Погода може здатися, що вона створює тижні похмурого, сірого дощу. Але це може також зробити справді сенсаційне - і, часто, смертельне - шоу. Але чим пояснюються ці вибухові події?

Атмосфера Землі управляється нагріванням від Сонця. Погода - це реакція атмосфери на нерівномірність теплової енергії, яку вона отримує. Видиме та ультрафіолетове світло нагріває Землю протягом дня, сильніше в низьких широтах, але Земля випромінює майже рівну загальну кількість інфрачервоного випромінювання у всіх напрямках.

У середньому Земля отримує 340 Вт м^-2 від Сонця. Приблизно третина цієї енергії становить розсіяні прямо назад у космос хмарами та льодом на поверхні. Решта енергії, приблизно еквівалентна розміщенню невеликого випромінювача кожні 2 м у решітці, що покриває поверхню Землі та постійному їх запуску, поглинається поверхнею та атмосферою.

Але сила Сонця зосереджена на денній стороні і, зокрема, поблизу Екватора. В середньому атмосфера і поверхня поглинають понад 300 Вт м^-2 у Тропіках, але менше 100 Вт м^-2 в полярних регіонах. Поверхня Землі на екваторі звернена лицем до світла Сонця, але під великим кутом до неї біля полюсів, де така ж потужність падає на більшу площу поверхні.

Сонце: з чого все починається NASA / Goddard / SDO / flickr, CC BY

Температура Землі не демонструє екстремальних коливань, що змінюються менше ніж на 50 ° C між екватором та високими широтами, набагато менше, ніж на такому тілі, як the Moon. Це пов’язано з тим, що атмосфера (і дещо меншою мірою океани) передає тепло від теплих до прохолодних регіонів. Пік переносу тепла в атмосфері становить приблизно 5 PW (5 петават або 5 × 10¹⁵ W). Для контексту, найбільша атомна електростанція має потужність 8 ГВт (8 × 10⁹ W) і загальна потужність, яку споживають люди у всіх формах сьогодні оцінка бути 18 TW (1.8 × 10¹³ W), у 250 разів менше.

Це величезне джерело енергії - це те, що приводить в дію тепловий двигун атмосфери Землі та Світового океану, і, як наслідок, переміщення теплого повітря до прохолодних регіонів. Під час подорожі енергія перетворюється на багато інших форм, і обертання Землі має глибокий вплив на форму погоди, особливо в середніх широтах. Тут основний засіб транспортування тепла змінюється від поздовжньо-симетричного повороту Клітини Хадлі до хвилеподібних рухів, поверхневим проявом яких є знайомі нам погодні системи високого та низького тиску.

Реактивний потік циррус. LPI / NASA http://www.lpi.usra.edu/publications/slidesets/clouds/slide_2.html 

Реактивні потоки - це дуже вузькі стрічки (глибиною в кілька км і, можливо, 100 км в ширину) повітря, що швидко рухається, що кружляє Землю і утворюється на межі теплих і холодних повітряних мас приблизно на 10 км висоти. В ядрі струменя струму вітри можуть досягати 200 км год^-1 і дивовижні 656 км год^-1 було зафіксовано над Зовнішніми Гебридами в грудні 1967 р. Розташування цих сфокусованих вітрів є життєво важливим для планування маршрутів польотів літаків, а розумне використання є причиною швидшого польоту із заходу на схід, ніж у зворотному напрямку.

Струменевий потік, який найбільше впливає на нашу погоду, - це північний полярний струменевий потік який звивається різним шляхом та керує проходженням погодних систем по всьому світу, що потенційно може призвести до серія штормів та повені. Коли струменевий потік вигинається на південь, тоді холодне полярне повітря буде опускатися вниз, коли воно вигинається на північ, може виникнути тепле повітря і осіла погода.

Ураган "Катріна" з піковою інтенсивністю в Мексиканській затоці 28 серпня 2005 року. NASA http://visibleearth.nasa.gov/view.php?id=74693

Тропічні циклони, Більш відомий як урагани в Америці та тайфуни на Далекому Сході,-це масові руйнівні погодні події, які в нижчих широтах починаються як слабкіші погодні системи з низьким тиском. Тропічні циклони формуються над дуже теплими морями, як правило, в кінці літа та восени в кожній півкулі. У міру їх інтенсифікації вони стають обумовлені прихованим виділенням енергії з водяної пари, яка конденсується, утворюючи сильні штормові хмари.

Швидкість вітру понад 200 км год^-1 були зафіксовані навколо центру шторму, але руйнування в основному спричинені повенями в результаті стрибка висоти поверхні моря та інтенсивних опадів. Середня річна кількість опадів у Великобританії може випасти менш ніж за дві години з -за хмар навколо очей шторму.

Циклон "Бхола" 1970 року став одним з найстрашніших стихійних лих усіх часів, в результаті якого загинули півмільйона людей у ​​Бангладеш та Західній Бенгалії, в основному внаслідок такої повені, але це був далеко не найпотужніший тропічний циклон, що вважається відносно помірним. Категорія 3. Найсильніші шторми категорії 5 включають ураган "Катріна" у 2005 році з вітром понад 280 км / год^-1.

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Occluded_mesocyclone_tornado5_-_NOAA.jpg/flickr, CC BY смерчі є меншими бурхливими вихорами, які можуть утворитися під купчасто -дощовою грозовою хмарою, областю інтенсивної вертикальної конвекції. У центрі вихору утворюється лійкова хмара, хоча сильний вітер циркулює набагато далі навколо неї. Найекстремальніші вітри майже 500 км / год^-1, і призведуть до надзвичайних збитків на їх шляху.

Команда Тридержавний Торнадо у березні 1925 р. мав найдовшу довжину шляху, зареєстровану понад 350 км, і вбив 695 людей у ​​долині річки Міссісіпі, США. Це була частина спалаху із загальною кількістю жертв 747, але навіть у квітні 1989 р. Торнадо Даулатпур - Сатурія в Бангладеш, коли загинуло понад 1,300 людей, а 80,000 XNUMX залишились без даху над головою.

Пилові бурі трапляються в багатьох частинах світу і можуть транспортувати пісок та більш дрібні мінеральні зерна з одного континенту на інший. У Північній Африці ці бурі відомі як хабуби, і часто їх ініціює сильний вітер, пов'язаний з грозами. Подібні шторми трапляються в більш сухих районах Америки та Азії. Хабуби можуть досягати висоти понад 1 км, долати тисячі км² і триває годинами, піднятий пил, поглинаючи сонячне світло, зігріваючи повітря та посилюючи вітри на краю шторму.

На Землі краплі води будуть зароджуватися на найтонших зернах пилу, врешті -решт видаляючи їх і обмежуючи зростання шторму, але на Марсі, який є набагато сухішим, деякі пилові бурі з часом можуть покрити планету.

Пиловий диявол в Арізоні. NASA http://www.nasa.gov/vision/universe/solarsystem/2005_dust_devil.html

Пил чортів це невеликі конвективні вихори, що стають помітними завдяки пилу, який вони піднімають з поверхні. Вони також керуються тепловою енергією, де більш холодна атмосфера контактує з теплою поверхнею. Найчастіше це відбувається в регіонах, схожих на пустелю, але вони можуть траплятися навіть у помірному кліматі, і є записи «снігових дияволів» на яскраво освітлених схилах гір. На Землі вони можуть досягати 1 км у висоту і, можливо, 10 метрів у діаметрі; на Марсі їх бачили набагато ширший діапазон розмірів, простягається до 20 км у висоту і 200 метрів у ширину і з'являються на багатьох зображеннях з орбітального космічного корабля.

Радгосп / flickr, CC BYблискавичний є поширеним явищем в атмосфері Землі, що виникає в областях сильної вертикальної конвекції. Близько 2,000 гроз активний у будь-який момент. Повітря у вузькому центрі каналу блискавки може ненадовго досягти 30,000 ° C, що в п'ять разів перевищує температуру поверхні Сонця. Звук грому надходить від швидкого розширення нагрітого повітря, і уражені дерева буквально розносяться, коли вода всередині них миттєво закипає.

Привіт зазвичай асоціюється з грозами, а також є теплою погодою, конвективним явищем. Люди часто розцінюють град як зимову подію, але наприкінці весни та літа - єдиний час, коли справжній град трапляється у Великобританії. При сильному підйомі повітря гради можуть досягати дуже великих розмірів, до 20 см в діаметрі і може важити майже 1 кг. Грози з градом можуть бути справді смертельними, і, на жаль, є записи про багато сотень смертей. Ймовірно, у квітні 230 року в Уттар -Прадеші, Північна Індія, загинуло понад 1,600 людей і 1888 худоби в Уттар -Прадеші, Північна Індія, а також є письмові дані про смертельні випадки в Уорікширі, Англія, ще у травні 1411 року.

про автора

Стівен Льюїс, старший викладач фізичних наук, Відкритий університет. Мої наукові інтереси стосуються моделювання атмосфери планет, зокрема порівняльних досліджень динамічної метеорології та кліматичних процесів на різних планетах. В основному це стосується великих числових моделей атмосфер планети.

Ця стаття була спочатку опублікована на Бесіда. Читати оригінал статті.

Пов’язана книга:

at

Дякуємо за відвідування InnerSelf.com, де є 20,000 + статті, що змінюють життя, пропагуючи «Нові погляди та нові можливості». Усі статті перекладено на 30+ мов. Підписуватися для журналу InnerSelf, що виходить щотижня, та щоденного натхнення Марі Т. Рассел. Журнал InnerSelf видається з 1985 року.