Чому дме вітер, наука і життя
Чому дме вітер?
Кандидат фізико-математичних наук Анастасія Макарьева.
Більше трьохсот років тому Галлей, відомий головним чином завдяки відкритій їм комети, запропонував пояснювати виникнення вітру дією сили Архімеда при перепаді температури: теплий і легкий повітря піднімається, важкий і холодний - опускається.
Вітер, що дме з океану, приносить вологу на сушу. Ця волога конденсується в зонах зниженого тиску, затягуючи повітря з прилеглих областей.
Міжнародна група дослідників, до якої увійшли співробітники Харківського інституту ядерної фізики, запропонувала принципово новий фізичний механізм утворення вітру в земній атмосфері.
Потоки газів виникають при перепадах (градієнтах) тиску. Тиск повітря зменшується з висотою, утворюючи вертикальний градієнт тиску, однак він не створює вітру. Роботу, вироблену при русі повітря цим градієнтом тиску, в точності компенсує протилежна за знаком робота сили тяжіння, і повітря знаходиться в рівноважному стані.
Вологе повітря, піднімаючись, охолоджується, і водяна пара конденсується. Тому тиск водяної пари з висотою падає швидше, ніж цього вимагає умова рівноваги. При цьому робота, що здійснюються градієнтом тиску над вологим повітрям при його підйомі, в кілька разів перевищує роботу сили тяжіння, що діє на водяну пару. Саме ця різниця і створює вітер в земній атмосфері. Неравновесное вертикальний розподіл водяної пари можна порівняти із стислою пружиною, яка розпрямляється при підйомі вологого повітря, приводячи його в рух. Тому конденсационная потужність, пов'язана з вертикальним підйомом повітря, відповідно до закону збереження енергії переводиться в потужність горизонтальних вітрів.
Потужність атмосферної циркуляції визначається локальною швидкістю конденсації і, отже, опадами. Кількісна оцінка потужності глобальної циркуляції повітря, отримана на основі нової теорії, прекрасно збіглася з накопиченими даними спостережень (про потужність вітрової циркуляції можна незалежно судити по піднаглядним горизонтальним градиентам тиску і швидкостей вітру).
В області конденсації виникає зона зниженого тиску, яка затягує повітря з прилеглих областей. На суші такі стійкі зони зниженого тиску створюються великими лісами: волога зберігається в лісовому грунті, випаровується з поверхні грунту і листя і конденсується над пологом лісу. При цьому виникає вітер, що приносить вологу з океану.