Вихри в физике

Главная | Регистрация | Вход
Вторник, 22.08.2017, 10:15
Приветствую Вас Гость | RSS
Меню сайта
Категории раздела
Мои статьи [21]
Форма входа
Главная » Статьи » Мои статьи

Климатология

Вихревая климатология.

В современной климатологии властвуют исследование воздушных потоков и исследование поля давлений, которые по теоретической идее и должны определять всё остальное. При этом признаётся, что циклоны и антициклоны являются вихрями. Но для современной климатологии вихри играют роль пришей собаке хвост, т.е. что-то несущественное, не играющее для неё никакой роли (иными словами ненужная деталь природного интерьера). А ведь эта «никчемная» для теории деталь играет для природы существенную роль.

Вихри в неоднородной среде.

А ведь вихри отнюдь не являются современным изобретением. В своё время картезианцы все явления природы пытались описать при помощи вихревого движения. Но гений Ньютона безосновательно похоронил вихревое движение. Да и не могло быть иначе. Ведь только в начале 20 века было обнаружено, что вихревое движение имеет два адреса, т.е. вихри могут быть либо вихрями Тейлора, либо вихрями Бенара. Безадресного же вихревого движения (которое использовали картезианцы) не существует. А ведь недаром говорят, что новое это хорошо забытое старое. И картезианство обречено возродиться на новом витке исторической спирали.

Ведь в подтверждение взглядов картезианцев в конце 20 столетия было обнаружено, что течение жидкостей и газов в обязательном порядке сопровождается возникновением вихрей на поверхности твёрдого тела [1]. Атмосфера исключением не является. Т.е. любое движение атмосферы относительно земной поверхности как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях также должно сопровождаться возникновением вихрей.

За утверждение, что земля вращается, нас сегодня на костёр не волокут. Поэтому за счёт вращения земли нагретый солнцем тёплый фронт постоянно двигается с востока на запад. Следовательно, по земле постоянно двигается граница между ночным, холодным и дневным, тёплым фронтами. На границе же двух фронтов естественно возникает конвекция. Любое же движение с объективной неизбежностью сопровождается вихреобразованием. Нагретый воздух поднимается вверх. На его место двигается холодный воздух, что мы и ощущаем как утренний ветерок. А т.к. природа неспособна обходиться без вихрей, то поднимающийся вверх воздух приобретает вращение (по часовой стрелке в северном полушарии и против часовой стрелки в южном полушарии). Можно также по этому поводу сказать, что поднимающийся вверх тёплый воздух закручивает сила Кориолиса. Т.е. движение солнечного тепла по поверхности земли постоянно провоцирует формирование антициклона.

Антициклон же является вихрем Тейлора. Но атмосферный вихрь Тейлора функционирует не в однородной среде, а в среде с изменяющейся по высоте плотностью. По общепринятому же алгоритму разделим вихрь на горизонтальные слои, в пределах которых плотность атмосферы изменяется пренебрежимо мало. Т.е. каждый из горизонтальных слоёв сечения вихря Тейлора в условиях изменения атмосферного давления с высотой обладает разной плотностью. Поэтому между слоями появляется горизонтальная, касательная сила трения скольжения, которая в соответствии с правилом прецессии формирует противодействующую силу, действующую в перпендикулярном направлении, т.е. по вертикальной оси вихря.

Хотя мы и имеем дело с вихрем, но стандартное правило прецессии в данном случае не работает. Противодействующая сила, так же как и в стандартном правиле прецессии, направлена перпендикулярно действующей силе. Но перпендикуляр при этом может иметь два направления. Т.е. должно действовать какое-то эмпирическое правило.

Для выбора же эмпирического правила вспомним, что в антициклонах как северного, так и южного полушария атмосферное давление повышено. А северное и южное полушария земли отличаются друг от друга направлением действия силы Кориолиса. В антициклонах же вращение идёт по направлению действия силы Кориолиса. Поэтому, не вдаваясь в механизм формирования противодействующей силы, мы можем сформулировать для прецессии следующее эмпирическое правило. Если вращение в вихре Тейлора идёт по направлению действия силы Кориолиса, то противодействующая сила направлена в сторону повышения атмосферного давления.

 А мы знаем, что при действии силы на гироскоп, вращающийся в одном направлении, противодействующая сила действует в определённом направлении. Изменив же направление вращения гироскопа, мы изменим на противоположное и направление действия противодействующей силы. Т.е. и при изменении направления вращения атмосферного вихря изменится и направление действия противодействующей силы.

Поэтому в северном полушарии в случае вращения вихря по часовой стрелке противодействующая сила направлена вниз, что и создаёт в антициклоне повышенное давление. В случае же вращения вихря против часовой стрелки противодействующая сила направлена вверх, что и создаёт в циклоне пониженное давление. В южном же полушарии всё происходит с точностью наоборот. Т.е. поле давлений в атмосфере является следствием, а не причиной синоптических явлений. И его ни в коем случае нельзя считать погодообразующим фактором, как это принято в современной метеорологии. И так называемая, депрессия может служить только в качестве признака, свидетельствующего, скажем, о возможности формирования тайфуна (но не причиной его возникновения).

В вихре любого типа естественно возникают центростремительная и центробежная силы. Атмосферный вихрь Тейлора исключением из правила не является. А т.к. центростремительная и центробежная силы являются антагонистами, то их взаимодействие порождает как глаз циклона (вихря Тейлора), так и опосредствованным способом способствует преобразованию вихря Бенара в вихрь Тейлора [2].

Следовательно, вне пределов глаза антициклона мы имеем направление вращения по часовой стрелке. Поэтому в пределах глаза антициклона атмосферное давления должно быть повышенным. А т.к. за пределами глаза антициклона вращение имеет постоянный характер, то давление должно повышаться от внешней границы глаза к центру. Т.е. в антициклоне мы имеем горб из давлений.

В свою очередь вне пределов глаза циклона вращение идёт против часовой стрелки. Поэтому в пределах глаза циклона давление должно быть пониженным. И естественно, что  от границы глаза к центру циклона давление должно понижаться., что и формирует вогнутый характер (депрессию) поля давлений в пределах циклона. Но вне глаза само вращение в циклоне против часовой стрелки формирует противодействующую силу, направленную вверх. Следовательно, циклон имеет привычку расти вверх, достигая больших высот. В антициклоне же противодействующая сила действует вниз, стремясь его уничтожить. Поэтому циклоны являются более стабильными природными конструкциями по сравнению с антициклонами.

В распоряжении природы имеются ещё и фронты, сезонно перемещающиеся с юга на север и с севера на юг. Поэтому в осенний и в весенний периоды интенсивное перемещение фронтов порождает частое формирование атмосферных вихрей. А т.к. циклоны более устойчивы, чем антициклоны, то в осенний и в весенний периоды погода столь переменчива: циклоны беспрепятственно гуляют по поверхности земли. Зимой же и летом по земле шествует только фронт, формируемый движением солнца с востока на запад. А этот фронт способен формировать только антициклоны. Поэтому зимой и летом циклоны относительно редки.

Литература.

  1.  Sirovich L., Ball K. L., Keefe L. R. Plane waves and structures in turbulent channel flow. Phys Fluids A2 (12), December 1990, 2217-2226
  2. Букреев В.С. крупномасштабная циркуляция в океанах и морях. http://bvas81240.ucoz.ru/publ/krupnomasshtabnye_cirkuljacii_v_okeanakh_i_morjakh_2/1-1-0-17

Категория: Мои статьи | Добавил: Василий (28.05.2012)
Просмотров: 821 | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Поиск
Друзья сайта
  • Официальный блог
  • Сообщество uCoz
  • FAQ по системе
  • Инструкции для uCoz

  • Бесплатный хостинг uCoz