вертикальдi градиентi тө селме беттiң бү дiрлiгiне, атмосфера стратификациясына жә не желдiң ө зiнiң жылдамдығ ына байланысты болады. Жер бетi неғ ұ рлым бү дiрлi болса ү йкелiс қ абаты соғ ұ рлым биiкте орналасады.

Атмосфера стратификациясы тұ рақ сыз болса турбуленттiк кү шейiп, конвекция дамиды. Нә тижесiнде тө менгi жә не жоғ арғ ы қ абаттар арасында ауа алмасуы жақ сы жү ретiндiктен биiктiк бойынша жел жылдамдығ ы мен бағ ыты баяу ө згередi, яғ ни жел градиенттiк желге 1500 метрден де биiкте айналуы мү мкiн (кейде 2-3 км). Ал атмосфера стратификациясы тұ рақ ты болса тө менгi жә не жоғ арғ ы қ абаттар арасында ауа алмасуы нашар жү редi да, жел градиенттiк желге жылдам айналады. Бұ ндай жағ дайда ү йкелiс қ абатының биiктiгi тө мен болады (300-500 м).