Физика зональной циркуляции атмосферы, страница 6

Очевидно, что разные значения углового момента атмосферы в целом соответствуют разной интенсивности циркуляции атмосферы как в меридиональном, так и в зональном направлениях. Ясно, что интенсификация такой циркуляции не только повышает средние скорости движения воздуха (средние ветры), но и усиливает макротурбулентные пульсации этих скоростей, проявляющиеся обычно в виде стихийных бедствий.



[1] Это очень похоже на вращение фигуриста. Обычно фигурист начинает вращение, широко раскинув руки. Представьте, что руки - это воздух на экваторе, который вращается вместе с Землей. Затем фигурист прижимает руки к телу – момент инерции уменьшается, момент импульса сохраняется, следовательно, скорость вращения увеличивается. То же происходит и с воздухом, который по какой-то причине переместился с экватора в более высокие широты. Здесь радиус вращения вокруг оси меньше, чем на экваторе, следовательно, и момент инерции воздуха меньше. А закон сохранения момента импульса приводит к увеличению скорости вращения – воздух начинает обгонять Землю (западный перенос). Что касается воздуха, переместившегося из средних широт к экватору, то по тем же причинам угловая скорость вращения его должна уменьшиться, он начнет отставать от быстро вращающейся Земли, и возникнут восточные ветры. Остался вопрос: что заставляет воздух перемещаться в меридиональном направлении? Самый общий ответ – неравномерность нагрева воздуха на экваторе и на полюсах.

К сожалению, эта простая и наглядная модель не позволяет объяснить изменение направления зонального ветра при переходе из средних широт к Арктике или Антарктике. Это действительно следствие недостатка модели, согласно которой угловая скорость атмосферы на полюсах должна обращаться в бесконечность. В таких условиях существенными становятся особенности движения, которые мы игнорировали  в рамках нашего элементарного рассмотрения.

[2] Точнее следует говорить о взаимодействии земных коры, мантии,  ядра, атмосферы и океана. Более детально ознакомиться с теорией изменчивости вращения Земли и экспериментальными результатами можно по многочисленным работам Солстейна (D.A. Salstein) и Н.С. Сидоренкова.

[3] Строго говоря,  на угловую скорость вращения Земли могут оказывать влияние также и астрономические факторы. Дело в том, что система земля-океан-атмосфера не является идеальным однородным шаром. Следовательно, гравитационное поле этой системы не является в точности центрально симметричным, как можно было бы ожидать в случае однородного шара. Поэтому при вращении Земли вокруг оси на больших расстояниях от нее наблюдаются вариации поля тяготения, и, таким образом, появляются различия во взаимодействии с другими астрономическими объектами.  Очевидно, это отражается на скорости вращения Земли и положении оси вращения. Следует, правда, ожидать, что такие эффекты будут намного слабее эффектов взаимодействия между твердой землей, атмосферой и океаном. Более того, существует принципиальная возможность выделения из наблюдаемых вариаций вклада «астрономического фактора».

[4] Здесь мы интересуемся только зональной (параллельной кругу широты) составляющей вектора момента импульса. Чтобы определить полный вектор момента импульса в интеграл нужно ввести полную скорость ветра в каждой точке объема интегрирования. Тогда мы сможем заметить возможное несовпадение вектора момента с осью вращения Земли, и это послужит дополнительной информацией об особенностях глобальной циркуляции атмосферы.