Циклоны и антицик- лоны — достаточно частые явления в нашей земной атмосфере. Они представляют собой крупномасштабные (> 1000 км) вихри в атмосфере. При этом в циклоне вращение воздуха по направлению совпадает с направлением вращения Земли, а в антициклоне происходит вращение воздуха в обратном направлении. Обычно в атмосфере Земли одновременно существует несколько циклонов и антициклонов (рис. 9.1.1а). Давно было установлено, что свойства циклона и антициклона весьма различны. 20° ю.ш. 60° в.д. 20° ю.ш. 60° з.д 90° 120° в.д. 20° 180° 20° ю.ш. 120° з.д. 20° ю.ш. Рис. 9.1.1. Планетарные вихри на Земле: система циклонов (L) и антициклонов (Н) в ат- мосфере Земли над Антарктидой (на рисунке показаны эквидистантные уровни изобари- ческой поверхности в южном полушарии) (а); схема расположения антициклонов и струй крупномасштабных течений в прилегающей к Центральной Америке части Тихого океана в конце февраля 1976 г. (Контуры антициклонов проведены по границе, отделяющей теплую поверхностную воду снаружи вихрей от холодной воды внутри них. Для одного из вихрей условно показан его дрейф на запад) (б) [224] 9.1. Планетарные вихри. Спиральные туманности 463 Так в центре циклона давление ниже, чем в окружающей среде, а в центре антициклона — наоборот, повышенное. Циклоны — обычно коротко живущие об- разования, тогда как антициклоны живут, как правило, значительно дольше (более устойчивы). О других особенностях будет сказано ниже. Мы привыкли к циклонам и антициклонами в атмосфере Земли. Однако анало- гичные по своей сути вихревые движения наблюдаются и в океанах (рис. 9.1.16), где они, однако, имеют меньшие размеры. Но особенно впечатляющими являются вихри на планетах-гигантах и, прежде всего, на Юпитере (рис. 9.1.2). На фотографии видно "Большое Красное Пятно" (БКПЮ), которое наблюдали еще в 1660-х годах Р. Гук и Дж. Кассини. Теперь уста- новлено, что БКПЮ — это гигантский антициклон в атмосфере Юпитера. Наряду 0 200 Рис. 9.1.2. Большое красное пятно Юпите- ра: крупный тёмный овал — БКПЮ, юж- нее и юго-западнее — вихри Белые Овалы; видна зональная структура ветров, дую- щих вдоль параллелей 100 <и>, м/с Рис. 9.1.3. Зональные течения в верхней атмо- сфере Юпитера: усреднённая скорость (и) ветра, дующего вдоль параллели (положительное на- правление ветра на восток), в зависимости от планетарной широты. Указаны координаты ос- новных крупных долгоживущих вихрей (БКП — Большое Красное Пятно, МКП — Малое Красное Пятно, БО — Белые Овалы, Б — "баржи") и их знаки (а — антициклон, ц — циклон) с вихрями, на последней фотографии видны так называемые "зональные течения" — атмосферные потоки, текущие вдоль географических параллелей. Направление, а тем более скорости этих потоков достаточно хаотично изменяются с широтой и во времени. Появление этих широтных потоков обязано сложной цепочке процессов, которая включает турбулентные процессы и слияние мелкомасштабных возмущений в более крупные. Отмеченный нерегулярный механизм их генерации ответственен за ту изменяю- щуюся во времени прихотливую зависимость азимутальной скорости от полярного угла, которая изображена на рис. 9.1.3. Наличие широтной вариации скорости зональных течений и приводит к появлению вихрей вследствие механизма Рэлея (раздел 8.1). Наблюдения крупно масштабных вихрей показали: 1. Циклон-антициклонную асимметрию, о чем было сказано выше. 2. Иерархию масштабов и времён жизни планетарных вихрей. Вихри имеют разме- ры порядка нескольких тысяч километров и даже больше, и наблюдаются более 464 Гл. 9. Процессы в космосе и плазмодинамика или менее стационарно в течение длительного времени, доходящего до десятков и сотен лет. Чем крупнее вихрь, тем больше его время жизни. Так, Большое Красное Пятно Юпитера наблюдают уже более 300 лет. Несколько южнее его локализуются Большие Белые Овалы, возникшие в 1938 году, вследствие сильного возмущения атмосферы Юпитера. 3. Все крупные вихри дрейфуют вокруг оси планеты. Направления дрейфа могут быть любые. 4. Период собственного вращения твих у всех крупных вихрей значительно больше периода обращения планеты Тпл. У Юпитера Тпл ~ 10ч., тбкпю ~ 7 дней. 5. Линейные скорости частиц в вихрях ~ 10 м/с и приблизительно на порядок превосходят их скорость дрейфа. 6. Все антициклоны наблюдаются в тех районах зональных течений, где ротор скорости течений — антициклонический. 7. Все крупные вихри локализуются в районе тех параллелей, где меридианный градиент скорости зональных течений проходит через локальный максимум, и выполняется критерий неустойчивости типа Рэлея.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Циклоны и антициклоны. Зональные течения» з дисципліни «Введення в плазмодінаміку»
