Аванесян К.С.

Возникновение конвективного движения в атмосфере при наличии
горизонтального градиента температуры
Аванесян Кристина Станиславовна
Аспирант
Северо-Кавказский федеральный университет,
институт математики и естественных наук, Ставрополь, Россия
Е-mail: [email protected]
Стремление не только понять сущность протекающих в атмосфере и гидросфере
Земли процессов, но и создать их адекватные модели, способные прогнозировать
особенности развития этих процессов во времени и в пространстве является актуальной
научной задачей. Целью настоящей работы является определение условий
возникновения конвекции сухого и влажного воздуха в рамках двумерной модели
конвекции. Рассмотрим уравнение движения идеальной жидкости в форме Эйлера в
инерциальной системе отсчета, без учета вращения Земли [1]:
v
1
 v,  v  g  p.
(1)
t
ρi
В состоянии равновесия (статики атмосферы):
1
v  0,
 p  g  0;
ρe
1  p 
p
p
 0, 
   e g.
(2)
   g  0,
x
z
 e  z 
Уравнение (2) есть уравнение статики атмосферы. Для состояния статики
атмосферы:
pе  ρе g.
В этом состоянии атмосферы температура окружающей атмосферы изменяется
не только с высотой z , но и по горизонтали (оси x ) по закону:
T
T
(3)
Tе  е i  e k   1i  k ,
x
z
где  – вертикальный градиент температуры окружающего воздуха по оси z ;  1
– горизонтальный градиент температуры окружающего воздуха по оси x .
Преобразую выражение (3) получим, что в состоянии статики атмосферы
ρ е
Tе
 0,
 0, Tе  Tе0  z.
x
x
Отсюда следует, что в состоянии статики атмосферы горизонтальный градиент
температуры (и плотности) равен нулю. Другими словами, наличие горизонтального
градиента температуры (и плотности) всегда будет вызывать конвективное движение.
Проведенное исследование показало, что развитие конвекции зависит от
распределения температуры в атмосфере по горизонтали. Для поддержания конвекции
необходимо, чтобы горизонтальный градиент температуры в атмосферном столбе был
больше сухоадиабатического градиента до уровня, на котором начинается конденсация,
и больше влажнодиабатического над этим уровнем, т. е. атмосфера должна обладать
неустойчивой стратификацией. Такие условия создаются во все времена года в воздухе,
движущемся с более холодной на более тёплую поверхность. Слои с малыми
горизонтальными градиентами температуры, особенно с инверсиями температуры,
являются для конвекции задерживающими слоями.
Список литературы
1. Матвеев Л. Т. Физика атмосферы. – СПб: Гидрометеоиздат, 2000, 779 с.