В метеорологии считается, что атмосфера делится на воздушные массы , области относительно однородной температуры и влажности с фронтами на их границах. Но почему воздух от разных воздушных масс не смешивается вместе при их встрече? Я не могу найти ответ ни в одной книге о погоде, и, кажется, никто не спрашивает. Люди просто принимают ответ, что разные плотности не смешиваются легко.
Всегда есть причина, хотя для разных погодных фронтов обсуждение должно быть разным.
У разной плотности должна быть причина - разное давление и/или влажность и т.д. Если есть разное давление, есть механическая сила, которая сохраняет разность давлений: подумайте о циклонах, которые имеют более низкое давление в центре. Циклоны вращаются в правильном направлении, и циклон может быть сохранен силой Кориолиса.
Если две воздушные массы различаются по влажности, то смешивание почти всегда будет приводить к выпадению осадков, включая фазовый переход воды и т. д. Это происходит потому, что пар из более влажной воздушной массы конденсируется в условиях другой. У тебя дождь. Как правило, интенсивные осадки, грозы и другие видимые изолированные погодные явления связаны с погодными фронтами.
Во всяком случае, смешение двух воздушных масс — процесс нетривиальный, вообще бурный. Поэтому граница называется «фронтом». На военном жаргоне фронт — это оспариваемая граница конфликта. Так что ваша идея о том, что воздушные массы могли быстро и мирно смешиваться - что бы вы ни имели в виду количественно - либо пренебрегает инерцией воздуха, относительно низким коэффициентом диффузии, низкой теплопроводностью и/или высокой скрытой теплотой водяного пара. Фронт — это то, что не исчезло за несколько минут, так что довольно тавтологически должны быть силы, делающие такое быстрое исчезновение невозможным.
Форма облаков и т. д. сложна, и метеорологические модели плохо их отражают. И уж точно я не собираюсь защищать долгосрочные климатические модели, предсказания которых не коррелируют с реальностью, а на самом деле обычно оказывались отрицательно коррелированными. Но я уверяю вас, что метеорологические модели, используемые для прогнозирования погоды на следующий слабый период, имеют дело с погодными фронтами — они входят в число основных объектов, с которыми приходится иметь дело этим моделям — и предсказывают их удовлетворительным образом, по крайней мере, на качественном уровне. , используя только известные законы физики.
Я хотел бы добавить несколько моментов к другому ответу. Можно было бы поставить вопрос о том, почему атмосфера Земли состоит из термодинамического эквивалента «доменов». Поэтому существуют разные области (с однородными значениями параметров) с разрывами между этими областями? Эти регионы здесь представляют собой «воздушные массы», определяемые как имеющие однородную температуру и влажность, которые перечислены в статьях Wiki.
Следует отметить, что любой вопрос об атмосфере — это вопрос, охватывающий многие области физики: термодинамику, турбулентность, химические процессы. Как турбулентная система, атмосфера не находится в равновесии и поэтому, например, не имеет постоянной температуры или даже постоянного температурного градиента ни во времени, ни на поверхности. Однако он находится в некотором устойчивом состоянии с солнечной энергией, и это приводит к атмосферному эквиваленту больших водоворотов.
Как поясняется в статье Wiki, в регионах с «воздушной массой» на самом деле поддерживается температура и влажность за счет лежащей в их основе структуры земли и растительности. Согласно этой схеме области воздушных масс также фактически физически отделены друг от друга. Поэтому они будут взаимодействовать только тогда, когда воздух над одним из них приблизится к территории другого. Частью причины этого движения будет вращение Земли и его последствия в обращении.
Теперь по определению регион воздушной массы имеет заданную температуру и влажность. Но влажность на самом деле является мерой воздушно-водяной смеси, поэтому «газ» (т.е. газообразное состояние) в каждом регионе разный. Иными словами, химический состав этих двух регионов различен, как и их температура. Теперь возникает один фактор, который заключается в том, что более влажный воздух менее плотный, чем менее влажный воздух (первоначально обнаруженный, по-видимому, Ньютоном). Другой фактор заключается в том, что влажность (абсолютная и относительная) может удваиваться всего за изменение температуры, приводящее к насыщению или близкому к насыщению. У нас также есть то, что воздух с более низкой температурой может содержать меньше воды, чем воздух с более высокой температурой.
Таким образом, в регионах с различными уровнями (T, H) должно быть термодинамически привлекательно, чтобы они сразу смешивались, и описанный выше сценарий не выглядит многообещающим ... В основном более теплый воздух (будучи менее плотным и, возможно, с большим количеством воды) будет подниматься над более холодным воздухом, а не просто смешиваться. К сожалению, это имеет последствия для тех, кто находится поблизости. Импульс более холодного и плотного воздуха также сохраняет его движение в первоначальном направлении в некоторой степени неповрежденным.
Надеюсь, на других планетах они делают что-то по-другому.
На самом деле они смешиваются, хотя из-за временной шкалы может быть разумным ментальным упрощением относиться к ним так, как будто они не смешиваются. Метеорологи говорят о фронтогенезе и фронтолизе, то есть о создании и гибели погодных фронтов. Фронтов как идеальной ступенчатой функции изменения свойств воздуха на самом деле не существует, но крутые градиенты существуют. Обычно есть некоторое динамическое торможение механического перемешивания, например, более плотный воздух под более легким воздухом. Но даже в этом случае у вас все равно будет работать диффузия, уменьшающая градиенты.
Дэвид З.
пользователь346