Кандидат физико-математических наук Анастасия Макарьева.
Ветер, дующий с океана,
приносит влагу на сушу. Эта влага конденсируется в зонах пониженного
давления, затягивая воздух из прилегающих областей.
Более трёхсот лет назад Галлей, известный главным
образом благодаря открытой им комете, предложил объяснять возникновение
ветра действием архимедовой силы при перепаде температуры: тёплый и
лёгкий воздух поднимается, тяжёлый и холодный — опускается.
Международная группа исследователей, в которую вошли сотрудники
Петербургского института ядерной физики, предложила принципиально новый
физический механизм образования ветра в земной атмосфере.
Потоки газов возникают при перепадах (градиентах) давления. Давление
воздуха уменьшается с высотой, образуя вертикальный градиент давления,
однако он не создаёт ветра. Работу, производимую при движении воздуха
этим градиентом давления, в точности компенсирует противоположная по
знаку работа силы тяжести, и воздух находится в равновесном состоянии.
Влажный воздух, поднимаясь, охлаждается, и водяной пар
конденсируется. Поэтому давление водяного пара с высотой падает быстрее,
чем этого требует условие равновесия. При этом работа, совершаемая
градиентом давления над влажным воздухом при его подъёме, в несколько
раз превышает работу силы тяжести, действующей на водяной пар. Именно
эта разница и создаёт ветер в земной атмосфере. Неравновесное
вертикальное распределение водяного пара можно сравнить со сжатой
пружиной, которая распрямляется при подъёме влажного воздуха, приводя
его в движение. Поэтому конденсационная мощность, связанная с
вертикальным подъёмом воздуха, в соответствии с законом сохранения
энергии переводится в мощность горизонтальных ветров.
Мощность атмосферной циркуляции определяется локальной скоростью
конденсации и, следовательно, осадками. Количественная оценка мощности
глобальной циркуляции воздуха, полученная на основе новой теории,
прекрасно совпала с накопленными данными наблюдений (о мощности ветровой
циркуляции можно независимо судить по наблюдаемым горизонтальным
градиентам давления и скоростям ветра).
В области конденсации возникает зона пониженного давления,
затягивающая воздух из прилегающих областей. На суше такие устойчивые
зоны пониженного давления создаются обширными лесами: влага сохраняется в
лесной почве, испаряется с поверхности почвы и листьев и конденсируется
над пологом леса. При этом возникает ветер, приносящий влагу с океана.
Важнейшее следствие нового механизма формирования ветра —
переосмысление роли лесов в переносе влаги с океана на сушу. Этот
перенос компенсирует речной сток воды обратно в океан. Уничтожение лесов
приводит к обезвоживанию и опустыниванию суши и представляет собой
гораздо большую угрозу для климата, чем предполагает современная
климатология (об этом см. также «Наука и жизнь» № 8, 2009 г.).
Новая теория вызвала бурную дискуссию в научном сообществе. Статья,
отправленная в журнал «Atmospheric Chemistry and Physics» («Атмосферная
химия и физика»), находилась на рецензировании более двух с половиной
лет. В итоге редакционная коллегия журнала приняла к печати статью,
снабдив её комментарием редактора. В нём подчёркивается, что публикацию
«совершенно нового взгляда на движущую силу атмосферной динамики»
следует рассматривать как «призыв к дальнейшему развитию» представленных
авторами положений.
SV Ukraine
