Нестабильность вращения Земли
Рис. 6. Ход относительного момента импульса атмосферы (7) и вычисленных с обратным знаком приращений момента импульса Земли (2) в 1026 кг/м2 с-1
Факт, что момент импульса ветров всегда положителен, говорит о том, что атмосфера вращается вокруг оси быстрее Земли. Уподобляя движение атмосферы в целом вращению твердого тела, можно сказать, что период ее обращения вокруг оси составляет в апреле и ноябре 23 ч 36 мин, а в августе - 23445 мин. В среднем за год сутки для атмосферы длятся 23438 мин, а не 23 ч 56 мин, как для Земли.
Существует мнение, что раз атмосфера обгоняет Землю в суточном вращении, то она должна ускорять вращение планеты. Однако на неравномерность вращения Земли влияют лишь изменения момента импульса ветров. Постоянная же величина момента импульса ветров была заимствована атмосферой у Земли в момент формирования атмосферной циркуляции. Тогда скорость вращения Земли немного замедлилась (длительность суток возросла на 0.0024 с) и остается таковой в настоящее время. Если источник, поддерживающий ветры в атмосфере, иссякнет, то атмосферная циркуляция прекратится и длительность суток вернется к первоначальному значению.
Атмосферу, неравномерно разогретую по горизонтали солнечными лучами, можно рассматривать как тепловую машину. Она превращает тепловую энергию Солнца в кинетическую энергию ветров. Наиболее теплые части атмосферы в этом случае выполняют функции нагревателя, а холодные - холодильника. Рабочим телом служит сам воздух. В современной физике атмосферы известны несколько тепловых машин. Важнейшими из них являются тепловые машины, порождаемые контрастом температур между экватором и полюсами. Одна из них работает в Северном полушарии, а другая - в Южном. Благодаря этим машинам поддерживаются наблюдаемые восточные ветры в низких широтах и западные - в умеренных и высоких. Чем больше контраст температур экватор-полюс, тем интенсивнее атмосферная циркуляция в данном полушарии и тем больше величина момента импульса ветров.
Контраст температур в каждом полушарии бывает наибольшим зимой, а наименьшим - летом. Поэтому момент импульса ветров Северного полушария совершает гармонические колебания с периодом в год от максимального значения в январе до минимального в июле. В Южном полушарии годовое колебание имеет противоположную фазу: момент импульса максимален в июле, а минимален - в январе. Поэтому годовые колебания ветров Северного и Южного полушарий компенсируют друг друга, и момент импульса ветров атмосферы должен оставаться почти постоянным. Итак, тепловые машины первого рода обусловливают появление в атмосфере положительной величины момента импульса ветров, но почти не влияют на его сезонные колебания.
Долгое время оставалось неясным, почему момент импульса ветров атмосферы испытывает сезонные колебания. В 1975 г. было обнаружено, что в верхних слоях атмосферы самой теплой областью является не экватор и не параллель, на которой Солнце в полдень бывает в зените, а полярная "шапка" летнего полушария (в июле - северная, а в январе - южная). Оказалось, что средняя температура воздуха убывает от полюса летнего полушария до полюса зимнего (в июле - от Северного полюса до Южного, а в январе - от Южного полюса до Северного). Стало ясно, что в атмосфере имеется межполушарная тепловая машина, нагревателем которой является атмосфера летнего полушария, а холодильником - атмосфера зимнего полушария. Межполушарная тепловая машина уменьшает величину момента импульса ветров. Чем больше контраст температур между полушариями, тем значительнее этот эффект. В январе и июле момент импульса ветров уменьшается до минимальных значений, и скорость вращения Земли достигает максимальных величин. В апреле и ноябре температурные различия между атмосферой Северного и Южного полушарий выравнивается; межполушарная тепловая машина прекращает свою работу, поэтому в атмосфере удерживается предельно большая величина момента импульса ветров и скорость вращения Земли становится минимальной.
Немного больше о технологиях >>>
Механика. Античность и эллинский период
Исторический экскурс в прошлое физики, вне
всякого сомнения, позволяет лучше понять логику формирования и развития этой
науки, приведшую к современному ее состоянию. Нам представляется, что понимание
причины возникновения физики, ее изначальных целей, знакомство с этапами ее
ра ...
Колумбия ожидание мира
«Мы — колумбийцы — выжили в таких трудных
географических условиях — и горы, и болота. Мы не сломались, несмотря на
десятилетия непрекращающейся войны. Мы продолжаем работать и радоваться жизни.
Война — это как явление природы, как ураган, ему нужно сопротивляться!»
Не знаю, к ...
