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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Atmosfera e seu movimento. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Fontes de energia alternativa A terra é cercada por uma espessa camada de ar - a atmosfera. Com a altura, o ar torna-se cada vez mais rarefeito, menos denso. Na superfície da Terra, ao nível do mar, um metro cúbico de ar pesa cerca de 0 kg a 1,3 graus; e a uma altitude de 25 quilômetros acima da superfície terrestre, um metro cúbico de ar já pesa mais de trinta vezes menos. Embora a espessura da atmosfera terrestre atinja muitas centenas de quilômetros, mas em comparação com o volume do globo, não é nada grande. A camada inferior da atmosfera, variando de 9 a 18 quilômetros acima da superfície da Terra, é chamada de troposfera. Esta camada contém mais de 3/4 em peso de ar. As camadas superiores são chamadas de estratosfera e ionosfera. O ar, como todos os objetos, tem peso; pressiona com grande força a Terra e todos os que nela vivem; essa força na superfície da Terra é igual a aproximadamente um quilograma para cada centímetro quadrado de área corporal. A pressão do ar diminui gradualmente com a altitude. Mas mesmo na superfície da Terra, como veremos mais adiante, a pressão atmosférica nunca é constante, ela sempre muda. A pressão do ar igual à pressão exercida a 0 graus por uma coluna de mercúrio de 760 milímetros de altura é chamada de pressão atmosférica normal. Essa pressão é igual a 1,0336 quilogramas por centímetro quadrado. Em meteorologia, a pressão do ar é geralmente medida em milibares. Um milibar é aproximadamente igual à pressão exercida por um grama na superfície de um centímetro quadrado. A pressão atmosférica normal é de cerca de 1000 milibares. Meteorologia é a ciência da atmosfera e dos fenômenos que nela ocorrem, principalmente físicos. Num sentido mais restrito, é a ciência do clima e suas mudanças. A atmosfera nunca está em repouso. Em todos os lugares - nos pólos e sob os trópicos, abaixo, na superfície da Terra e acima, onde as nuvens flutuam - o ar está em movimento. O movimento do ar ao redor da Terra é chamado de vento. O que causa o movimento do ar na atmosfera? Por que os ventos sopram? Para entender melhor a causa do vento, lembre-se do conhecido fenômeno. Quando no inverno você abre a porta de uma sala aquecida para a rua ou para uma sala mais fria, o ar frio corre de baixo para a sala quente. Ao mesmo tempo, o ar quente da sala sairá de cima. É fácil verificar isso. Acenda uma vela ou um fósforo e coloque-o na porta aberta - primeiro na parte inferior, na soleira e depois na parte superior (Fig. 1). Na parte inferior, a chama da vela será visivelmente desviada pelo fluxo de ar frio para dentro da sala, e na parte superior, ao contrário, o fluxo de ar quente vindo da sala desviará a chama da vela para fora, para fora da sala .
Por que isso está acontecendo? Aqui está o porquê. Se tomarmos dois volumes de ar idênticos, mas aquecidos de maneira diferente, o volume de ar mais frio será sempre mais denso e, portanto, mais pesado. Quando aquecido, o ar, como todos os corpos, se expande, torna-se menos denso e mais leve. Quando abrimos a porta para a rua, o ar externo mais frio e denso corre para o ambiente quente, deslocando para cima o ar interno menos denso e mais leve. Quanto mais pesado, o ar externo entra na sala por baixo, localiza-se na sala nas camadas inferiores, perto do chão. Deslocado pelo ar frio e pesado, o ar quente sobe e sai da sala pela parte superior das portas abertas. Este exemplo nos permitirá entender as razões do movimento do ar na atmosfera. O calor do sol que incide sobre a Terra aquece principalmente sua superfície. A atmosfera absorve apenas uma pequena parte da energia solar térmica. Da superfície aquecida do globo, as camadas inferiores de ar que estão em contato com ele são aquecidas. Camadas quentes de ar se misturam com as frias, dão-lhes calor; é assim que o ar é aquecido. Assim, quanto mais a superfície da Terra é aquecida pelo Sol, mais o ar acima dela também se aquece. Mas como a superfície da Terra é aquecida pelo Sol? Longe de ser o mesmo. Isso se deve principalmente ao fato de que em diferentes épocas do ano e em diferentes zonas climáticas.
Terra O sol nasce acima do horizonte de diferentes maneiras. Quanto mais alto o Sol está acima do horizonte, mais calor solar cai na mesma área da superfície da Terra (Fig. 2). Devido à forma esférica da Terra no equador e próximo a ele, os raios do Sol caem abruptamente, ao meio-dia quase na vertical. Em países com clima temperado, os raios do sol incidem na superfície da Terra com muito mais suavidade. E nos países polares e nos pólos, os raios do sol parecem apenas deslizar sobre a superfície da Terra - o Sol nasce relativamente baixo acima do horizonte. Além disso, no inverno, o Sol não aparece acima do horizonte: há uma longa noite polar. Pela mesma razão, a temperatura da superfície da Terra muda durante o dia. Durante o dia, quando o Sol está alto no céu, a superfície da Terra é mais aquecida, à noite, quando o Sol se põe abaixo do horizonte, a Terra começa a esfriar, e à noite e pela manhã sua temperatura cai ainda mais baixo.
Além disso, o aquecimento desigual da superfície da Terra é explicado pelo fato de que diferentes partes da superfície são aquecidas pelo Sol e resfriadas de maneira diferente. De particular importância é a capacidade da água e da terra de aquecer e resfriar de maneira diferente. A terra aquece rapidamente até uma temperatura mais alta, mas esfria rapidamente. A água, por outro lado (especialmente nos mares e oceanos), devido à mistura constante, aquece muito lentamente, mas retém seu calor por muito mais tempo do que a terra. Isso é explicado pelo fato de que a capacidade de calor da água e da terra é diferente (capacidade de calor é a quantidade de calor necessária para aquecer o corpo em um grau). Diferentes partes da terra são aquecidas de forma diferente sob os raios do sol. Por exemplo, o solo preto nu aquece muito mais do que, digamos, um campo verde. A areia e a pedra são fortemente aquecidas pelo sol, a floresta e a grama são muito mais fracas. A capacidade de diferentes partes da terra de se aquecerem de maneira diferente sob os raios do sol também depende da proporção dos raios incidentes na superfície que é absorvida pela superfície e do que é refletido. Corpos diferentes têm refletividade diferente. Assim, a neve absorve apenas 15% da energia solar, a areia - 70% e a água reflete apenas 5% e absorve 95 (Fig. 4). Partes do globo aquecidas de maneira diferente aquecem o ar de maneiras diferentes. Quão diferente é a quantidade de calor recebida pelo ar em lugares diferentes pode ser vista neste exemplo. No deserto, o ar recebe 130 vezes mais calor da areia aquecida do que o ar recebe da água do mar, que está na mesma latitude do deserto. Mas o ar aquecido de maneira diferente tem, como já mencionado, densidades diferentes. Isso cria diferentes pressões atmosféricas em diferentes lugares: onde o ar é menos aquecido e, portanto, mais denso, a pressão atmosférica é maior; pelo contrário, onde o ar é mais aquecido e, portanto, mais rarefeito, a pressão do ar é menor. E o ar com maior pressão sempre tende a se mover para onde há menor pressão atmosférica, assim como a água sempre flui de um nível superior para um inferior. É assim que o vento ocorre na natureza. O movimento constante do ar cria uma diferença de temperatura e pressão na atmosfera, que está associada ao aquecimento desigual do globo pelo Sol.
Assim, o vento na natureza surge devido à energia dos raios do sol. Na Figura 5 apresentamos um diagrama simplificado das principais correntes de ar. Como pode ser visto no diagrama, mesmo em sua forma mais simples, o movimento das massas de ar sobre a Terra é uma imagem bastante complexa. No equador, devido ao forte aquecimento da superfície, observa-se uma redução constante da pressão do ar. As correntes de ar fluem aqui do norte e do sul e criam ventos constantes - ventos alísios. Esses ventos são desviados pela rotação da Terra. No hemisfério norte, se você olhar na direção do vento alísio, o vento se desvia para a direita, no hemisfério sul - para a esquerda. A uma altitude de 3 a 7 quilômetros, ventos contrários sopram nessas áreas - ventos de direções opostas. Perto do equador existe uma zona calma. À medida que se afastam do equador, os ventos antialísios se desviam cada vez mais de sua direção em direção aos pólos. A aproximadamente 30 graus de latitude, há faixas calmas em ambos os lados do equador; nessas áreas, as massas de ar provenientes do equador (ventos antialísios) descem e criam áreas de alta pressão. É aqui que nascem os ventos alísios. Daqui os ventos sopram em direção aos pólos abaixo. Esses ventos são os predominantes do oeste; em comparação com os ventos alísios, eles são muito mais variáveis. Velhos marinheiros chamam as áreas entre 30 e 60 graus de "tempestades do oeste". Zonas calmas em torno de 30 graus de latitude são às vezes chamadas de latitudes de cavalo. O tempo claro prevalece aqui com alta pressão atmosférica. Esse nome estranho foi preservado desde os dias em que os marinheiros navegavam e se referia apenas à área ao redor das Bermudas. Muitos navios transportavam cavalos da Europa para as Índias Ocidentais. Uma vez em um período de calmaria, os veleiros perderam a capacidade de se mover. Ao mesmo tempo, os marinheiros frequentemente se encontravam em condições difíceis. O abastecimento de água se esgotou, os cavalos foram os primeiros a morrer de sede. Os cadáveres de cavalos jogados ao mar foram carregados em ondas por muito tempo. Os ventos que sopram dos pólos são muitas vezes referidos como ventos polares de leste (ver Figura 5).
A imagem das principais correntes de ar acima da Terra que descrevemos é ainda mais complicada pelos ventos constantes que surgem devido ao aquecimento desigual da água e da terra. Já dissemos que a terra esquenta e esfria mais rápido que a água. Por isso, durante o dia, a terra tem tempo de esquentar muito mais que a água: à noite, ao contrário, a água esfria mais devagar que a terra. Portanto, durante o dia em terra, o ar esquenta mais; o ar aquecido sobe e aumenta a pressão atmosférica ali. As correntes de ar (a uma altura de aproximadamente 1 km) correm para a água e um aumento da pressão atmosférica é estabelecido acima da superfície da água. Como resultado, um vento fresco, uma brisa, começa a soprar da água abaixo (Fig. 6).
Mas aqui vem a noite. A terra está esfriando rapidamente; o ar circundante também é resfriado. O ar frio, condensando, desce. Sua pressão nas camadas superiores diminui. Ao mesmo tempo, a água permanece quente por muito tempo e aquece o ar acima dela. Foi calculado que o resfriamento de 1 metro cúbico de água do mar em um grau fornece uma quantidade de calor suficiente para aquecer mais de 3 mil metros cúbicos de ar em um grau! Quando aquecido, o ar sobe e cria ali um aumento da pressão atmosférica. Como resultado, o vento começa a soprar na costa acima e a brisa continental sopra abaixo - da terra para a água (Fig. 7).
Esses ventos costeiros são conhecidos por todos que vivem nas margens de grandes lagos ou mares. Bem conhecidas, por exemplo, são as brisas dos mares Negro, Azov e Cáspio; então, em Sukhumi há brisa o ano todo. A brisa também sopra em grandes lagos, como Sevan, Issyk-Kul, Onega e outros. As brisas também são observadas nas margens de grandes rios, por exemplo, no Volga perto de Saratov, em sua alta margem direita. As brisas não viajam muito. Estes são ventos puramente locais. O aquecimento desigual da água e da terra nas áreas costeiras dos mares e oceanos cria ventos semelhantes às brisas. Estas são as chamadas monções. As monções são ventos sazonais, sopram meio ano em uma direção, meio ano em outra. Eles sopram devido ao diferente aquecimento e resfriamento dos mares e continentes no inverno e no verão. No verão, o ar sobre o continente esquenta muito mais do que sobre o mar. Pelo contrário, no inverno o ar sobre o mar (oceano) é mais quente que o ar sobre o continente. Isso se explica pelo fato de que no verão os continentes esquentam mais e no inverno esfriam mais que a água, enquanto o mar, que é mais frio no verão, fica mais quente que a terra no inverno. A grande capacidade calorífica da água permite que o oceano armazene enormes reservas de calor do verão. Assim, no verão, os continentes, por assim dizer, aquecem a atmosfera, enquanto os mares e oceanos a esfriam. No inverno, a situação muda: os mares tornam-se "fogões atmosféricos" e os continentes tornam-se "geladeiras". Por isso, sopram as monções; no inverno - da terra ao mar e no verão do mar ao continente. As monções são observadas em todas as zonas climáticas, mesmo nas margens do Oceano Ártico. A direção das monções também é afetada pela rotação da Terra. As monções são mais pronunciadas na Índia. Finalmente, para uma descrição geral das correntes de ar, é necessário falar sobre vórtices atmosféricos - ciclones. As correntes de ar de que falamos acima estão associadas ao movimento de grandes volumes de ar na atmosfera - massas de ar. Costuma-se chamar de massa de ar esses volumes de ar que retêm suas propriedades específicas por algum tempo. Assim, por exemplo, a massa de ar vinda do Ártico traz consigo uma temperatura baixa e um ar seco e transparente. A interface entre duas massas de ar diferentes é chamada de frente. Em ambos os lados da frente, a temperatura do ar, a velocidade do vento, etc., muitas vezes são muito diferentes. Portanto, quando uma frente passa sobre um local, o clima nessa área geralmente muda drasticamente. Quando duas massas de ar vizinhas com diferentes temperaturas (e, portanto, diferentes densidades de ar) se movem em velocidades diferentes, ou quando se movem uma em relação à outra ao longo da frente (Fig. 8 acima) na superfície limite das massas de ar, devido à interação de massas de ar quentes e frias, surge um distúrbio de onda - uma onda de ar, por assim dizer, se forma na frente. Nesse caso, o ar frio flui sob o ar quente e o ar quente, por sua vez, começa a empurrar o ar frio. As correntes de ar começam a girar. A perturbação das ondas na frente cresce, a interface entre duas massas de ar se curva cada vez mais abruptamente: assim, um movimento de ar em vórtice cada vez mais forte - um ciclone - surge gradualmente (ver Fig. 8).
Existem três frentes principais onde ocorrem os ciclones: ártica, polar e tropical. A frente do Ártico é a linha divisória entre o Ártico e o ar polar (latitudes do norte). A frente polar separa o ar polar e tropical (latitudes temperadas). A frente tropical é a linha divisória entre o ar tropical e o equatorial (latitudes meridionais). A pressão atmosférica em um ciclone diminui em direção ao seu centro. No centro do ciclone, a pressão do ar é menor. Se no mapa da área onde o ciclone se desenvolve, todos os pontos com a mesma pressão estão conectados por linhas - por exemplo, uma linha conecta todos os pontos com pressão de 990 milibares, a outra com pressão de 995 milibares, etc., então, verifica-se que todas essas linhas nas áreas do ciclone serão linhas curvas fechadas (Fig. 9). Essas linhas são chamadas de isóbaras. A isóbara no centro desta região conectará os pontos de menor pressão. Devido a essa distribuição de pressões no ciclone, os ventos sopram nele das bordas para o centro, formando um círculo de ventos no sentido anti-horário.
O ciclone se move pela atmosfera; traz consigo uma mudança repentina na direção e velocidade do vento. A velocidade média dos ciclones é de 25 a 40 quilômetros por hora. Além dos ciclones, ou seja, em outras palavras, áreas com baixa pressão, também aparecem na atmosfera áreas com alta pressão - anticiclones. Aqui a pressão do ar sobe em direção ao centro. Ciclones e anticiclones geralmente capturam áreas muito grandes que se estendem por milhares de quilômetros. Portanto, esses distúrbios atmosféricos têm um efeito perceptível na circulação geral do ar na atmosfera, complicando-a ainda mais. O surgimento e mudança de vários ventos em latitudes temperadas estão associados principalmente ao movimento de ciclones e anticiclones. Ventos muito fortes, com força de furacão, surgem em distúrbios ciclônicos que se originam na frente tropical, sobre os mares do sul. Esses ciclones são chamados de ciclones tropicais. Autor: Karmishin A.V.
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