DINAMICA AERULUI

DINAMICA AERULUI

1. Presiunea aerului

Atmosfera se mentine in jurul Pamantului datorita fortei de atractie gravitationala a acestuia si apasa asupra lui prin greutatea proprie. Aceasta forta de apasare a aerului pe suprafata terestra se numeste presiune atmosferica sau presiunea aerului atmosferic.

Presiunea medie a aerului exercitata pe o suprafata de 1 cm², in situatia temperaturii aerului egala cu 0ºC, la latitudinea de 45º si nivelul 0 al marii este egala cu presiunea exercitata de o coloana de mercur (Hg) inalta de 760 mm cu sectiunea de 1 cm². Aceasta valoare este considerate presiunea atmosferica normala si este egala cu 1033,3 gr,f/cmp. Ea se exprima in mm Hg (milimetri coloana de mercur), in mbar sau mb (milibari).

Presiunea totala a atmosferei este de 52 10¹⁴ t.f, in timp ce asupra unui om de inaltime medie este echivalenta cu 17 000 t.f.

Ca orice element meteorologic, presiunea aerului prezinta variatii, care sunt determinate de incalzirea inegala a suprafetei terestre, de deplasarea si schimbul maselor de aer in cadrul circulatiei generale a aerului atmosferic si de cauze strict locale. Pot fi temporale spatiale, periodice si neperiodice (accidentale sau perturbatii). Presiunea atmosferica variaza conform gradientului baric, orizontal sau vertical, care reprezinta cresterea sau descresterea presiunii atmosferice intre izobare⁴. Cu cat valoarea gradientului baric este mai mare, sau mai mica, cu atat scade sau create mai rapid sau mai lent presiunea atmosferica.

Variatiile presiunii atmosferice sunt foarte importante in meteorologie si sunt analizate zilnic in serviciile de prognoza a vremii. Se intocmesc harti speciale prin intermediul izobarelor in care apare tendinta barica (barometrica), se delimiteaza nucleele de scadere sau crestere a presiunii numite nuclee izalobarice. Aceste variatii barice stau la baza aprecierii deplasarii maselor de aer, trasarii liniilor de separatie dintre mase de aer diferite si, astfel, se poate prevedea daca vremea ramane neschimbata, daca se amelioreaza (tendinta barica este in crestere) sau daca se inrautateste (tendinta barica este in scadere).

Linii ce unesc puncte cu aceeasi valoare a presiunii atmosferice

1.1. Variatiile temporale

Sunt periodice, zilnice si anuale si neperiodice sau accidentale.

1.11.Variatiile periodice zilnice

Se mai numesc diurne si se petrec in timpul a 24 ore, cat are o zi. Ele prezinta o dubla oscilatie, cu doua maxime in jurul orelor 10 si 22 si doua minime in jurul orelor 4 si 16 (fig. 55).

Fig. 55. Regimul diurn al presiunii atmosferice la diferite latitudini. Sursa: Dumitrescu, 1973

Diferenta dintre maxima de dimineata si minima de dupa amiaza se numeste amplitudine zilnica a presiunii, iar cea dintre maxima de seara si minima de dimineata se numeste amplitudine nocturna a presiunii. Aceste amplitudini depind de latitudine (in zona intertropicala sunt mai mari, 3-4 mb, scad spre zonele temperate, 0 -06 mb, iar la poli sunt neglijabile). La latitudinile temperate si polare, activitatea intensa a sistemelor barice principale (cicloni si anticicloni) perturbeaza variatiile periodice ale presiunii atmosferice.

Dubla oscilatie diurna a presiunii poate fi de natura termica sau dinamica. Variatia diurna a presiunii este influentata si de caracterul suprafetei active (apa, uscat, altitudinea reliefului). De exemplu, in zonele inalte montane, nu se mai inregistreaza minima de zi din cauza

convectiei puternice care transporta mari cantitati de aer catre zonele inalte (fig. 56). In regiunile joase, de campie, situatia se prezinta invers (fig. 57).

1.1.2.Variatiile periodice anuale

Depind de latitudine, anotimp, natura suprafetei active (continente, oceane). La ecuator se formeaza o zona cu presiune scazuta (759-757 mm Hg) numita talveg depresionar, incadrat la N si S de zone cu presiune ridicata numite centuri subtropicale de inalta presiune, pana la 30º latitudine N si S, dupa care urmeaza doua centuri de presiune coborata care se extind catre zonele arctice si antarctice (739 mmHg). Dincolo de acestea, in zonele polare, apar centre permanente de inalta presiune (anticicloni mobili polari-A.M.P. din teoria circulatei Leroux, 1996). Legat de anotimp si de existenta apa -uscat, deasupra continentelor apare un maximum iarna si un minimum vara, deasupra oceanelor situatia fiind inversa. In altitudine, variatia presiunii depinde de gradientul termic vertical care are un rol important in repartitia altitudinala sezoniera a presiunii atmosferice. In regiunile de campie, maximum barometric se inregistreaza in perioada rece a anului, iar in regiunile inalte montane, in perioada calda a anului (fig. 58).

In functie de acesti factori se disting patru tipuri fundamentale de variatie anuala a presiunii atmosferice:

continental

oceanic

polar si subpolar montan

Tipul continental este bine evidentiat deasupra continentelor cu mare extensiune geografica din zona temperata (Europa, Asia, America de Nord). In timpul iernii, racirea aerului permite formarea unor vaste arii anticiclonale de presiune scazuta, iar in timpul verii, incalzirea accentuata a uscatului si temperatura ridicata a aerului duc la formarea unor arii de minima presiune. Astfel, in tipul continental de distributie anuala a presiunii aerului se inregistreaza un maximum iarna si un minimum vara. O astfel de distributie este specifica i i periferiei continentului asiatic, unde exista o intensa circulate musonica. Amplitudinea medie anuala (diferenta dintre maxima si minima) este foarte mare, de 37 mbar in Asia Centrala.

Tipul oceanic prezinta doua variante in functie de latitudine. La latitudini tropicale este slab evidentiat cu amplitudini ce nu depasesc 2-3 mbar. In regiunile temperate, se caracterizeaza printr-o distributie aproximativ inversa tipului continental prezentand o dubla variatie, cu doua maxime, vara si iarna, si doua minime, toamna si primavara. Amplitudinea medie anuala este mai mica decat in tipul continental, osciland intre 5 mbar si 6 mbar. In regiunile polare apar o maxima barometrica la inceputul verii si o minima iarna. Amplitudinea medie anuala oscileaza in jurul valorii de 19 mbar.

Tipurile polar si subpolar prezinta o maxima primavara si o minima iarna, cand predomina o intensa activitate ciclonica. Amplitudinea medie anuala este destul de ridicata, 5-12 mbar.

Tipul montan se caracterizeaza printr-o maxima in timpul verii, cu gradienti barici verticali mai mici si o minima iarna, cu gradienti barici verticali mai mari.

1.1.3. Variatiile temporale neperiodice

Se mai numesc si perturbatii si pot aparea de la o zi la alta determinate de temperatura aerului si de activitatea sistemelor barice (cicloni si anticicloni mobili).

In cadrul acestei variatii neperiodice a presiunii atmosferice se inregistreaza valori extreme. Pe glob maxima absoluta (1078,3 mb) s-a inregistrat in luna ianuarie a anului 1990 la Barnaul in Siberia (Anticiclonul Siberian), iar valoarea minima absoluta (884 mb) la Murato in Japonia, in septembrie 1934 (in timpul unui taifun).

In tara noastra extremele barice sunt cuprinse intre 1059,4 mb la Sulina in 24 ianuarie 1907 si 980 mb in 12 martie 1930 in centrul tarii.

1.2. Variatiile spatiale

In spatiu presiunea atmosferica variaza in plan vertical si orizontal.

1.2.1. Variatia presiunii cu inaltimea

Presiunea atmosferica scade cu inaltimea, deoarece masa atmosferei se diminueaza prin rarefierea aerului (fig. 59). Scaderea este mai rapida in atmosfera inferioara unde aerul este mai dens si mai lenta in straturile superioare unde densitatea aerului este mai mica. Presiunea scade mai repede intr-o masa de aer rece decat in una calda.

Deci in zona intertropicala gradientul termic vertical fiind mai mare decat in zonele polare, izobarele inclina de la tropice spre pol. Presiunea se reduce la jumatate la altitudinea de 5500 m si scade de 10 ori comparativ cu nivelul marii la inaltimea de 18 400 m.

1.2.2.Variatia presiunii aerului pe orizontala

Aceasta variatie este legata de incalzirea diferita a suprafetei terestre si de deplasarea maselor de aer. Distributia presiunii atmosferice se realizeaza pe harti geografice pe care se inscriu izobarele pentru hartile de la suprafata solului si hartile suprafetelor izobarice la diferite niveluri standard din atmosfera libera. Pe harti izobarele sunt reprezentate prin linii curbe inchise sau deschise asemanatoare curbelor de nivel care redau la sol relieful, hartile respective numindu-se harti ale reliefului baric, campului baric sau harti ale topografiei barice (fig.60).

Fig. 60. Harta reliefului baric Sursa: Mahara, 2001

Principalele forme barice sunt: ciclonii si anticiclonii⁵, care pun in miscare aerul atmosferic, motiv pentru care se mai numesc si centrii de actiune ai atmosferei. Ei sunt reprezentati pe harti prin linii curbe inchise. Formele barice secundare sunt redate prin linii curbe deschise: talvegul depresionar, culoarul depresionar, dorsala anticiclonica , saua barometricd, campul de presiune uniformd sau marea (mlastina) barometricd si apar pe harti intre formele barice principale (fig. 61).

Ciclonul sau minimum barometric (D) este forma barica cu presiune scazuta in care valorile scad de la periferie catre centru. Intr-un ciclon, in plan orizontal, curentii de aer sunt convergenti (de la periferie spre centru), iar in plan vertical, suprafetele izobarice se curbeaza in jos, iar miscarea aerului se face ascendent, in sensul invers acelor de ceas.

Fig. 61. Forme ale reliefului baric. a) anticiclon; b) anticicloni cu sa barica

intre ei; c) ciclon; d) anticicloni cu talveg depresionar intre ei; e) dorsala

anticiclonica. Sursa: Mahara, 2001

Anticiclonul sau maximum barometric (M) este forma barica opusa depresiunii si reprezinta o arie cu presiune ridicata in care valorile cresc de la periferie catre centru. Suprafetele izobarice se curbeaza in sus, iar curentii aerieni sunt divergent, in plan orizontal, si descendenti, in plan vertical.

Talvegul depresionar este o prelungire a unui ciclon reprezentat pe harti prin izobare deschise, situat intre doi anticicloni. Prezinta o axa centrala de-a lungul careia presiunea atmosferica este cea mai scazuta. Se deosebesc talvegul frontal, reprezentat printr-o forma apropiata de litera V, cu varful aproape intotdeauna orientat spre ecuator, asociat cu un front cald, rece sau oclus, si talvegul nefrontal, cu o forma apropiata de litera U.

Culoarul depresionar este o regiune cu presiune scazuta, mult mai larga si mai lunga decat talvegul, ce leaga doi cicloni principali marginiti de o parte si de alta de valori ridicate de presiune.

Dorsala anticiclonica este o forma barica alungita rezultata din prelungirea unui anticiclon, in forma literei U sau V situata intre doua zone cu presiune scazuta. Prezinta o axa de simetrie in lungul careia presiunea are valoarea cea mai ridicata. Tipica este dorsala anticiclonului siberian, care iarna produce geruri puternice si in sud-estul Romaniei.

Saua barometrica este cuprinsa intre doua talveguri depresionare si doua dorsale anticiclonice sau intre doi cicloni sau doi anticicloni asezati fata in fata. Din centrul seii presiunea scade spre cele doua minime si create catre cele doua maxime. Gradientul sau baric orizontal este mic, ceea ce determina vanturi slabe si cu directii schimbatoare.

Marea barometrica este un camp de presiune relativ uniform, cu valori apropiate de presiunea normala, situatie rar intalnita in natura.

2. Vantul

2.1. Definitie si genezd

Vantul reprezinta deplasarea in sens orizontal a aerului datorita diferentelor de presiune. Se mai numeste si miscare advectiva, spre deosebire de miscarea verticala a aerului care formeaza curentii atmosferici convectivi, ascendenti sau descendenti. Inegala repartitie a presiunii atmosferice se datoreaza unor cauze termice si dinamice. Diferentele de temperatura creeaza densitati diferite ale aerului care atrag diferente de presiune - maxime si minime barometrice. Aerul se deplaseaza intotdeauna de la centrele de presiune maxima catre cele cu presiune minima. Deplasarea aerului se face pana cand diferenta de presiune dintre doua regiuni se echilibreaza si apare calmul atmosferic.

Existenta curentilor de aer din atmosfera determina diversitatea fenomenelor meteorologice si schimbarile de vreme. Vantul ca element meteorologic tinde sa egalizeze diferentele de temperatura, presiune si umezeala existente in atmosfera.

2.2. Fortele care actioneazd asupra aerului in miscare

Sunt: forta gradientului baric orizontal, forta Coriolis, forta de frecare ^i forta centrifuga.

2.2.1. Forta gradientului baric orizontal

Reprezinta scaderea presiunii pe unitatea de distanta in directie perpendiculara pe izobare. Pe harti el este indicat prin sageti orientate totdeauna dinspre zona cu presiune ridicata spre cea cu presiune scazuta (fig. 62). Valoarea sa este invers proportionala cu distanta dintre izobare, cu cat izobarele sunt mai dese cu atat gradientul este mai puternic, schimbarea de presiune este brusca si viteza vantului este mare. In situatia unor izobare distantate mult, gradientul baric este mic si viteza vantului mica.

Fig. 62. Gradientul baric orizontal si directia vanturilor de suprafata in functie de dispunerea izobarelor.Sursa: Mahara, 2001

2.2.2. Forta Coriolis

Numita si forta deviatoare a miscarii de rotatie sau forta de abatere arata ca orice corp aflat in miscare libera sufera o abatere spre dreapta in emisfera nordica si spre stanga in cea sudica. Aceasta forta actioneaza perpendicular pe directia de miscare a aerului si nu schimba viteza ci numai directia vantului care bate oblic fata de izobare (fig. 63).

Fig. 63. Devierea vantului de suprafata in emisfera nordica Sursa: Estienne, Godard, citati de Mahara, 2001

Forta de frecare

Este forta care actioneaza in apropierea suprafetei terestre si care tinde sa reduca viteza vantului. Ea actioneaza in stratul de 0 - 1000 m (strat de frecare) si este mai mare la suprafata terestra si scade treptat catre inaltimea de 1000 m, care se numeste nivelul de frecare. La inaltimi mai mari unde lipseste forta de frecare actioneaza numai forta gradientului baric si cea de abatere, care sunt de sens contrar, iar vantul bate paralel cu izobarele. Acest tip de vant se numeste de gradient. In cazul in care izobarele sunt paralele si rectilinii se formeaza un vant geostrofic, iar in cazul izobarelor circulare (in ciclon si anticiclon) asupra vantului de gradient geostrofic actioneaza forta centrifuga, iar vantul se numeste geociclostrofic.

Forta centrifuga

Apare numai in cazul in care deplasarea aerului se face pe traiectorii curbilinii. In cazul maximului barometric forta centrifuga are ca efect cresterea vitezei vantului, in timp ce in cazul minimului barometric are ca efect scaderea vitezei.

2.3. Elementele caracteristice vantului

Sunt: directia, viteza, intensitatea, durata si structura. 2.3.1. Directia

Se stabileste in functie de punctul cardinal s^ intercardinal dinspre care bate vantul. Se foloseste roza vanturilor. In aeronautica pentru o precizie mai mare se utilizeaza azimutul vantului, adica unghiul format intre directia vantului cu directia nord. El se exprima in grade sexagesimal de 0 la 360, º n sensul de rotire al acelor de ceas, 0º este directia N, 90º grade E, 180 S si 270º V.

Directia vantului prezinta o variatie diurnd si una anuald in functie de conditiile orografice si de modul diferit de repartitie a presiunii intre diferitele forme de relief. Dimineata bate dinspre est, la pranz dinspre sud, seara dinspre vest, iar noaptea dinspre nord. Acest lucru se produce in straturile inferioare ale troposferei. La inaltime situatia este inversata, rotirea este spre stanga. In oras directia vantului este orientata in functie de reteaua stradala, canalizandu-se de-a lungul marilor bulevarde.

SINAIA BUCURESTI-FILARET BUCURESTI-BANEASA

Fig. 64. Reprezentarea grafica a directiei vantului (roza vanturilor) Sursa: Dumitrescu, 1973

Variatia anuala depinde de circulatia generala a atmosferei si de factorii locali. Dupa directie sunt: vanturi permanente cu aceeasi directie (alizee, vanturile de vest), periodice care isi schimba directia la intervale egale de timp (musonii), vanturi neregulate care apar la intervale de timp inegale si cu directii diferite. Pentru aprecierea grafica a directiei vantului se foloseste roza vanturilor (fig. 64).

2.3.2. Viteza vantului

Este distanta parcursa in unitatea de timp. Se exprima in m/s sau km/h (1 m/s = 3,6 km/h, iar 1 km/ora = 0,278 m/s). Prezinta ca si directia o variatie diurna si anuala. In troposfera inferioara se inregistreaza un maximum dupa amiaza si un minimum noaptea. Amplitudinea variatiei zilnice este mai mare vara decat iarna si mai mare pe timp senin decat pe timp noros. Variatia anuala depinde de particularitatile climei si de conditiile locale. In emisfera nordica la latitudini temperate, pe continente viteza cea mai mica este iarna in regim anticiclonic, iar cea mai mare primavara. Viteza vantului create o data cu inaltimea datorita disparitiei fortei de frecare.

Se reprezinta grafic tot prin intermediul rozei vanturilor ca si directia.

2.3.3. Intensitatea sau taria vantului

Este presiunea exercitata de aerul deplasat de vant asupra obiectelor aflate in calea lui. Se apreciaza pe baza efectelor pe care le produce asupra mediului, folosindu-se scara Beaufort, cu valori de la 0 la 12, de la calm atmosferic la ciclon tropical, care indica gradul de tarie, viteza corespunzatoare si efectele asupra obiectelor intalnite in cale.

2.3.4. Durata vantului

Este intervalul de timp scurs de la inceperea vantului pana la incetarea lui. Ea depinde de valoarea diferentei de presiune dintre doua regiuni geografice. Dupa durata vanturile se clasifica in

temporare si permanente, de scurtd durata si de lungd durata.

2.3.5. Structura vantului

Este determinate de inconstanta directiei si vitezei acestuia. Dupa structura, vanturile se impart in: laminare, turbulente si in rafale (fig. 65 a, b, c).

Fig. 65. Tipuri de structura a vantului inregistrate pe anemograma: a) vant

laminar; b) vant turbulent; c) vant in rafale

Sursa: Mahara, 2001

Vantul laminar se realizeaza cand aerul se deplaseaza lent cu viteze mici si uniform, sub forma de unde paralele, fara a-si modifica directia si viteza. Astfel de structura este specifica suprafetelor de teren netede unde frecarea este mica (campii).

Vantul turbulent se caracterizeaza prin oscilatii mari ale vitezei si directiei la intervale mici de timp. Prin frecarea de suprafata terestra se formeaza frecvent vartejuri sau turbioane. Apare pe terenuri accidentate sau cu numeroase obstacole (turbulenta dinamica), iar in timpul zilei datorita incalzirii diferite a scoartei terestre (turbulenta convectiva).

Vantul in rafale este acela la care directia si viteza prezinta oscilatii mari la intervale foarte scurte de timp (5-10 minute sau chiar mai putin).

2.4. Clasificarea vanturilor

Vanturile se clasifica dupa urmatoarele criterii: frecventa, natura lor, zonele de actiune, altitudinea.

Dupa frecventa

In functie de acest criteriu exista vanturi permanente, periodice, neregulate. Vanturile permanente cele mai cunoscute sunt alizeele, ce bat in zona intertropicala si vanturile de vest. Vantul cu frecventa cea mai mare intr-o anumita regiune se numeste vant dominant, care bate cel mai mult dintr-o anumita directie.

Dupa altitudine

Vanturile se impart in urmatoarele categorii: de suprafata, de altitudine, curenti ascendenti si descendenti de panta (vanturi catabatice).

2.4.3 Dupa natura si zonele de actiune

Exista vanturi ca rezultat al circulatiei generale a atmosferei si vanturi ale circulatiei locale¹

Vanturile locale sunt determinate de conditiile fizico-geografice locale care genereaza contraste barice diurne sau sezoniere sub influenta regimului termic al uscatului si apei. Se manifesta pe suprafete restranse si sunt vanturi calde (foehnul), reci (bora) si periodic-reversibile (brizele).

Vanturile locale calde. Foehnul este un vant local cald descendent (catabatic) care se formeaza in regiunea montana, acolo unde o culme muntoasa desparte o maxima de o minima barica. Tipic in Alpii elvetieni, mai apare in Caucaz, Altai, Anzi (Zonda), Cordilierii nord-americani (chinook), pe tarmurile Groenlandei, in Australia de est si la noi in tara pe versantul nordic al Muntilor Fagaras si Parang (Vantul Mare), pe versantul sud-vestic al Muntilor Tarcu, Retezat si Semenic spre Banat (Cosava), pe versantii estici ai Apusenilor, estul Carpatilor Orientali si in Carpatii si Subcarpatii de Curbura.

Alte vanturi locale calde: Sirroco deasupra nordului Africii si in bazinul Mediteranei, Khamsinul in nordul Egiptului poarta praf si nisip din Sahara, Harmatanul dinspre Sahara spre coastele Nigeriei, Suhoveiul in stepa ucraineana pana in Baragan.

Vanturi locale reci sunt catabatice (descendente) puternice in care masele de aer descendente nu se incalzesc suficient. Se formeaza in regiunile de munte, unde aerul rece se localizeaza pe platourile inalte, se pravaleste brusc ca niste cascade spre apele mai calde ale zonelor litorale.

Bora actioneaza in Alpii Dinarici si Podisul Karst atunci cand in Marea Adriatica se formeaza o minima barometrica. Are viteze foarte mari producand pagube materiale.

Vanturi de tip Bora mai apar in Caucaz, pe tarmul rasaritean al Marii Negre, in regiunea Novorosiisk, pe tarmul Lacului Baikal. Mistralul este un vant orografic descendent rece care bate primavara si iarna dinspre Masivul Central Francez, acoperit cu zapada, pe valea Rohnului spre Marea Mediterana, intre Corsica si Baleare. Are efecte negative puternice asupra culturilor de citrice si vita de vie. In Romania exista Crivatul si Nemira o ramura a Crivatului care coboara dinspre Carpatii Orientali spre Depresiunile Brasov si Ciuc, iarna si la inceputul primaverii cand provoaca viscole.

Vanturi locale periodic-reversibile In aceasta categorie intra brizele care pot fi de munte si de mare. Apar datorita diferentelor de incalzire si de presiune dintre vale si culme (la cele de munte) si dintre uscat si mare (la cele marine). Brizele de munte sunt de doua feluri: briza de vale (ziua) cu aparitia convectiei termice si a norilor cumuliformi si briza de munte descendenta (noaptea). Brizele marine sunt: de mare (ziua) si de uscat (noaptea). Ele creeaza climate locale de litoral maritim.