i
i
“368-Rakovec-naslov” — 2010/5/19 — 10:07 — page 1 — #1 i
i
i
i
i
i
List za mlade matematike, fizike, astronome in računalnikarje
ISSN 0351-6652
Letnik 6 (1978/1979)
Številka 3
Strani 152–157
Jože Rakovec:
SPLOŠNO KROŽENJE OZRAČJA
Ključne besede: meteorologija, fizika.
Elektronska verzija: http://www.presek.si/6/368-Rakovec.pdf
c© 1979 Društvo matematikov, fizikov in astronomov Slovenije
c© 2010 DMFA – založništvo
Vse pravice pridržane. Razmnoževanje ali reproduciranje celote ali
posameznih delov brez poprejšnjega dovoljenja založnika ni dovo-
ljeno.
METEOROLOGI..JAH~__
SPLOšNO KROžENJE OZRAčJA
O z r a č j e Zemlje se neprest ano gi blje in vr em en s ki pojavi v njem
s o v č asih zel o bur ni . Od kod energija za vse to ?
Kr a j i ob ekvatorju so bolj og r e t i kot oni ob polu, zato je na
izbrani višini nad e kva to r j em zr ačn i pr it i sk višji, kot na
i sti višini nad polom . Ta razlika povzroči, da se zrak začne
gibati od ekvatorja. Toda Zem lja se vrt i. Na v rte či s e Zem lj i
pa na vsa g i b a j oča s e te l esa deluje t. im. odk l on ek:a a l i Cor i o l i e o
va e i l a ( gl e j Pre se k VI,s t r. 145 ) , ki na severni po l obli odkla-
nja gibajoča telesa v desno , na južni pa v Zevo . Zr a k se od
e kvat orja v vi šinah zat o ne gib lje proti severu i n proti jugu,
temveč v desn o in v l ev o od teh s me r i . Ta ko nas ta nejo zahodniki
v zmerni h g eogra fs k ih š ir i nah. V vi šinah nad poloma i n pr i
t leh ob ekvatorju , kjer se zrak steka , da n adomešč a zr a k, ki v
vi ši nah od t e ka pr oti pol om a, pa imamo vzhod ni ke. Tudi s tek aj o-
č i se zrak je n a mr eč odkl onj e n, zato pa sati pri t leh ne piha jo
od j uga i n seve r a pr ot i e kva t or j u , te mve č na j už ni polobli od
jugov zh oda, na severni pa od severovzhoda.
Zemlj i no površj e ni glad ko in homogeno, za t o j e naš prikaz
splošnih gi banj v ozračju zelo poeno stav ljen. Nee na kome r na ra~
por ed i t e v morj a in kop nega t er gor ske pregr ade povzroče, da je
gi ba nje zraka v povpre cJu t ak o , kot ga kaž e sli ka 1. Toda t udi
ta s lika ni popo ln a . Kot bomo vide li , je v resni ci giba nje oz -
r a č j a m o č n o va l ovito i n v r tinčasto. če naj do po lnimo naš o pov -
p rečno s liko, moramo upo števati š e nasl ednj e pojave.
Zem lja se vrti od zahod a proti vz hodu. Ob ekv atorju, v pasu
152
vzhodni kov, to rej pih ajo vet rovi pri tleh nasproti vrtenju Ze~
lje. V vi šjih geogra f s kih širi na h , v pas u za hod nikov , pa kroži
ozra cJe v smeri vrtenja Zeml je, toda hitreje . Med gibanjem se
zrak t ar e s površ j em. Zat o v pa su vzh odni kov Zeml ja zavira gi-
banj e ozračja, pa tudi o z r a č j e zavira vrtenj e Zemlje. V višjih
ge ografskih širinah , v pa s u zahod ni kov , pa ozr a čje vrtenje Ze~
lje pos pe šuje . Ke r j e spl oš no gibanje oz r a č ja dok aj stalno , PQ
meni, da se vrtiln a ko l ič i n a, ki jo daj e Zemlja ozr acJu v tr o-
pih , prenaša v v e čj e geogr afs ke š i r i ne, kjer jo o zračje Zeml ji
vr a ča.
S I. 1: Tokovni ce pri tl eh na seve r n i polobl i v j anua r j u (po Colemanu in
Crutcherju). Vetr ov od seve ro za hod a proti ekvator j u t u ni videti,
kajti termični ekvato r , to j e najbolj og re ti pas o k rog Zemlje, je v
tem času precej južnej e od pravega e kvatorja in z nj im so južneje
tud i pasat i .
153
severn i poli----------------------~
GOo
s O N O
[
c
oNs OA
severm po'i - - - - -- - - - - - - --- - - - - - - - - -
600
154
--
Sl. 2: Dnevno povprecJe sončnega obsevanja (a) ter razlika med tem in med
_sevanjem Zemlje (b ) v W/m 2 , kot je bilo izmerjeno s satelita Tiros
(po Rasoolu in Prabhakari). Področje z največjim presežkom preje-
tega sevanja se z l etn imi ča s i premešča s kupaj z navidezni m giba-
njem Sonca od enega povratn ika do drugega . Tako je v juliju in av-
gustu pr esežek 100 W/m2 v pasu med 100 in 300 severne širine, v de -
cembru in j a nua r j u pa presežek 120 W/m 2 v pasu med 100 in 400 juž-
ne š i r i ne .
Kr aj i ob ek va to r j u pr e j ema j o od Sonca precej ve č energije, kot
jo izsevajo nazaj v vesolj e. Kr a j i ob polih pa več sami izsev~
jo, kot dobi jo od Sonca ( Sl . 2 ) . Pa venda r se trapi ne s eqr ev g
jo bolj in bolj in pola nist a vedno hladnejša. Torej mora ob-
stajati prenos prese žka e ne r gi j e od ekvatorja proti poloma.
Tudi izhl apev anja je več iz toplih subtropskih morij, kot tam
pade padavin . In obratno: v zmernih geografs kih širinah je več
padavi n, kot izhlapeva nja s ta l (S l . 3). Ta ko mora tudi vodna pa
ra pr i t i v naše geografs ke širine iz subtrop s kega pasu.
Ka ko pa se v oz r ač ju prenaš a jo naštete k o l i č i n e ? Vzemi mo , da
bi bilo gibanje ozračja takšno, kot ga kaže slika 1. S slike
vidimo, da je povprečna komponenta gibanja proti poloma pr av
majhna . še manjša pa je v vi šinah : če bi v bližini ekvato rja
spustili v zrak balone , bi ti z višinskimi zahodnimi tokovi
pr i b l i ž no en in pol krat ob krožili Zemljo, preden bi dosegli
30 0 geografske širine, naprej pa ne bi prišli. V stacionarnem
Sl. 3: Srednja letna porazdel i t ev izhlapevanja (E), padavin (P) in njune
razlike (E-P). Količine so na južni polobli, kjer je malo kopnega,
d rugačne kot na severni, kj e r je kopnega več (po Starru) .
155
Sl . 4 : Zemlja, posneta z av tomatske postaje Zond 5 iz oddaljenosti
90000 km (Meteoro logija i g idro log i ja) . Nad Atlantikom i n Evropo
sta v idna dva ciklona v splošnem zahodnem toku ozračja. Nad sever no
Af r i ko in Arab skim po lotokom je v antic ik lonu jasno. Ob ekvatorj u
je oblačno zarad i dviganja zr aka nad ogretimi t lemi . Ob dv iga nju se
zra k n am r eč ra z teza in oh laja , pri tem pa se kondenzira de l vodne
pare.
156
ozr acJu zrak iz trops kih področij ne doseže velikih geograf-
s kih š ir in . Zato s e p ov eču je jo r a z l ik e med temperaturo, vlažno-
st j o i n vrt il no količi n o o zr ačja nad ekvatori alni mi predeli in
oz r ačja nad pr ede li v v e čjih geografs kih širi nah. Stacionarno
gibanje postane ne st abilno. Ma jh ne motnje, ki lahko nastanejo
za rad i gorskih pregr ad , se m oč no povečujejo in gibanje posta ne
val ov ito in v rti nč a sto. Pr i ta kem gibanju pa l ahko v grebenih
horizon talnih valov prod ro proti poloma velike množine toplega
in vla žne ga zr aka.
V o z r ač j u imamo vedno to valovito i n vrti n ča sto giban je. V ča­
sih, ko j e manj izrazito, je gibanje o zračja podobno tistemu
povprečnemu s sl i ke 1. Največkrat pa so v splošnem zahodnem to-
ku zra ka velik i vrti nci : ci k~oni in anticik~oni. Te spoz namo
tudi na fot ografijah oblakov, ki nastaja jo v ciklonih (s 1. 4).
Lahko pa ta ko gibanje s i mul i r amo v laborator iju, č e s primerno
hitrostjo vrtimo posodo z vodo , ki ponaza rja ozračje. Največ
lastnosti o z račja lah ko spoz namo in r azumemo pri pos kusih z ra-
čunal ni ki. Ko za kak me s ec rešu j emo sistem enačb, ki velja za oz-
račje, se porazgubi vpliv začetnih pogo jev (to je vremena ob
začetku reševanja) in prevl ada splošna sli ka. Tako moramo z ra
čunalniškim poskusom opi s ova t i sp~ošno kr o žen je ozračja in
k ~imo r azn i h področij kot njegovo posled ico. Prednost t ega na-
čina je, da moremo po že l j i zanemarjati al i upoštevat i posamez
ne vplive. Tako lahko ugotavljamo , ka t e r i so za pojav pomembni
in ka t e r i niso. V naravi to ni mogoče, s aj ne moremo npr. pre-
prečiti sončnega obsev anja, sp remeniti razporeditve kont i nen-
tovali ustaviti vrtenja Zemlje . Me rjenja in opazovanja v nara
vi v planeta rnih razsežnostih so tudi zelo zahtevna, draga in
ponavadi ne popol na . Zato delamo pos kuse predvsem z računalni­
ki, v naravi pa preve rjamo r e zul t a t e ;
Tudi v morjih s o ne kateri stalni tok ovi , ki so nastal izaradi
neena komer nega ogrevan ja Zem l j e in zar ad i njenega vrtenja. Oce
ans ki t okov i pre na šajo pr ibli žno t retjino energijs kega to ka
č e z trideseti vz poredni k.
J o ž e Ra k ovec
157