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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 분위기와 움직임. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
지구는 두꺼운 공기층, 즉 대기로 둘러싸여 있습니다. 고도가 높아질수록 공기는 점점 더 희박해지고 밀도가 낮아집니다. 지구 표면의 해수면에서 공기 0입방미터의 무게는 1,3도에서 약 25kg입니다. 그리고 지구 표면 위 XNUMXkm의 고도에서 공기 XNUMX입방미터의 무게는 이미 XNUMX배 이상 가벼워졌습니다. 지구 대기의 두께는 수백 킬로미터에 이르지만 지구의 부피에 비하면 결코 크지 않다. 지구 표면 위 9~18km에 이르는 대기의 하층을 대류권이라고 합니다. 이 층은 공기 중량의 3/4 이상을 포함합니다. 상위 층은 성층권과 전리층이라고합니다. 공기는 모든 물체와 마찬가지로 무게가 있습니다. 그것은 큰 힘으로 지구와 그 위에 사는 모든 사람들을 압박합니다. 지구 표면의 이 힘은 신체 면적 XNUMX제곱센티미터당 약 XNUMXkg에 해당합니다. 기압은 고도에 따라 점차 감소합니다. 그러나 나중에 보게 되겠지만 지구 표면에서도 대기압은 결코 일정하지 않고 항상 변합니다. 0밀리미터 높이의 수은주가 760도에서 가하는 압력과 같은 기압을 정상 대기압이라고 합니다. 이 압력은 평방 센티미터당 1,0336kg입니다. 기상학에서 기압은 일반적으로 밀리바로 측정됩니다. 1000밀리바는 XNUMX제곱센티미터의 표면에 XNUMX그램이 가하는 압력과 거의 같습니다. 정상 대기압은 약 XNUMX밀리바입니다. 기상학은 대기와 대기에서 발생하는 현상에 대한 과학이며 대부분 물리적입니다. 좁은 의미에서 그것은 날씨와 그 변화에 대한 과학입니다. 분위기는 결코 쉬지 않습니다. 극지와 열대 지방 아래, 아래, 지구 표면, 구름이 떠 다니는 위의 모든 곳에서 공기가 움직입니다. 지구 주위의 공기의 움직임을 바람이라고 합니다. 대기에서 공기의 움직임을 일으키는 원인은 무엇입니까? 바람은 왜 부는 걸까요? 바람의 원인을 더 잘 이해하려면 잘 알려진 현상을 기억하십시오. 겨울에 따뜻한 방에서 거리 또는 더 추운 방으로 문을 열면 차가운 공기가 아래에서 따뜻한 방으로 들어갑니다. 동시에 따뜻한 실내 공기가 위에서 나옵니다. 이를 확인하는 것은 쉽습니다. 촛불이나 성냥에 불을 붙이고 열린 문에 놓으십시오. 먼저 바닥, 문지방, 그 다음 상단에 놓으십시오 (그림 1). 아래쪽에서는 방으로 들어오는 찬 공기의 흐름에 의해 촛불 불꽃이 눈에 띄게 편향되고, 반대로 위쪽에서는 방에서 나오는 따뜻한 공기의 흐름이 촛불 불꽃을 방 밖으로 편향시킵니다. .
왜 이런 일이 발생합니까? 이유는 다음과 같습니다. 두 개의 동일한 부피의 공기를 사용하지만 다르게 가열하면 더 차가운 공기 부피가 항상 더 밀도가 높으므로 더 무거워집니다. 가열되면 모든 신체와 마찬가지로 공기가 팽창하여 밀도가 낮아지고 가벼워집니다. 우리가 거리의 문을 열면 차갑고 밀도가 높은 외부 공기가 따뜻한 방으로 몰려들고 밀도가 낮고 가벼운 실내 공기가 위로 이동합니다. 무거워지면 외부 공기가 아래에서 방으로 들어오고 바닥 근처의 낮은 층에 있는 방에 위치합니다. 차갑고 무거운 공기로 대체된 따뜻한 공기는 상승하여 열린 문의 상단을 통해 방 밖으로 나갑니다. 이 예를 통해 대기 중 공기의 움직임에 대한 이유를 이해할 수 있습니다. 지구에 떨어지는 태양열은 주로 표면을 가열합니다. 대기는 태양열 에너지의 극히 일부만을 흡수합니다. 지구본의 가열된 표면에서 지구본과 접촉하는 더 낮은 공기층이 가열됩니다. 따뜻한 공기층과 차가운 공기가 혼합되어 열을 가합니다. 이것이 공기가 가열되는 방식입니다. 따라서 지구 표면이 태양에 의해 더 많이 가열될수록 그 위에 있는 공기도 더 많이 가열됩니다. 그러나 지구 표면은 태양에 의해 어떻게 가열됩니까? 같은 것과는 거리가 멀다. 이것은 주로 일년 중 다른 시간과 다른 기후대에 있다는 사실 때문입니다.
지구 태양은 다양한 방식으로 수평선 위로 떠오릅니다. 태양이 수평선 위로 높을수록 지구 표면의 같은 영역에 더 많은 태양열이 떨어집니다(그림 2). 적도와 그 근처에서 지구의 구형으로 인해 태양 광선은 정오에 거의 수직으로 가파르게 떨어집니다. 온대 기후 국가에서는 태양 광선이 지구 표면에 훨씬 더 부드럽게 떨어집니다. 그리고 극지방과 극지방에서는 태양 광선이 지구 표면 위로만 미끄러지는 것처럼 보입니다. 태양은 수평선 위로 상대적으로 낮게 떠오릅니다. 더욱이 겨울에는 태양이 수평선 위에 전혀 나타나지 않습니다. 긴 극지방의 밤이 있습니다. 같은 이유로 지구 표면의 온도는 낮 동안에 변합니다. 낮에는 태양이 하늘 높이 떠 있을 때 지구 표면이 가장 뜨거워지고, 저녁에는 태양이 지평선 아래로 내려갈 때 지구가 차가워지기 시작하며 밤과 아침에 그 온도는 더욱 낮아집니다.
또한 지구 표면의 고르지 않은 가열은 표면의 다른 부분이 태양에 의해 가열되고 다르게 냉각된다는 사실로 설명됩니다. 특히 중요한 것은 물과 땅이 다르게 가열되고 냉각되는 능력입니다. 땅은 빠르게 더 높은 온도로 가열되지만 빠르게 식습니다. 반면에 물은(특히 바다와 바다에서) 일정한 혼합으로 인해 매우 천천히 가열되지만 육지보다 훨씬 오래 열을 유지합니다. 이것은 물과 땅의 열용량이 다르다는 사실에 의해 설명됩니다 (열용량은 몸을 XNUMX도 가열하는 데 필요한 열량입니다). 땅의 다른 부분은 태양 광선 아래에서 다르게 가열됩니다. 예를 들어, 검은색 맨땅은 녹색 들판보다 훨씬 더 뜨거워집니다. 모래와 돌은 태양에 의해 강하게 가열되고 숲과 풀은 훨씬 약합니다. 태양 광선 아래에서 지구의 여러 부분이 다르게 가열되는 능력은 표면에 입사되는 광선의 비율이 표면에 흡수되고 무엇이 반사되는지에 따라 달라집니다. 바디마다 반사율이 다릅니다. 따라서 눈은 태양 에너지의 15%만 흡수하고 모래는 70%만 흡수하며 물은 5%만 반사하고 95%를 흡수합니다(그림 4). 지구의 다르게 가열된 부분은 다른 방식으로 공기를 가열합니다. 이 예에서 다른 장소에서 공기가 받는 열의 양이 얼마나 다른지 알 수 있습니다. 사막에서 공기는 사막과 같은 위도에 있는 바다의 물에서 받는 것보다 뜨거운 모래에서 받는 열이 130배 더 많습니다. 그러나 다르게 가열 된 공기는 이미 언급했듯이 밀도가 다릅니다. 이것은 다른 장소에서 다른 대기압을 생성합니다. 공기가 덜 가열되어 밀도가 높으면 대기압이 더 높습니다. 반대로 공기가 더 가열되어 더 희박해지면 기압이 낮아집니다. 그리고 물이 항상 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르듯이, 압력이 높은 공기는 항상 기압이 낮은 곳으로 이동하는 경향이 있습니다. 이것이 자연에서 바람이 일어나는 방식입니다. 공기의 지속적인 움직임은 대기의 온도와 압력의 차이를 만들어내는데, 이는 태양에 의한 지구의 불균일한 가열과 관련이 있습니다.
따라서 자연의 바람은 태양 광선의 에너지로 인해 발생합니다. 그림 5에는 주요 기류의 단순화된 다이어그램이 나와 있습니다. 다이어그램에서 볼 수 있듯이 가장 단순한 형태라도 지구 위의 기단 이동은 다소 복잡한 그림입니다. 적도에서는 표면의 강한 가열로 인해 일정한 기압 감소가 관찰됩니다. 기류는 북쪽과 남쪽에서 여기로 흐르고 일정한 바람, 즉 무역풍을 만듭니다. 이 바람은 지구의 자전에 의해 편향됩니다. 북반구에서 무역풍이 부는 방향을 보면 바람이 오른쪽으로, 남반구에서는 왼쪽으로 편향됩니다. 3-7km의 고도에서이 지역에는 반대 방향의 바람인 반 무역풍이 불고 있습니다. 적도 근처에는 평온한 지역이 있습니다. 적도에서 멀어짐에 따라 반무역풍은 극지방을 향하여 점점 더 편향됩니다. 위도 약 30도에서 적도 양쪽에 잔잔한 띠가 있습니다. 이 지역에서는 적도에서 흐르는 기단(반무역풍)이 하강하여 고기압 지역을 만듭니다. 무역풍이 태어난 곳이 바로 여기입니다. 여기에서 바람은 아래 극을 향해 분다. 이 바람은 우세한 편서풍입니다. 무역풍에 비해 훨씬 더 가변적입니다. 늙은 선원들은 30도에서 60도 사이의 지역을 "서쪽 폭풍" 지역이라고 부릅니다. 위도 약 30도의 고요한 지역을 때때로 말 위도라고 합니다. 대기압이 높은 맑은 날씨가 우세합니다. 이 이상한 이름은 선원들이 항해하던 시절부터 보존되어 버뮤다 주변 지역만을 지칭했습니다. 많은 배들이 유럽에서 서인도 제도까지 말을 실었습니다. 평온한시기에 범선은 움직일 수있는 능력을 잃었습니다. 동시에 선원들은 종종 어려운 상황에 처했습니다. 물 공급이 고갈되었고 말은 갈증으로 가장 먼저 죽었습니다. 배 밖으로 던져진 말의 시체는 오랫동안 파도에 휩싸였습니다. 극지방에서 부는 바람은 종종 극동풍이라고 합니다(그림 5 참조).
우리가 설명한 지구 위의 주요 기류 그림은 물과 육지의 고르지 않은 가열로 인해 발생하는 일정한 바람으로 인해 더욱 복잡해집니다. 우리는 이미 육지가 물보다 빨리 가열되고 냉각된다고 말했습니다. 이로 인해 낮에는 땅이 물보다 훨씬 더 가열되는 시간이 있습니다. 밤에는 반대로 물이 땅보다 더 천천히 식습니다. 따라서 육지 위의 낮에는 공기가 더 뜨거워집니다. 가열 된 공기는 상승하여 대기압을 증가시킵니다. 기류 (약 1km 높이)가 물로 돌진하고 증가 된 대기압이 수면 위에 설정됩니다. 결과적으로 신선한 바람, 미풍이 아래 물에서 불기 시작합니다 (그림 6).
그러나 여기에 밤이 온다. 땅이 급속히 냉각되고 있습니다. 주변 공기도 냉각됩니다. 차가운 공기, 응축, 하강. 상층의 압력이 감소합니다. 동시에 물은 오랫동안 따뜻함을 유지하고 그 위의 공기를 가열합니다. 1입방미터의 바닷물을 3도 냉각하면 7입방미터 이상의 공기를 XNUMX도 가열할 수 있는 열량이 발생한다고 계산되었습니다! 가열되면 공기가 상승하여 대기압이 증가합니다. 결과적으로 바람은 위의 해안에서 불기 시작하고 대륙풍은 육지에서 물로 불립니다 (그림 XNUMX).
이러한 해안 바람은 큰 호수나 바다 기슭에 사는 모든 사람에게 알려져 있습니다. 예를 들어 잘 알려진 것은 Black, Azov 및 Caspian Seas의 미풍입니다. 그래서 Sukhumi에서는 일년 내내 바람이 불고 있습니다. Sevan, Issyk-Kul, Onega 등과 같은 큰 호수에서도 바람이 불고 있습니다. 예를 들어 오른쪽 높은 둑에있는 Saratov 근처의 Volga와 같은 큰 강둑에서도 산들 바람이 관찰됩니다. 바람은 멀리 가지 않습니다. 이것은 순전히 지역 바람입니다. 바다와 바다의 해안 지역에서 물과 육지의 고르지 않은 가열은 산들 바람과 유사한 바람을 만듭니다. 이들은 소위 몬순입니다. 계절풍은 계절풍으로 반년은 한 방향으로, 반년은 다른 방향으로 분다. 겨울과 여름에 바다와 대륙의 서로 다른 가열 및 냉각으로 인해 불어납니다. 여름에는 본토의 공기가 바다보다 훨씬 더 뜨거워집니다. 반대로 겨울에는 바다(바다) 위의 공기가 본토 위의 공기보다 따뜻합니다. 이것은 여름에는 대륙이 더 뜨거워지고 겨울에는 물보다 더 차가워지며 여름에는 더 추운 바다가 겨울에는 육지보다 더 따뜻해진다는 사실에 의해 설명됩니다. 물의 열용량이 크기 때문에 바다는 여름에 엄청난 양의 열을 저장할 수 있습니다. 따라서 여름에는 대륙이 대기를 가열하는 반면 바다와 바다는 대기를 냉각시킵니다. 겨울에는 상황이 바뀝니다. 바다는 "대기 난로"가되고 대륙은 "냉장고"가됩니다. 이러한 이유로 몬순이 분다. 겨울에는 육지에서 바다로, 여름에는 바다에서 본토로. 몬순은 북극해 기슭에서도 모든 기후대에서 관찰됩니다. 몬순의 방향은 지구의 자전에도 영향을 받습니다. 몬순은 인도에서 가장 두드러집니다. 마지막으로 기류에 대한 일반적인 설명을 위해 대기 소용돌이-사이클론에 대해 말할 필요가 있습니다. 위에서 이야기 한 기류는 대기 중 엄청난 양의 공기, 즉 기단의 움직임과 관련이 있습니다. 일정 시간 동안 특정 특성을 유지하는 공기량을 기단이라고 부르는 것이 일반적입니다. 예를 들어, 북극에서 오는 기단은 저온의 건조하고 투명한 공기를 가져옵니다. 서로 다른 두 기단 사이의 경계면을 전선이라고 합니다. 전선의 양쪽은 기온, 풍속 등이 급격하게 다른 경우가 많기 때문에 전선이 어떤 장소를 지날 때 이 지역의 날씨는 대개 급격하게 변한다. 서로 다른 온도(따라서 다른 공기 밀도)를 가진 두 개의 인접한 기단이 서로 다른 속도로 이동할 때 또는 기단의 경계면에서 전면을 따라(위의 그림 8) 따뜻하고 차가운 공기 덩어리, 파동 교란이 발생합니다. 공기파는 그대로 정면에 형성됩니다. 이 경우 차가운 공기는 따뜻한 공기 아래로 흐르고 따뜻한 공기는 차가운 공기를 밀어내기 시작합니다. 기류가 소용돌이치기 시작합니다. 전면의 파동 교란이 커지고 두 기단 사이의 경계면이 점점 더 가파르게 구부러집니다. 따라서 점점 더 강한 와류 공기 이동(사이클론)이 점차 발생합니다(그림 8 참조).
사이클론이 발생하는 세 가지 주요 전선은 북극, 극지 및 열대입니다. 북극 전선은 북극과 극지방(북부 위도) 사이의 경계선입니다. 극전선은 극지방과 열대 지방(온대 위도)을 분리합니다. 열대 전선은 열대 공기와 적도 공기(남위도)를 구분하는 선입니다. 사이클론의 대기압은 중심으로 갈수록 감소합니다. 사이클론의 중심에서 기압이 가장 낮습니다. 사이클론이 발생하는 지역의 지도에서 동일한 압력을 가진 모든 지점이 선으로 연결되어 있는 경우 예를 들어 한 선은 990밀리바의 압력을 가진 모든 지점을 연결하고 다른 하나는 995밀리바의 압력을 가진 지점 등을 연결합니다. 그런 다음 사이클론 영역에 있는 이러한 모든 선은 닫힌 곡선이 됩니다(그림 9). 이러한 선을 등압선이라고 합니다. 이 영역의 중심에 있는 등압선은 가장 낮은 압력 지점을 연결합니다. 사이클론의 이러한 압력 분포로 인해 바람이 가장자리에서 중앙으로 불어 시계 반대 방향의 바람이 형성됩니다.
사이클론은 대기를 통해 이동합니다. 그것은 풍향과 속도의 급격한 변화를 가져옵니다. 사이클론의 평균 속도는 시속 25-40km입니다. 사이클론, 즉 저압 영역 외에도 대기에는 고압 영역이 나타납니다-안티 사이클론. 여기서 기압은 중앙쪽으로 상승합니다. 사이클론과 안티 사이클론은 종종 수천 킬로미터에 이르는 매우 넓은 지역을 포착합니다. 따라서 이러한 대기 교란은 대기의 일반적인 공기 순환에 눈에 띄는 영향을 미쳐 더욱 복잡하게 만듭니다. 온대 위도에서 다양한 바람의 출현과 변화는 주로 사이클론과 안티 사이클론의 움직임과 관련이 있습니다. 매우 강한 허리케인급 바람은 남쪽 바다 위의 열대 전선에서 발생하는 저기압 교란에서 발생합니다. 이러한 저기압을 열대 저기압이라고 합니다. 저자: Karmishin A.V.
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