Oddziaływania elektromagnetyczne w atmosferze

Cyrkulacja atmosfery

Podobnie jak w przypadku pr

ą

dów oceanicznych, cyrkulacj

ę

atmosfery prze

ś

ledzimy, tak jak gdyby

opisany proces przebiegał w podanej kolejno

ś

ci.

Ziemia posiada wypadkowy ładunek elektrostatyczny ujemny. Pod wpływem elektrostatycznego

przyci

ą

gania ujemnie naładowanej powierzchni Ziemi, z otaczaj

ą

cej przestrzeni kosmicznej, do

atmosfery sprowadzane s

ą

ładunki dodatnie - w efekcie, atmosfera posiada wypadkowy ładunek

dodatni.

Załó

ż

my,

ż

e na pocz

ą

tku atmosfera naładowana jest w całej obj

ę

to

ś

ci ładunkiem o jednorodnej

g

ę

sto

ś

ci i nie wykonuje

ż

adnych ruchów wzgl

ę

dem powierzchni Ziemi - wiruje razem z Ziemi

ą

.

Podczas ruchu obrotowego wykonywanego razem z Ziemi

ą

, na ka

ż

d

ą

cz

ą

stk

ę

powietrza - równie

ż

na

cz

ą

stki posiadaj

ą

ce ładunki elektryczne - działa przyspieszenie do

ś

rodkowe.

Oddziaływanie

przyspieszanych

do

ś

rodkowo ładunków z polem magnetycznym

Ziemi

(oddziaływanie styczne) wywołuje pierwotn

ą

równole

ż

nikow

ą

cyrkulacj

ę

atmosfery, a poniewa

ż

wypadkowy ładunek atmosfery jest dodatni, to na pocz

ą

tku o cyrkulacji atmosfery decyduje

oddziaływanie styczne ładunków dodatnich.

R

ϕ

- odległo

ść

ładunku od osi obrotu Ziemi

B

||

- składowa poosiowa pola magnetycznego

Pod wpływem oddziaływania stycznego w atmosferze

powstaj

ą

trzy

pierwotne

pr

ą

dy

cyrkulacyjne

-

dwa

podbiegunowe wschodnie i jeden równikowy zachodni.
Równocze

ś

nie pojawia si

ę

oddziaływanie poprzeczne

poniewa

ż

ruch naładowanych elektrycznie cz

ą

stek wzgl

ę

dem

pola magnetycznego planety wywołuje efekt poprzecznego
oddziaływania magnetycznego.

V

- wzgl

ę

dna pr

ę

dko

ść

obwodowa.

Poprzeczne oddziaływanie magnetyczne wynosi dodatnio naładowane cz

ą

stki w górne warstwy

atmosfery i w stron

ę

biegunów tworz

ą

c na wysoko

ś

ci 11 do 14 km n.p.m., w pobli

ż

u szeroko

ś

ci

geograficznych

ϕ

+

i

ϕ

-

dwa główne o

ś

rodki wiatrów zachodnich - centra "W". Centra te nazywane s

ą

pr

ą

dami strumieniowymi, a ich poło

ż

enie w tym miejscu stabilizowane jest malej

ą

c

ą

funkcj

ą

wielko

ś

ci

oddziaływania stycznego przy zbli

ż

aniu si

ę

od strony równika do szeroko

ś

ci geograficznych

ϕ

+

i

ϕ

-

.

Zmiana warto

ś

ci oddziaływania stycznego wzdłu

ż

południka Ziemi

W atmosferze, oprócz cz

ą

stek powietrza naładowanych dodatnio, znajduj

ą

si

ę

cz

ą

stki posiadaj

ą

ce

ujemny ładunek elektryczny. Pod wpływem oddziaływania poprzecznego, cz

ą

stki ujemne w pr

ą

dach

wiatrów wschodnich wypychane s

ą

w kierunku biegunów w górne warstwy atmosfery, a poruszaj

ą

ce

si

ę

z pr

ą

dami wiatrów zachodnich przemieszczane s

ą

do powierzchni Ziemi. W ten sposób, wokół

Page 1 of 4

Cyrkulacja atmosfery

2008-05-27

http://www.obserwacje.republika.pl/uwagi/magnet/cyrkulacja.htm

biegunów nad stref

ą

wiatrów wschodnich, oraz przy powierzchni Ziemi pod stref

ą

wiatrów

zachodnich, utrzymuj

ą

si

ę

przestrzenie w których przewa

ż

a ładunek ujemny, najwi

ę

cej w pobli

ż

u

równika. Oddziaływanie styczne działaj

ą

ce w tych strefach na ujemnie naładowane cz

ą

stki powietrza,

tworzy w strefie mi

ę

dzyzwrotnikowej wiatry wiej

ą

ce ze wschodu na zachód - pasaty, a wokół

biegunów w górnych warstwach atmosfery podbiegunowe wiatry zachodnie. Podbiegunowe wiatry
zachodnie wspólnie z zachodnimi wiatrami zwrotnikowymi tworz

ą

jednolit

ą

zachodni

ą

cyrkulacj

ę

górnych warstw atmosfery. W strefie

ś

rednich szeroko

ś

ci geograficznych, wiatry zachodnie si

ę

gaj

ą

do

powierzchni Ziemi.

Z całej przestrzeni wiatrów zachodnich, pod wpływem oddziaływania poprzecznego, dodatnio

naładowane cz

ą

stki powietrza przemieszczane s

ą

w kierunku biegunów, tworz

ą

c wokół biegunów na

styku z ujemnie naładowanymi podbiegunowymi wiatrami zachodnimi "front polarny". Na równiku w
przestrzeni wiatrów wschodnich, oddziaływanie poprzeczne, działaj

ą

c na naładowane cz

ą

stki

powietrza unoszone przez wiatr wschodni, wynosi ujemnie naładowane cz

ą

stki w górne warstwy

atmosfery tworz

ą

c po obu stronach równika równikowe pr

ą

dy wznosz

ą

ce oraz nad równikiem stref

ę

obni

ż

onego ci

ś

nienia - ni

ż

równikowy. Do strefy tej, z północy i z południa, zasysane jest powietrze z

przypowierzchniowej warstwy ujemnie naładowanych wiatrów wschodnich. W ten sposób po obu
stronach równika wiatry wschodnie uzyskuj

ą

odchylenie w kierunku równika co jest charakterystyczn

ą

cech

ą

pasatów. Intensywny, wspomagany konwekcj

ą

termiczn

ą

, pionowy ruch do góry ujemnie

naładowanych cz

ą

stek w równikowych pr

ą

dach wznosz

ą

cych w oddziaływaniu z ziemskim polem

magnetycznym (oddziaływanie poprzeczne) wyhamowuje na równiku wiatr wschodni i w ten sposób
powstaje "równikowa strefa ciszy" w której wiatry wschodnie posiadaj

ą

bardzo mał

ą

pr

ę

dko

ść

.

Wiatry w atmosferze -

wg Encykl. Fizyki Współczesnej PWN 1983

"Pionowo-południkowy przekrój przez troposfer

ę

półkuli północnej przedstawiaj

ą

cy

ś

redni

ą

cyrkulacj

ę

równole

ż

nikow

ą

w zimie. Pr

ę

dko

ść

cyrkulacji scharakteryzowano

za pomoc

ą

izotach (linie jednakowej pr

ę

dko

ś

ci zachodniej) - w m/s."

Do pełnego opisu cyrkulacji atmosfery potrzebne jest jeszcze wyja

ś

nienie istoty "frontu polarnego" i

zjawiska trwałego wy

ż

u polarnego utrzymuj

ą

cego si

ę

nad biegunami.

Strumienie naładowanych elektrycznie cz

ą

stek tworz

ą

wokół siebie pola magnetyczne, takie jakie

powstaj

ą

wokół przewodników z pr

ą

dem.

Page 2 of 4

Cyrkulacja atmosfery

2008-05-27

http://www.obserwacje.republika.pl/uwagi/magnet/cyrkulacja.htm

Wokół strumieni z przeciwnymi ładunkami ("+" i "-"), poruszaj

ą

cymi si

ę

w tym samym kierunku

(wiatry zachodnie), powstaj

ą

przeciwne pola magnetyczne - o przeciwnych zwrotach, które si

ę

wzajemnie odpychaj

ą

, utrudniaj

ą

c mieszanie si

ę

ładunków - istota "frontu polarnego". Natomiast,

zaciskanie wokół biegunów strumienia ujemnie naładowanych wiatrów przez dodatnio naładowane
wiatry zachodnie wywołuje efekt spr

ęż

ania nad biegunem ujemnie naładowanego powietrza -

zjawisko wy

ż

u polarnego.

W rzeczywisto

ś

ci, fronty wokół biegunów nie tworz

ą

ci

ą

głej (szczelnej) struktury - s

ą

poprzerywane,

co umo

ż

liwia wymian

ę

powietrza o przeciwnych ładunkach elektrycznych znajduj

ą

cych si

ę

po obu

stronach frontu.

Główne stacjonarne fronty atmosferyczne -

wg Encyklopedia Fizyki PWN 1972

W - wy

ż

atmosferyczny, N - ni

ż

atmosferyczny, I - pacyficzny front polarny, II - pacyficzny front arktyczny, III -

atlantycki front polarny, IV - atlantycki front arktyczny, V - front

ś

ródziemnomorski, VI - kontynentalne fronty polarne -

zachodni i wschodni.

Wzdłu

ż

linii frontów atmosferycznych powstaj

ą

, na przemian, pogodowe wy

ż

e i ni

ż

e atmosferyczne,

decydyj

ą

ce o pogodzie na obszarze wyst

ę

powania. Te układy wy

ż

owe i ni

ż

owe przemieszczaj

ą

si

ę

z

zachodu na wschód zgodnie z ogóln

ą

cyrkulacj

ą

atmosfery, jednak w obszarze wy

ż

u lub ni

ż

u

powietrze wykonuje dodatkowy ruch wirowy, wokół centrum wy

ż

u w prawo - zgodnie z kierunkiem

ruchu wskazówek zegara, a wokół centrum ni

ż

u w lewo - przeciwnie do kierunku ruchu wskazówek

zegara. Oczywi

ś

cie, na półkuli południowej kierunki wirowania wy

ż

ów i ni

ż

ów s

ą

dokładnie odwrotne!

Nie wnikaj

ą

c w mechanizm powstawania naprzemiennie o

ś

rodków wy

ż

owych i ni

ż

owych, zjawisko ich

wirowania mo

ż

na bardzo prosto wyja

ś

ni

ć

oddziaływaniem ujemnych ładunków elektrycznych

znajduj

ą

cych si

ę

w atmosferze z polem magnetycznym planety.

Page 3 of 4

Cyrkulacja atmosfery

2008-05-27

http://www.obserwacje.republika.pl/uwagi/magnet/cyrkulacja.htm

W ni

ż

u wyst

ę

puje zjawisko zasysania powietrza do centrum ni

ż

u. Zasysane powietrze pochodzi z

przypowierzchniowej warstwy (z nad powierzchni Ziemi) i posiada ujemny ładunek elektryczny, - je

ż

eli

ni

ż

utworzył si

ę

w strefie wiatrów zachodnich. Oddziaływanie ujemnych ładunków elektrycznych,

dopływaj

ą

cych do centrum ni

ż

u, z polem magnetycznym planety (oddziaływanie poprzeczne),

wywołuje ruch wirowy powietrza wokół centrum ni

ż

u - w lewo na półkuli północnej i w prawo na półkuli

południowej. O kierunku wirowania decyduje zwrot linii sił pola magnetycznego. W wy

ż

u, je

ż

eli

powstał w strefie podbiegunowych wiatrów zachodnich, powietrze dopływaj

ą

ce do powierzchni Ziemi

posiada ujemny ładunek elektryczny który rozprzestrzeniaj

ą

c si

ę

od centrum wy

ż

u, oddziaływuje z

polem magnetycznym planety wywołuj

ą

c ruch wirowy powietrza wokół centrum wy

ż

u - w prawo na

półkuli północnej i w lewo na półkuli południowej.

Nakre

ś

lony obraz cyrkulacji atmosfery i wyja

ś

nienia zjawisk atmosferycznych nie uwzgl

ę

dniaj

ą

wpływu konwekcji termicznej. Zało

ż

ono

ż

e zasadnicz

ą

rol

ę

w cyrkulacji atmosfery odgrywaj

ą

oddziaływania elektromagnetyczne, a Sło

ń

ce jedynie przesuwa cały układ, zale

ż

nie od pory roku,

troch

ę

na północ lub na południe. Mimo to obraz jest bardzo zbli

ż

ony, a cz

ę

sto zgodny z

obserwacjami, pomimo

ż

e

ż

adne dotychczas obserwacje atmosfery nie były prowadzone z

uwzgl

ę

dnieniem oddziaływa

ń

elektromagnetycznych.

Page 4 of 4

Cyrkulacja atmosfery

2008-05-27

http://www.obserwacje.republika.pl/uwagi/magnet/cyrkulacja.htm