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無線電子工学および電気工学の百科事典 雰囲気とその動き。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
地球は厚い空気の層、つまり大気によって囲まれています。 高度が上がるにつれて、空気はますます希薄になり、密度が低くなります。 地球の表面、海面では、空気 0 立方メートルの重さは 1,3 度で約 25 キログラムです。 地表から XNUMX キロメートルの高度では、空気 XNUMX 立方メートルの重さはすでに XNUMX 分の XNUMX 以下です。 地球の大気の厚さは数百キロメートルに達しますが、地球の体積に比べれば決して大きくありません。 地球の表面から9〜18キロメートルの範囲にある大気の下層は、対流圏と呼ばれます。 この層には重量で 3/4 以上の空気が含まれています。 上層は成層圏と電離層と呼ばれます。 すべての物体と同様に、空気にも重さがあります。 それは地球とそこに住むすべての人々に大きな力で迫ります。 地球の表面にかかる力は、体の面積 XNUMX 平方センチメートルあたり約 XNUMX キログラムに相当します。 気圧は高度が上がるにつれて徐々に低下します。 しかし、後で説明するように、地球の表面であっても、大気圧は決して一定ではなく、常に変化します。 高さ 0 ミリメートルの水銀柱が 760 度で及ぼす圧力に等しい気圧を常圧といいます。 この圧力は 1,0336 キログラム/平方センチメートルに相当します。 気象学では、気圧は通常ミリバールで測定されます。 1000 ミリバールは、XNUMX 平方センチメートルの表面に XNUMX グラムによって加えられる圧力にほぼ等しい。 通常の大気圧は約 XNUMX ミリバールです。 気象学は、大気とその中で発生する主に物理的な現象の科学です。 狭義には、気象とその変化を科学するものです。 雰囲気は決して休むことがありません。 極地や熱帯の下、地表、雲が浮かぶ上空など、地球のどこでも、空気は動いています。 地球の周りの空気の動きは風と呼ばれます。 大気中の空気の動きの原因は何ですか? なぜ風が吹くのですか？ 風の原因をより深く理解するには、よく知られた現象を思い出してください。 冬に暖房の効いた部屋から通りや寒い部屋へのドアを開けると、冷たい空気が下から暖かい部屋に流れ込みます。 同時に室内の暖かい空気が上から出てきます。 これを確認するのは簡単です。 ろうそくまたはマッチに火をつけ、開いたドアに置きます。最初は下に、敷居に、次に上に置きます (図 1)。 下部では、部屋に流入する冷たい空気の流れによってろうそくの炎が著しくそらされ、上部では逆に、部屋からの暖かい空気の流れによってろうそくの炎が外側、つまり部屋の外にそらされます。
なぜこうなった？ その理由は次のとおりです。 XNUMX つの同じ体積の空気を取り込みますが、加熱の仕方が異なる場合、冷たい方の空気の体積は常に密度が高くなり、したがって重くなります。 加熱されると、他の物体と同様に、空気も膨張し、密度が低くなり、軽くなります。 通りに面したドアを開けると、より冷たくて密度の高い外気が暖かい部屋に流れ込み、密度が低くて軽い室内の空気が上に移動します。 重くなるにつれて、外気は下から部屋に入り、部屋の下層、床近くに位置します。 冷たい重い空気によって置き換えられた暖かい空気は上昇し、開いたドアの上部から部屋の外に出ます。 この例では、大気中の空気の動きの理由を理解することができます。 地球に降り注ぐ太陽の熱は主に地球の表面を加熱します。 大気は太陽熱エネルギーのほんの一部しか吸収しません。 加熱された地球の表面から、それに接触している空気の下層が加熱されます。 暖かい空気の層が冷たい空気の層と混ざり合い、熱を与えます。 これが空気が加熱される仕組みです。 したがって、地球の表面が太陽によって加熱されると、その上にある空気もさらに加熱されます。 しかし、地球の表面は太陽によってどのように加熱されるのでしょうか? 同じとは程遠い。 これは主に、一年の異なる時期と異なる気候帯にあるという事実によるものです。
地球 太陽はさまざまな形で地平線から昇ります。 太陽が地平線より高い位置にあるほど、より多くの太陽熱が地表の同じ領域に降り注ぎます（図2）。 赤道付近とその近くの地球は球形であるため、太陽の光は正午にほぼ垂直に急角度で降り注ぎます。 温暖な気候の国では、太陽の光ははるかに穏やかに地表に当たります。 そして、極地の国や極地では、太陽の光は地表の上を滑っているようにしか見えません - 太陽は地平線から比較的低い位置に昇ります。 さらに、冬には太陽は地平線の上にまったく現れず、長い極夜が続きます。 同じ理由で、地球の表面の温度は日中に変化します。 太陽が空高くにある日中、地球の表面は最も加熱され、夕方、太陽が地平線の下に沈むと地球は冷え始め、夜と朝には温度がさらに下がります。
さらに、地表の加熱が不均一であることは、地表のさまざまな部分が太陽によって加熱され、冷却される方法が異なるという事実によって説明されます。 特に重要なのは、水と土地の加熱と冷却の仕方が異なることです。 土地はすぐに温度が上がりますが、すぐに冷えます。 一方、水（特に海や海洋）は、絶えず混合しているため、非常にゆっくりと加熱しますが、陸上よりもはるかに長く熱を保持します。 これは、水と陸の熱容量が異なるという事実によって説明されます（熱容量とは、体をXNUMX度温めるのに必要な熱量です）。 土地の異なる部分は、太陽の光の下で異なる方法で加熱されます。 たとえば、黒い裸地は、緑の野原よりもはるかに熱くなります。 砂や石は太陽によって強く加熱されますが、森や草ははるかに弱いです。 太陽の光の下で地球のさまざまな部分が異なる方法で加熱される能力は、地表に入射する光線のどのくらいの割合が地表で吸収され、何が反射されるかによっても異なります。 物体が異なれば反射率も異なります。 したがって、雪は太陽エネルギーの 15 パーセントしか吸収せず、砂は 70 パーセント、水は 5 パーセントだけを反射し、95 パーセントを吸収します（図 4）。 地球の異なる加熱部分は、さまざまな方法で空気を加熱します。 この例から、場所によって空気が受け取る熱量がどれほど異なるかがわかります。 砂漠では、空気が加熱された砂から受ける熱は、砂漠と同じ緯度にある海の水から受ける熱よりも 130 倍多くなります。 しかし、すでに述べたように、異なる温度で加熱された空気は異なる密度を持ちます。 これにより、場所によって大気圧が異なります。空気があまり加熱されず密度が高い場所では、大気圧は高くなります。 逆に、空気がより加熱され、したがってより希薄になると、空気の圧力は低くなります。 そして、水が常に高いところから低いところへ流れるのと同じように、圧力の高い空気は常に気圧の低いところへ移動する傾向があります。 自然界ではこのようにして風が発生します。 空気の絶え間ない動きにより、大気中に温度と圧力の差が生じ、これが太陽による地球の不均一な加熱に関連しています。
したがって、自然界の風は太陽光線のエネルギーによって発生します。 図 5 に、主な気流の簡略図を示します。 この図からわかるように、最も単純な形であっても、地球上の気団の動きはかなり複雑な図です。 赤道では、地表の強い加熱により、一定の気圧の低下が観察されます。 ここでは北と南から気流が流れ、貿易風という絶え間ない風を生み出します。 これらの風は地球の自転によって偏向されます。 北半球では貿易風の吹く方向を見ると、風は右に偏りますが、南半球では左に偏ります。 高度3〜7キロメートルでは、これらの地域では反貿易風、つまり逆方向の風が吹きます。 赤道の近くには穏やかなゾーンがあります。 赤道から離れるにつれて、反貿易風は極に向かう方向からどんどん逸れていきます。 緯度約 30 度では、赤道の両側に穏やかな帯があります。 これらの地域では、赤道から流れる気団（反貿易風）が下降し、高気圧の地域が形成されます。 ここで貿易風が生まれます。 ここから、風は下の極に向かって吹きます。 これらの風は卓越偏西風です。 貿易風と比べると、はるかに変動しやすいものです。 昔の船乗りたちは、気温 30 度から 60 度の地域を「西部の嵐」地域と呼んでいました。 緯度 30 度付近の穏やかなゾーンは、馬緯度と呼ばれることもあります。 ここでは高気圧に覆われ晴天が広がっています。 この奇妙な名前は、船乗りが航海していた時代から保存されており、バミューダ周辺地域のみを指しました。 多くの船がヨーロッパから西インド諸島まで馬を運びました。 穏やかな時期に入ると、帆船は動く能力を失います。 同時に、船員たちはしばしば困難な状況に置かれていることに気づきました。 水の供給は枯渇し、まず馬が渇きで命を落とした。 船外に投げ出された馬の死骸は、長い間波に乗って運ばれた。 極から吹く風は、しばしば極東風と呼ばれます (図 5 を参照)。
私たちが説明した地球上の主な気流の状況は、水と土地の不均一な加熱によって発生する絶え間ない風によってさらに複雑になります。 土地は水よりも速く加熱し、冷却することはすでに述べました。 このため、日中は陸地が水よりもはるかに熱くなりますが、夜間は逆に、水は陸地よりもゆっくりと冷えます。 したがって、陸上の日中は空気がさらに加熱されます。 加熱された空気は上昇し、そこでの大気圧が上昇します。 気流（高さ約 1 km）が水面に流れ込み、水面上では大気圧が高まります。 その結果、下の水から新鮮な風、そよ風が吹き始めます（図6）。
しかし、夜がやって来ます。 陸地は急速に寒冷化しつつある。 周囲の空気も冷やされます。 冷たい空気は結露して下降します。 上層の圧力は減少します。 同時に、水は長時間温かいままであり、その上の空気を加熱します。 1立方メートルの海水を3度冷却すると、7立方メートル以上の空気をXNUMX度加熱するのに十分な量の熱が得られると計算されています。 加熱されると、空気が上昇し、そこで大気圧が増加します。 その結果、上空の海岸では風が吹き始め、下では陸地から水上へと大陸風が吹きます（図XNUMX）。
このような沿岸風は、大きな湖や海の海岸に住んでいる人なら誰でも知っています。 たとえば、黒海、アゾフ海、カスピ海に吹くそよ風はよく知られています。 そのため、スフミでは一年中そよ風が吹いています。 セバン湖、イシククル湖、オネガ湖などの大きな湖にも風が吹きます。 そよ風は大きな川の岸辺、たとえばサラトフ近くのヴォルガ川の高い右岸でも観察されます。 風は遠くまで伝わりません。 これらは純粋にローカルな風です。 海や海洋の沿岸地域の水と土地が不均一に加熱されると、そよ風に似た風が発生します。 これらはいわゆるモンスーンです。 モンスーンは季節風であり、ある方向に半年吹き、別の方向に半年吹きます。 冬と夏では海と大陸の加熱と冷却が異なるために吹きます。 夏には、本土の空気は海よりもはるかに熱くなります。 逆に、冬には海（海洋）の上の空気は本土の上の空気よりも暖かいです。 これは、夏には大陸が水よりも熱くなり、冬には水よりも冷たくなりますが、夏には冷たい海が冬には陸地よりも暖かくなるという事実によって説明されます。 水の熱容量が大きいため、海は夏以降、膨大な熱を蓄えることができます。 したがって、夏には、大陸はいわば大気を加熱し、海と海洋は大気を冷やします。 冬になると状況は変わり、海は「ストーブ」となり、大陸は「冷蔵庫」となります。 このため、モンスーンが吹きます。 冬は陸から海へ、夏は海から本土へ。 モンスーンは、北極海の海岸を含むすべての気候帯で観察されます。 モンスーンの方向は地球の自転にも影響されます。 モンスーンはインドで最も顕著です。 最後に、気流の一般的な説明のために、大気の渦、つまりサイクロンについて言う必要があります。 上で説明した気流は、大気中の膨大な量の空気、つまり気団の動きに関連しています。 特定の特性をしばらく保持する空気の塊を気団と呼ぶのが通例です。 したがって、たとえば、北極から来る気団は、低温で乾燥した透明な空気をもたらします。 XNUMX つの異なる気団間の界面は前線と呼ばれます。 前線の両側では気温や風速などが大きく異なることが多いため、前線が通過するとその地域の天気は大きく変化することが多いです。 温度が異なる（したがって空気密度が異なる）8つの隣接する気団が異なる速度で移動する場合、または気団の境界面の前線（上の図8）に沿って相対的に移動する場合、暖気団と寒気団の相互作用により、波の乱れが発生します。前線では、いわば空気の波が形成されます。 この場合、冷たい空気が暖かい空気の下に流れ、今度は暖かい空気が冷たい空気を押し込み始めます。 気流が渦を巻き始めます。 前線での波の乱れが大きくなり、XNUMX つの気団の境界面がますます急に曲がります。したがって、ますます強力な空気の渦巻き、つまりサイクロンが徐々に発生します (図 XNUMX を参照)。
サイクロンが発生する主な前線は、北極、極地、熱帯の XNUMX つです。 北極前線は、北極と極地の空気（北緯）の間の境界線です。 極前線は、極地と熱帯の大気（温帯緯度）を分離します。 熱帯前線は、熱帯と赤道（南緯）の大気の境界線です。 低気圧内の気圧は中心に向かって低下します。 サイクロンの中心では気圧が最も低くなります。 サイクロンが発生する地域の地図上で、同じ圧力を持つすべての点が線で結ばれている場合、たとえば、ある線は圧力 990 ミリバールのすべての点を結び、もう 995 つの線は圧力 9 ミリバールなどです。すると、サイクロン領域内のそのような線はすべて閉じた曲線になることがわかります (図 XNUMX)。 このような線は等圧線と呼ばれます。 この領域の中心にある等圧線は、最低圧力点を結びます。 この圧力分布により、低気圧の端から中心に向かって風が吹き込み、反時計回りの風の輪が形成されます。
サイクロンは大気中を移動します。 風向と風速の突然の変化を伴います。 サイクロンの平均速度は時速 25 ～ 40 キロメートルです。 低気圧、つまり低気圧に加えて、大気中には高気圧も現れます。 ここでは、中心に向かって気圧が上昇します。 サイクロンや高気圧は、数千キロメートルに及ぶ非常に広い地域を襲うことがよくあります。 したがって、これらの大気の擾乱は大気中の空気の全体的な循環に顕著な影響を及ぼし、それをさらに複雑にしています。 温帯緯度におけるさまざまな風の発生と変化は、主に低気圧と高気圧の動きに関連しています。 非常に強いハリケーン級の風は、南海上の熱帯前線から発生する低気圧の擾乱によって発生します。 これらの低気圧は熱帯低気圧と呼ばれます。 著者: Karmisin A.V.
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