Êîíäåíñàöèîííàÿ ìîùíîñòü öèðêóëÿöèè âîçäóõà ïðè ãîðèçîíòàëüíîì ãðàäèåíòå òåìïåðàòóðû ∗ Â. Ã. Ãîðøêîâ, À. Ì. Ìàêàðüåâà, À. Â. Íåô¼äîâ Physics Letters A 378 (2014) 294-298. doi: http://dx.doi.org/10.1016/j.physleta.2013.11.019 Àííîòàöèÿ Èç óñëîâèé âûïîëíåíèÿ ãèäðîñòàòè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ è çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè ïîëó÷åíî îáùåå âûðàæåíèå äëÿ ìîùíîñòè öèðêóëÿöèè âîçäóõà, âûçâàííîé êîíäåíñàöèåé âîäÿíîãî ïàðà, ïðè íàëè÷èè ãîðèçîíòàëüíîãî ãðàäèåíòà òåìïåðàòóðû. Ïîêàçàíî, ÷òî íàéäåííîå âûðàæåíèå äëÿ ìîùíîñòè öèðêóëÿöèè ñîãëàñóåòñÿ ñ óðàâíåíèåì íåïðåðûâíîñòè. Îïðåäåëåíî âîçäåéñòâèå îáðàçóþùèõñÿ ïðè êîíäåíñàöèè êàïåëü íà âåëè÷èíó êîíäåíñàöèîííîé ìîùíîñòè. Ïðîâåäåíî ñðàâíåíèå òåîðåòè÷åñêèõ ðåçóëüòàòîâ ñ äàííûìè íàáëþäåíèé. 1 Ââåäåíèå Ôàçîâûå ïåðåõîäû âîäÿíîãî ïàðà â âîçäóõå ïðèâîäÿò ê ïåðåïàäàì äàâëåíèÿ âîçäóõà è âîçíèêíîâåíèþ ãðàäèåíòîâ äàâëåíèÿ, âûçûâàþùèõ öèðêóëÿöèþ âîçäóõà. Êîíäåíñàöèÿ íàñûùåííîãî âîäÿíîãî ïàðà ïðîèñõîäèò ïðè ïîäú¼ìå âëàæíîãî âîçäóõà, ñîïðîâîæäàþùåìñÿ åãî îõëàæäåíèåì, à òàêæå ïðè ãîðèçîíòàëüíûõ ïîòîêàõ âëàæíîãî âîçäóõà â îáëàñòè ïîíèæåíèÿ òåìïåðàòóðû. Óñëîâèå ãèäðîñòàòè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ íå äîïóñêàåò ðàçâèòèÿ áîëüøèõ âåðòèêàëüíûõ ñêîðîñòåé ïîäú¼ìà è ïåðåâîäèò âñþ ðàçâèâàåìóþ ïðè ïîäú¼ìå ìîùíîñòü êîíäåíñàöèè â ìîùíîñòü ãîðèçîíòàëüíîãî âåòðà [13]. Äèññèïàöèÿ ãîðèçîíòàëüíîãî âîçäóøíîãî ïîòîêà ïðè òðåíèè î çåìíóþ ïîâåðõíîñòü ïðèâîäèò ê âèõðåâûì ïîòîêàì, îáðàçóþùèì òóðáóëåíòíóþ äèôôóçèþ, êîòîðàÿ óñèëèâàåò èñïàðåíèå è ðàñïðåäåëåíèå èñïàðèâøåãîñÿ âîäÿíîãî ïàðà â âîçäóõå. Ïîýòîìó ïðè äâèæåíèè âîçäóõà â îáëàñòü ïîâûøåíèÿ òåìïåðàòóðû è äîñòàòî÷íîé äëÿ óâåëè÷åíèÿ èñïàðåíèÿ âëàæíîñòè ðîñò ïàðöèàëüíîãî äàâëåíèÿ âîäÿíîãî ïàðà, âûçâàííîãî èñïàðåíèåì, ìîæåò ñóùåñòâåííî òîðìîçèòü è äàæå ïîëíîñòüþ îñòàíîâèòü êîíäåíñàöèîííóþ öèðêóëÿöèþ âîçäóõà.  ýòîé ðàáîòå ðàññìîòðåí îáùèé ôèçè÷åñêèé ïðèíöèï è îñíîâíîå óðàâíåíèå, îïðåäåëÿþùåå ìîùíîñòü êîíäåíñàöèîííîé öèðêóëÿöèè âîçäóõà. Ïîêàçàíî, ÷òî ýòî îñíîâíîå óðàâíåíèå ñîãëàñóåòñÿ ñ óðàâíåíèÿìè íåïðåðûâíîñòè âîçäóõà â ïðèñóòñòâèå ôàçîâûõ ïåðåõîäîâ âîäÿíîãî ïàðà. Ïîêàçàíî òàêæå, ÷òî îáðàçîâàíèå êàïåëü ïðè êîíäåíñàöèè óìåíüøàåò ìîùíîñòü êîíäåíñàöèîííîé öèðêóëÿöèè â ñðåäíåì íà ìàëóþ îòíîñèòåëüíóþ âåëè÷èíó. Äàíî êà÷åñòâåííîå îáúÿñíåíèå íàáëþäàåìûõ îñîáåííîñòåé ãëîáàëüíîé öèðêóëÿöèè çåìíîé àòìîñôåðû. ∗ E-mail: anef@thd.pnpi.spb.ru 1 2 Äèíàìè÷åñêîå óðàâíåíèå êîíäåíñàöèîííîé öèðêóëÿöèè âîçäóõà Ïðè ïîäú¼ìå âîçäóõà âñå ñîñòàâëÿþùèå âîçäóõ ãàçû, âêëþ÷àÿ âîäÿíîé ïàð, äâèæóòñÿ ñ îäèíàêîâîé âåðòèêàëüíîé ñêîðîñòüþ w.  ãèäðîñòàòè÷åñêîì ðàâíîâåñèè óâåëè÷åíèå ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè åäèíèöû îáú¼ìà âîçäóõà ïðè ïîäú¼ìå ðàâíî óìåíüøåíèþ äàâëåíèÿ p âîçäóõà (−∂p/∂z = ρg), ρ ïëîòíîñòü âîçäóõà, g óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ, w è îñü z íàïðàâëåíû ïðîòèâ g. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ðàáîòà ïðè ïîäú¼ìå íå ïðîèçâîäèòñÿ, è êèíåòè÷åñêàÿ ýíåðãèÿ âîçäóõà íå èçìåíÿåòñÿ. Ïðè ýòîì â îòñóòñòâèå êîíäåíñàöèè âîäÿíîãî ïàðà âñëåäñòâèå îäèíàêîâîé ñêîðîñòè ïîäú¼ìà âåëè÷èíû îòíîñèòåëüíûõ ïàðöèàëüíûõ äàâëåíèé pi /p âñåõ ãàçîâ îñòàþòñÿ ïîñòîÿííûìè è íå çàâèñÿò îò z . Îòñþäà ñëåäóåò, ÷òî âñå ïàðöèàëüíûå äàâëåíèÿ ñîñòàâëÿþùèõ âîçäóõ ãàçîâ, èìåþùèõ ðàçíûå ìîëÿðíûå ìàññû Mi , îäèíàêîâî ðàñïðåäåëåíû ïî âûñîòå è ñîâïàäàþò ñ ðàñïðåäåëåíèåì âñåãî âîçäóõà: − 1 ∂p 1 1 ∂pi =− = , pi ∂z p ∂z h h≡ RT , Mg (1) p = ρgh, P ãäå M = i Mi pi /p ìîëÿðíàÿ ìàññà âñåãî âîçäóõà, R óíèâåðñàëüíàÿ ãàçîâàÿ ïîñòîÿííàÿ, h âûñîòà âåðòèêàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ âñåõ ãàçîâ âîçäóõà (âûñîòà ðàâíîìåðíî ïëîòíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ). Ïîñëåäíåå ðàâåíñòâî â (1) ÿâëÿåòñÿ óðàâíåíèåì ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà. Âûïîëíåíèå ñîîòíîøåíèÿ (1) ïðè ïîäú¼ìå âñåãî âëàæíîãî âîçäóõà ñ äàâëåíèåì p íèæå èìåíóåòñÿ óñëîâèåì ãèäðîñòàòè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ. Îõëàæäåíèå âëàæíîãî âîçäóõà ïðè åãî ñòàöèîíàðíîì ïîäú¼ìå ïðèâîäèò ê êîíäåíñàöèè âîäÿíîãî ïàðà è åãî âûáûâàíèþ èç ãàçîâîé ôàçû âûøå ãîðèçîíòàëüíîé ïëîñêîñòè íàñûùåíèÿ âîäÿíîãî ïàðà (îñíîâàíèÿ îáëà÷íîñòè). Ðàñïðåäåëåíèå âîäÿíîãî ïàðà ïðèæèìàåòñÿ ê çåìíîé ïîâåðõíîñòè è íå ñîîòâåòñòâóåò (1): − pv pv ∂pv = , ∂z hc h −1 h−1 h−1 c = hT ξ, h−1 T ≡ − 1 ∂T , T ∂z ξ≡ Lv , RT (2) ãäå hc îïðåäåëÿåòñÿ óðàâíåíèåì Êëàïåéðîíà-Êëàóçèóñà, Lv ýíåðãèÿ ïàðîîáðàçîâàíèÿ (ñêðûòàÿ òåïëîòà, âûäåëÿþùàÿñÿ ïðè êîíäåíñàöèè) [1, 3]. Âåëè÷èíà ξ 1 áåçðàçìåðíà. Ðàçíèöà ìåæäó ðàñïðåäåëåíèÿìè (2) è (1) äëÿ âîäÿíîãî ïàðà îçíà÷àåò, ÷òî ïðè ïîäú¼ìå, ñîïðîâîæäàåìîì êîíäåíñàöèåé, ñîâåðøàåòñÿ ðàáîòà, êîòîðàÿ äîëæíà ïðîèçâîäèòü êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ ïîòîêà âîçäóõà ñ ìîùíîñòüþ [13]: 1 1 ∂pv ∂p s = wpv − = −w −γ . (3) hc h ∂z ∂z Ìîæíî ïåðåïèñàòü (3) â äðóãîé óäîáíîé ôîðìå: s = wpv 1 ∂γ = −wp , hγ ∂z − ∂γ γ = , ∂z hγ −1 −1 h−1 γ ≡ hc − h , γ≡ pv . p (4) Ìîùíîñòü, ãåíåðèðóåìàÿ âîäÿíûì ïàðîì ñ ïàðöèàëüíûì äàâëåíèåì pv , èìååò ïîðÿäîê γ 1 ïî ñðàâíåíèþ ñ ìîùíîñòüþ, ãåíåðèðóåìîé âñåì âîçäóõîì ñ äàâëåíèåì p, íàïðèìåð, ïðè çàïîëíåíèè âîçäóõîì âàêóóìà. Èíòåãðèðóÿ (3) ïî âðåìåíè (wdt = dz ), ïîëó÷àåì, ÷òî ïîëíàÿ ðàáîòà, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ïîëíîé êîíäåíñàöèè âîäÿíîãî ïàðà â ïîäíèìàþùåìñÿ âîçäóõå, èìååò ïîðÿäîê pv = γp, ãäå pv è p çíà÷åíèÿ ó çåìíîé ïîâåðõíîñòè (z = 0). Ýòà ðàáîòà ðàâíà êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ρv 2 /2 (v = w + u, u ãîðèçîíòàëüíàÿ ñîñòàâëÿþùàÿ ñêîðîñòè v), ïðèîáðåòàåìîé âîçäóõîì ïðè ïîëíîé êîíäåíñàöèè âîäÿíîãî ïàðà â îòñóòñòâèå òðåíèÿ. Ïðè 2 γ = 3 × 10−2 , p = 105 Ïà è ρ = 1.3 êã ì−3 èìååì v = (2γp/ρ)1/2 ≈ 70 ì ñ−1 .  çàâèñèìîñòè îò ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ öèðêóëÿöèè çàäàâàåìàÿ êîíäåíñàöèåé âåëè÷èíà êèíåòè÷åñêîé ýíåðãèè ìîæåò îïðåäåëÿòüñÿ ëèáî ãîðèçîíòàëüíîé, ëèáî âåðòèêàëüíîé ñêîðîñòÿìè.  áîëüøèõ îáëàñòÿõ êîíäåíñàöèè ñ ãîðèçîíòàëüíûì ðàçìåðîì L, íàìíîãî ïðåâûøàþùèì õàðàêòåðíóþ âûñîòó êîíäåíñàöèè, èìåþùóþ ïîðÿäîê âûñîòû h ðàâíîìåðíî ïëîòíîé àòìîñôåðû, íàáëþäàåìûå â àòìîñôåðå ñðåäíåãîäîâûå ñêîðîñòè ïîäú¼ìà èìåþò ïîðÿäîê 1 ìì ñ−1 [4]. Ýòî óêàçûâàåò íà îòñóòñòâèå âåðòèêàëüíîãî óñêîðåíèÿ âîçäóõà è ñîõðàíåíèå óñëîâèÿ ãèäðîñòàòè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ (1) äëÿ âñåãî âëàæíîãî âîçäóõà ñ äàâëåíèåì p.  ýòîì ñëó÷àå âñëåäñòâèå ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè è óñëîâèÿ ãèäðîñòàòè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ ìîùíîñòü s (3) ïåðåõîäèò â ìîùíîñòü ãîðèçîíòàëüíîãî ïîòîêà âîçäóõà −u∇p, ãäå u âåêòîð ãîðèçîíòàëüíîé ñêîðîñòè [2]. Ñîõðàíåíèå ñòàöèîíàðíîãî ïîòîêà â öèðêóëÿöèè ñîîòâåòñòâóåò ðàâåíñòâó âðåì¼í ãîðèçîíòàëüíîãî è âåðòèêàëüíîãî äâèæåíèÿ âîçäóõà (ñì. íèæå ðàçäåëû 3 è 4). Òàêèì îáðàçîì, ðàâåíñòâî ìîùíîñòè ïðè âåðòèêàëüíîì ïîäú¼ìå (3) ìîùíîñòè ïðè ãîðèçîíòàëüíîì äâèæåíèè ýêâèâàëåíòíî ðàâåíñòâó ñîîòâåòñòâóþùèõ ðàáîò (ñîõðàíåíèþ ýíåðãèè) è âûðàæàåòñÿ äèíàìè÷åñêèì ñîîòíîøåíèåì: s = −w(∇pv − γ∇p) ≡ −pw∇γ = −u∇p. (5) Ðàâåíñòâî (5) ñïðàâåäëèâî â òîì ñëó÷àå, åñëè ïðè ãîðèçîíòàëüíîì ïåðåäâèæåíèè íå ïðîèñõîäèò ôàçîâîãî ïåðåõîäà âîäÿíîãî ïàðà ïðè ïîñòîÿííîì z , ò.å. êîãäà u∇pv = 0 è u∇T = 0 è âûïîëíÿåòñÿ ãîðèçîíòàëüíàÿ èçîòåðìè÷íîñòü [2, 3]. Ïðè ýòîì ãîðèçîíòàëüíàÿ ïëîñêîñòü ïîñòîÿííîé îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè (â ÷àñòíîñòè, îñíîâàíèå îáëà÷íîñòè ñ îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòüþ, ðàâíîé åäèíèöå) ñîõðàíÿåòñÿ íà âñåì ïðîòÿæåíèè öèðêóëÿöèè. Íåòðóäíî, îäíàêî, îáîáùèòü (5) íà ñëó÷àé ãîðèçîíòàëüíîé íåèçîòåðìè÷íîñòè.  ýòîì ñëó÷àå ê ëåâîé ñòîðîíå ðàâåíñòâà (5) ñëåäóåò äîáàâèòü ìîùíîñòü èçìåíåíèÿ ïàðöèàëüíîãî äàâëåíèÿ âîäÿíîãî ïàðà âñëåäñòâèå èñïàðåíèÿ èëè êîíäåíñàöèè ïðè äâèæåíèè âäîëü ñêîðîñòè u, ðàâíóþ −u∇pv . Îáùèé âèä äèíàìè÷åñêîãî óðàâíåíèÿ äëÿ ìîùíîñòè êîíäåíñàöèîííîé öèðêóëÿöèè, ïîëó÷åííûé èç äðóãèõ ôèçè÷åñêèõ óñëîâèé â [5], îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì: s = −pw∇γ − u∇pv = −u∇p. (6) Ãîðèçîíòàëüíàÿ íåèçîòåðìè÷íîñòü ìîæåò óñèëèâàòü êîíäåíñàöèþ ïðè −u∇pv > 0 èëè îñëàáëÿòü å¼ çà ñ÷åò èñïàðåíèÿ ïðè −u∇pv < 0 [5].  êîîðäèíàòíûõ îñÿõ x è z , ãäå îñü x íàïðàâëåíà âäîëü u, ãîðèçîíòàëüíûé ãðàäèåíò äàâëåíèÿ â (6) èìååò âèä, ñì. (1), (2) è (4), [5]: − pv w hγ u ∂T /∂x u hγ ∂T ∂p = (1 − A) , A ≡ − =ξ . ∂x hγ u hc w ∂T /∂z w T ∂x (7) Âñå âåëè÷èíû, âõîäÿùèå â (7), èçâåñòíû èç íàáëþäåíèé.  [6] áûëî ïîêàçàíî, ÷òî ïðè ïîäñòàíîâêå â ïðàâóþ ÷àñòü (7) íàáëþäàåìûõ çíà÷åíèé âõîäÿùèõ òóäà ïåðåìåííûõ, (7) äà¼ò íàáëþäàåìîå çíà÷åíèå ãðàäèåíòà äàâëåíèÿ â áàññåéíå ðåêè Àìàçîíêè. 3 Óðàâíåíèå íåïðåðûâíîñòè ïðè ôàçîâûõ ïåðåõîäàõ âîäÿíîãî ïàðà Óðàâíåíèÿ íåïðåðûâíîñòè äëÿ âîäÿíîãî ïàðà è ñóõîé êîìïîíåíòû âîçäóõà â ñòàöèîíàðíîì ñëó÷àå èìåþò âèä: ∇vNv ≡ Nv ∇v + v∇Nv = −S, v = u + w, ∇vNd ≡ Nd ∇v + v∇Nd = 0, N = Nd + Nv , 3 (8) (9) ãäå Nv , Nd è N ìîëÿðíûå ïëîòíîñòè âîäÿíîãî ïàðà, ñóõîé êîìïîíåíòû è âñåãî âëàæíîãî âîçäóõà ñîîòâåòñòâåííî. Ñêîðîñòü âîçäóõà v ðàâíà ñóììå ãîðèçîíòàëüíîé u è âåðòèêàëüíîé w ñîñòàâëÿþùèõ. Âåëè÷èíà S (ìîëü ì−3 ñ−1 ) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé îáú¼ìíóþ ïëîòíîñòü ñêîðîñòè èçìåíåíèÿ ìîëÿðíîé ïëîòíîñòè Nv âîäÿíîãî ïàðà çà ñ÷¼ò ôàçîâîãî ïåðåõîäà. Äîìíîæàÿ (9) íà γd ≡ Nv /Nd è èñêëþ÷àÿ Nv ∇v èç (8), ïîëó÷àåì: v(∇Nv − γd ∇Nd ) = −S. (10) Èñïîëüçóÿ óðàâíåíèå ñîñòîÿíèÿ èäåàëüíîãî ãàçà (ñì. (1)): p = N RT, pv = Nv RT, pd = Nd RT, γd = pv , pd (11) ìîæíî ïåðåéòè â (10) îò ìîëÿðíûõ ïëîòíîñòåé Ni ê äàâëåíèÿì pi (i = v, d) è îò ñêîðîñòè ôàçîâîãî ïåðåõîäà S ê åãî ìîùíîñòè s: v(∇pv − γd ∇pd ) = −s, (12) s = SRT. Îòìåòèì, ÷òî ãðàäèåíò òåìïåðàòóðû ∇T â ñèëó óíèâåðñàëüíîñòè ãàçîâîé ïîñòîÿííîé R ñîêðàùàåòñÿ è íå ïîÿâëÿåòñÿ â (12). Êèíåìàòè÷åñêîå ñîîòíîøåíèå íåïðåðûâíîñòè (12) äîëæíî âûïîëíÿòüñÿ ïðè ëþáûõ s. Âåëè÷èíà ìîùíîñòè ôàçîâîãî ïåðåõîäà âîäÿíîãî ïàðà s íå îïðåäåëÿåòñÿ ñîîòíîøåíèåì íåïðåðûâíîñòè (12). Îíà äîëæíà áûòü íåçàâèñèìî çàäàíà èñõîäÿ èç ôèçè÷åñêèõ äèíàìè÷åñêèõ ïðèíöèïîâ [7]. Äèíàìè÷åñêèì ôèçè÷åñêèì ïðèíöèïîì ÿâëÿåòñÿ ðàâåíñòâî ìîùíîñòè ôàçîâîãî ïåðåõîäà s ìîùíîñòè ãîðèçîíòàëüíîé öèðêóëÿöèè: s = −u∇p. (13) Ïîäñòàâëÿÿ (13) â (12) è ó÷èòûâàÿ ëåãêî ïðîâåðÿåìîå òîæäåñòâî ∇pv − γd ∇pd ≡ (1 + γd )(∇pv − γ∇p), γ≡ γd , 1 + γd (14) ïîëó÷àåì äëÿ (12) ñîîòíîøåíèå: (w + u)(∇pv − γ∇p) = 1 u∇p. 1 + γd Ïåðåíîñÿ γ u∇p â ïðàâóþ ÷àñòü ïîñëåäíåãî ñîîòíîøåíèÿ è ó÷èòûâàÿ ñâÿçü ìåæäó γ è γd (14), ïîëó÷àåì: pw∇γ + u∇pv = u∇p, p∇γ ≡ ∇pv − γ∇p, (15) ÷òî ñîâïàäàåò ñ (6). Òàêèì îáðàçîì, îñíîâíîå äèíàìè÷åñêîå óðàâíåíèå (6) ñîãëàñóåòñÿ ñ êèíåìàòè÷åñêèì îãðàíè÷åíèåì óðàâíåíèÿ íåïðåðûâíîñòè (8) è (9) áåç ïðåäïîëîæåíèÿ î ñóùåñòâîâàíèè ãîðèçîíòàëüíîé èçîòåðìè÷íîñòè. Îñíîâíîå äèíàìè÷åñêîå ñîîòíîøåíèå àòìîñôåðíîé öèðêóëÿöèè (6) (è (15)) ïîëó÷åíî èç äâóõ ôèçè÷åñêèõ ïðèíöèïîâ: ñîõðàíåíèÿ óñëîâèÿ ãèäðîñòàòè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ ïðè êîíäåíñàöèè, çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè. Ïîñëåäíèé, â ñèëó ðàâåíñòâà âðåì¼í ãîðèçîíòàëüíîãî è âåðòèêàëüíîãî äâèæåíèÿ, ñîîòâåòñòâóåò ðàâåíñòâó ìîùíîñòåé. Ýòè ïðèíöèïû ñîãëàñóþòñÿ ñ óðàâíåíèåì íåïðåðûâíîñòè. Ïðè àíàëèçå öèðêóëÿöèè âîçäóõà èíîãäà îøèáî÷íî ïðåäïîëàãàåòñÿ (ñì., íàïðèìåð, ðàáîòû [8, 9]), ÷òî ñêîðîñòü êîíäåíñàöèè S â (8), (10) (è ñîîòâåòñòâåííî, ìîùíîñòü s â (12)) ïîëíîñòüþ îïðåäåëÿåòñÿ óðàâíåíèåì íåïðåðûâíîñòè (8) è íå òðåáóåò ïðèâëå÷åíèÿ ôèçè÷åñêèõ ïðèíöèïîâ ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè è óñëîâèÿ ãèäðîñòàòè÷åñêîãî ðàâíîâåñèÿ. Òàêîé ïîäõîä îáîñíîâûâàåòñÿ òåì, ÷òî S îòëè÷íà îò 4 íóëÿ òîëüêî äëÿ íàñûùåííîãî âîäÿíîãî ïàðà, çíà÷åíèÿ Nv è pv êîòîðîãî, ñîãëàñíî óðàâíåíèþ Êëàïåéðîíà-Êëàóçèóñà, çàâèñÿò òîëüêî îò òåìïåðàòóðû T . Òåìïåðàòóðà æå îïðåäåëÿåòñÿ ïåðâûì íà÷àëîì òåðìîäèíàìèêè, êîòîðîå â ÷èñëåííûõ ìîäåëÿõ àòìîñôåðíîé öèðêóëÿöèè èãðàåò ðîëü çàêîíà ñîõðàíåíèÿ ýíåðãèè [10]. Îäíàêî ïåðâîå íà÷àëî ðàâíîâåñíîé òåðìîäèíàìèêè íå ó÷èòûâàåò êèíåòè÷åñêóþ ýíåðãèþ âîçäóõà.  çåìíîé àòìîñôåðå ýíåðãèÿ âåòðà, ïðèõîäÿùàÿñÿ íà åäèíèöó îáú¼ìà, íå ïðåâûøàåò âåëè÷èíó ïàðöèàëüíîãî äàâëåíèÿ âîäÿíîãî ïàðà pv (Äæ ì−3 ), îòíîøåíèå êîòîðîãî ê ïîëíîé ïîòåíöèàëüíîé ýíåðãèè, ñîäåðæàùåéñÿ â äàâëåíèè âîçäóõà p, ðàâíî ìàëîé âåëè÷èíå γ = pv /p ∼ 10−2 . Òåìïåðàòóðà T âî âñåì àòìîñôåðíîì ñòîëáå ïðè ñòîïðîöåíòíîì èçìåíåíèè äàâëåíèÿ âîçäóõà p ìîæåò áûòü îïðåäåëåíà èç ïåðâîãî íà÷àëà ðàâíîâåñíîé òåðìîäèíàìèêè ñ íåîáõîäèìîé òî÷íîñòüþ ïîðÿäêà γ òîëüêî ïîñëå çàäàíèÿ âåëè÷èí S è s èç äèíàìè÷åñêèõ ôèçè÷åñêèõ ïðèíöèïîâ [2, 3, 5]. 4 Âëèÿíèå êàïåëü íà ìîùíîñòü öèðêóëÿöèè  áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ãîðèçîíòàëüíûå ëèíåéíûå ðàçìåðû L îáëàñòè êîíäåíñàöèè ñóùåñòâåííî ïðåâûøàþò ñðåäíþþ âûñîòó ïàäåíèÿ êàïåëü, èìåþùóþ ïîðÿäîê h [11].  òàêèõ ñëó÷àÿõ êàïëè äîæäÿ (÷àñòèöû ñíåãà è ãðàäà), ïàäàþùèå â ñèñòåìå ïîêîÿ âîçäóõà ñ ïîñòîÿííîé òåðìèíàëüíîé ñêîðîñòüþ W, ∇W = 0, îïðåäåëÿåìîé óñëîâèåì ðàâåíñòâà ñèëû òðåíèÿ Ñòîêñà è âåñà êàïåëü [12], óâåëè÷èâàþò äàâëåíèå âîçäóõà â îáëàñòè êîíäåíñàöèè è äîæäÿ. Óâåëè÷åíèå äàâëåíèÿ ó çåìíîé ïîâåðõíîñòè ðàâíî âåñó âñåõ êàïåëü â àòìîñôåðå íàä âñåé ïëîùàäüþ êîíäåíñàöèè. Ïîýòîìó ïðè L/h 1 ëîêàëüíîå óâåëè÷åíèå ãðàäèåíòà äàâëåíèÿ çà ñ÷¼ò ïàäàþùèõ êàïåëü â ñðåäíåì áëèçêî ê âåñó êàïåëü ρl g â åäèíèöå îáú¼ìà. Âåëè÷èíó ìàññîâîé ïëîòíîñòè êàïåëü ρl = Nl Mv , ãäå Nl (ìîëü ì−3 ) ìîëÿðíàÿ ïëîòíîñòü êàïåëü, Mv = 18 ã ìîëü−1 ìîëÿðíàÿ ìàññà âîäû, ìîæíî îöåíèòü, èñïîëüçóÿ óðàâíåíèå íåïðåðûâíîñòè äëÿ êàïåëü: ∇(v + W)Nl = S, v = u + w. (16) Ñðåäíÿÿ àáñîëþòíàÿ ñêîðîñòü ïîäú¼ìà âîçäóõà w ∼ 1 ìì ñ−1 , à ñðåäíÿÿ àáñîëþòíàÿ ñêîðîñòü ïàäåíèÿ äîæäåâûõ êàïåëü W ∼ 1 ì ñ−1 , ò.å. W/w ∼ 103 1.  ñèëó γd = Nv /Nd 1, âåëè÷èíà Nd ïðè êîíäåíñàöèè èçìåíÿåòñÿ íà ìàëóþ îòíîñèòåëüíóþ âåëè÷èíó ïîðÿäêà γd è ìîæåò áûòü âûíåñåíà èç-ïîä çíàêà äèôôåðåíöèðîâàíèÿ â ëåâîé ÷àñòè (9). Ïîñëå ýòîãî (9) ñîîòâåòñòâóåò ðàâåíñòâó ∇v = 0, êîòîðîå ìîæåò áûòü ïåðåïèñàíî â âèäå ∂x/∂u = −∂z/∂w, èëè L/u ∼ h/w, ÷òî âûðàæàåò ðàâåíñòâî âðåì¼í ãîðèçîíòàëüíîãî è âåðòèêàëüíîãî äâèæåíèÿ âîçäóõà, èñïîëüçîâàííîå ïðè ïðèðàâíèâàíèè ìîùíîñòåé ýòèõ äâèæåíèé â (5) è (6). Ó÷èòûâàÿ ðàâåíñòâî ∇v = 0, èìååì Nl ∇u ∼ Nl ∇w W∇Nl (∇w ∼ w/h, |∇Nl | ∼ Nl /h). Ñ îòíîñèòåëüíîé òî÷íîñòüþ ïîðÿäêà w/W ñîîòíîøåíèå (16), ó÷èòûâàÿ (5) è (11), ìîæíî ïåðåïèñàòü â âèäå: (v + W)∇Nl = S = −N w∇γ. (17) Ïðè w u 6 W (óãîë íàêëîíà ïàäåíèÿ äîæäÿ ê âåðòèêàëè íåâåëèê) ïåðâûé ÷ëåí â ëåâîé ÷àñòè (17) íå ïðåâîñõîäèò âòîðîé. Ó÷èòûâàÿ, ÷òî íàïðàâëåíèÿ ñêîðîñòåé W è w ïðîòèâîïîëîæíû â îáëàñòè ïîäú¼ìà è êîíäåíñàöèè, è èñïîëüçóÿ àáñîëþòíûå çíà÷åíèÿ ýòèõ ñêîðîñòåé w è W , èìååì äëÿ (17): W ∂γ ∂Nl 6 Nw . ∂z ∂z (18)  ñèëó ìàëîñòè γ ∼ γd 1 âåðòèêàëüíûé ïîòîê N w èçìåíÿåòñÿ íà îòíîñèòåëüíóþ âåëè÷èíó ïîðÿäêà γ , ò.å. ïðàêòè÷åñêè íå çàâèñèò îò âûñîòû â îáëàñòè êîíäåíñàöèè 5 z1 6 z 6 z2 , ãäå ∂γ/∂z < 0, à âåëè÷èíà γ èçìåíÿåòñÿ íà îòíîñèòåëüíóþ âåëè÷èíó ïîðÿäêà ñòà ïðîöåíòîâ [11]. Ïîýòîìó ïîñëå èíòåãðèðîâàíèÿ (18) ïî z äëÿ âåëè÷èíû ρl ïîëó÷àåì: γ(z2 ) w 1− , (19) ρl (z) = ρv (z) W γ(z) ρl = Nl Mv , Nl (z2 ) = 0, ρv = γN Mv , γ(z2 ) 6 γ(z) 6 γ(z1 ). Ó÷èòûâàÿ ìîùíîñòü âîçäåéñòâèÿ êàïåëü íà ïîäíèìàþùèéñÿ âîçäóõ wρl g , ïîëó÷àåì èç (19) äëÿ ïîëíîé ìîùíîñòè êîíäåíñàöèè (6) (ñì. (4)) âåëè÷èíó: w hγ γ(z2 ) s = −(1 − α)pw∇γ − u∇pv , α ≡ 1− , (20) W hv γ(z) pv RT −1 −1 = , (21) h−1 hv ≡ γ ≡ hc − h , Mv g ρv g ãäå âûñîòà hv = 13.5 êì îïðåäåëÿåò âûñîòíîå ðàñïðåäåëåíèå íåíàñûùåííîãî âîäÿíîãî ïàðà â ïîêîÿùåìñÿ âîçäóõå. Âûñîòà hc îïðåäåëÿåò âûñîòíîå ðàñïðåäåëåíèå íàñûùåííîãî âîäÿíîãî ïàðà è â çàâèñèìîñòè îò òåìïåðàòóðû ïîâåðõíîñòè èçìåíÿåòñÿ îò 2.4 êì äî 5 êì [2, 5]. Âûñîòà h = 8.4 êì ïðè 300 Ê îïðåäåëÿåò âûñîòíîå ðàñïðåäåëåíèå âîçäóõà è íåíàñûùåííîãî âîäÿíîãî ïàðà â ïîäíèìàþùåìñÿ âîçäóõå. Ïðè ëþáûõ òåìïåðàòóðàõ hγ /hv < 1. Âåëè÷èíà â êðóãëûõ ñêîáêàõ (20) òàêæå ìåíüøå åäèíèöû. Îñíîâíàÿ ìàëîñòü α îïðåäåëÿåòñÿ îòíîøåíèåì w/W ∼ 10−3 . Òàêèì îáðàçîì, ïðè w/W 1 óìåíüøåíèå êîíäåíñàöèîííîé ìîùíîñòè (6) çà ñ÷åò ó÷åòà ïàäåíèÿ äîæäåâûõ êàïåëü íè÷òîæíî ìàëà è ìîæåò íå ïðèíèìàòüñÿ âî âíèìàíèå. Ñêîðîñòü ïàäåíèÿ êàïåëü W ñòàíîâèòñÿ ìàëîé ïî ñðàâíåíèþ ñî ñêîðîñòÿìè äâèæåíèÿ âîçäóõà u è w òîëüêî ïðè êîíöåíòðàöèè êîíäåíñàöèè â âåòðîâîé ñòåíå óðàãàíîâ (w W < u) è ñìåð÷åé (W < u, W w).  óðàãàíàõ ãîðèçîíòàëüíûå ðàçìåðû âåòðîâîé ñòåíû îñòàþòñÿ íàìíîãî ïðåâûøàþùèìè âûñîòó êîíäåíñàöèè [13], òàê ÷òî âåðòèêàëüíàÿ ñêîðîñòü ïîäú¼ìà âîçäóõà îñòàåòñÿ ìàëîé âåëè÷èíîé, w . 10 ñì ñ−1 è îòíîøåíèå w/W . 10−1 .  ñìåð÷àõ ãîðèçîíòàëüíûå ðàçìåðû âåòðîâîé ñòåíû ñòàíîâÿòñÿ ïîðÿäêà âûñîòû êîíäåíñàöèè [14]. Ïðè ýòîì â âåòðîâîé ñòåíå ñêîðîñòè äâèæåíèÿ âîçäóõà u è w ïðåâîñõîäÿò ïî âåëè÷èíå ñêîðîñòè ïàäåíèÿ êàïåëü W . Îäíàêî ïðè ýòîì âîçäåéñòâèå êàïåëü íà âîçäóõ íå ìîæåò áûòü îïèñàíî ëîêàëüíûì âîçäåéñòâèåì ρl g âñåõ êàïåëü â åäèíèöå îáú¼ìà íà òó æå åäèíèöó îáú¼ìà âîçäóõà, â êîòîðîì íàõîäÿòñÿ êàïëè. Ñèëà âîçäåéñòâèÿ êàïëè íà âîçäóõ, ñîîòâåòñòâóþùàÿ ãðàäèåíòó äàâëåíèÿ, óìåíüøàåòñÿ êâàäðàòè÷íî ñ óâåëè÷åíèåì ðàññòîÿíèÿ r îò êàïëè. Ïîòåíöèàë ýòîé ñèëû, ðàâíûé äàâëåíèþ, óìåíüøàåòñÿ ëèíåéíî ñ ðàññòîÿíèåì r. Ïðè ñòàöèîíàðíîì ïàäåíèè ñòðóè êàïåëü ïîòåíöèàë (äàâëåíèå) óìåíüøàåòñÿ ëîãàðèôìè÷åñêè ñ ðàññòîÿíèåì r îò ñòðóè (ïîäîáíî ïîòåíöèàëó çàðÿæåííîé íèòè), åñëè r 6 h, ãäå h âûñîòà ñòðóè. Ïîýòîìó âîçäåéñòâèå íà âîçäóõ êàïåëü, ñîñðåäîòî÷åííûõ â âåòðîâîé ñòåíå ðàäèóñà r0 è òîëùèíîé 4r ∼ r0 , ðàñïðîñòðàíÿåòñÿ íà âñþ îáëàñòü êîíäåíñàöèè.  óðàãàíàõ âûñîòà êîíäåíñàöèè hγ ∼ 4 êì, ðàäèóñ âåòðîâîé ñòåíû r0 ∼ 40 êì, ðàäèóñ îáëàñòè êîíäåíñàöèè R0 ∼ 400 êì [13]. Äàâëåíèå êàïåëü, âûïàäàþùèõ â îáëàñòè âåòðîâîé ñòåíû, ëèíåéíî óìåíüøàåòñÿ ñ ðàññòîÿíèåì îò âåòðîâîé ñòåíû, ðàñïðîñòðàíÿÿñü ïî âñåé îáëàñòè êîíäåíñàöèè. Ïðè ýòîì äàâëåíèå êàïåëü â âåòðîâîé ñòåíå óìåíüøàåòñÿ è ñòàíîâèòñÿ ïîðÿäêà r0 /R0 ∼ 10−1 ïî ñðàâíåíèþ ñ âåñîì êàïåëü â âåòðîâîé ñòåíå. Òàêèì îáðàçîì, âåëè÷èíà α (20) â óðàãàíàõ èìååò ïîðÿäîê α ∼ wr0 /(W R0 ) ∼ 10−2 .  ñìåð÷àõ, ãäå h ∼ r0 , r0 /R0 ∼ 10−1 [14], áëàãîäàðÿ âûñîêîé ñêîðîñòè ïîäú¼ìà âîçäóõà â âåòðîâîé ñòåíå êàïëè êîíäåíñàöèè ðàçíîñÿòñÿ ïðàêòè÷åñêè ðàâíîìåðíî ïî âñåé îáëàñòè êîíäåíñàöèè, è äîæäü íå âûïàäàåò 6 â âåòðîâîé ñòåíå. Ïîýòîìó â ñìåð÷àõ α ∼ (r0 /R0 )2 ∼ 10−2 òàê æå, êàê è â óðàãàíàõ. Òàêèì îáðàçîì, âî âñåõ âèäàõ èíòåíñèâíîé öèðêóëÿöèè êàïëè êîíäåíñàöèè ïðàêòè÷åñêè íå óìåíüøàþò êîíäåíñàöèîííóþ ìîùíîñòü öèðêóëÿöèè (6).  íåêîòîðûõ ðàáîòàõ (ñì., íàïðèìåð, [15, 16]), íà îñíîâå íåâåðíîãî ïðèìåíåíèÿ òðåòüåãî çàêîíà Íüþòîíà î ðàâåíñòâå äåéñòâèÿ è ïðîòèâîäåéñòâèÿ äâóõ âçàèìîäåéñòâóþùèõ òåë óòâåðæäàåòñÿ, ÷òî ñèëà âîçäåéñòâèÿ êàïåëü íà åäèíèöó îáú¼ìà âîçäóõà âñåãäà ðàâíà ñèëå âîçäåéñòâèÿ âîçäóõà íà êàïëè â òîé æå åäèíèöå îáú¼ìà, ò.å. ρl g .  ïðîòèâîïîëîæíîñòü íàáîðó íå âçàèìîäåéñòâóþùèõ ìåæäó ñîáîé êàïåëü îáú¼ì âîçäóõà, â êîòîðîì ðàñïîëîæåíû êàïëè, íå ÿâëÿåòñÿ òåëîì, ñ êîòîðûì âçàèìîäåéñòâóþò ýòè êàïëè. Òåëîì, ñ êîòîðûì âçàèìîäåéñòâóþò êàïëè, ÿâëÿåòñÿ âåñü àòìîñôåðíûé âîçäóõ, äàâëåíèå êîòîðîãî îïðåäåëÿåòñÿ åãî ãðàâèòàöèîííûì âçàèìîäåéñòâèåì ñ Çåìëåé. Âîçäåéñòâèå êàïåëü íà âîçäóõ îïðåäåëÿåòñÿ åãî óïðóãèìè ñâîéñòâàìè è óìåíüøàåòñÿ ñ óäàëåíèåì îò ðàññìàòðèâàåìîãî îáú¼ìà êàïåëü ïî îïèñàííûì âûøå îïðåäåë¼ííûì ôèçè÷åñêèì çàêîíàì. 5 Îáñóæäåíèå ðåçóëüòàòîâ Êîíäåíñàöèîííàÿ ìîùíîñòü âåòðà îïðåäåëåíà óðàâíåíèåì (6). Îáðàçîâàíèå òóìàíîâ è âûïàäåíèå ðîñû, íå ñâÿçàííûå ñ âåðòèêàëüíûì ïîäú¼ìîì, î÷åíü ìàëû ïî ñðàâíåíèþ ñ îñàäêàìè, âûïàäàþùèìè ïðè âåðòèêàëüíîì ïîäú¼ìå âîçäóõà. Ñëåäîâàòåëüíî, ìîùíîñòü âåòðà äîëæíà áûòü ïðîïîðöèîíàëüíà îñàäêàì. Ýòó ñâÿçü ìîæíî ïîëó÷èòü èç ôîðìóëû (5) äëÿ ãîðèçîíòàëüíîé èçîòåðìè÷íîñòè. Èíòåãðèðóÿ (5) ïî âûñîòå z è èñïîëüçóÿ óðàâíåíèÿ ñîñòîÿíèÿ (11), ïîëó÷àåì ìîùíîñòü âåòðà íà åäèíèöó çåìíîé ïîâåðõíîñòè Π (Âò ì−2 ): Z ∞ Z ∞ ∂γ (22) Π= sdz = − pw dz ≈ P RT, P ≡ Nv w|z=z1 , ∂z 0 0 ãäå z1 âûñîòà äëÿ îòíîñèòåëüíîé âëàæíîñòè, ðàâíîé åäèíèöå (âûñîòà îñíîâàíèÿ îáëà÷íîñòè), P (ìîëü Í2 Î ì−2 c−1 ) îñàäêè ó çåìíîé ïîâåðõíîñòè, T ñðåäíÿÿ òåìïåðàòóðà íà âûñîòíîì èíòåðâàëå êîíäåíñàöèè z1 6 z 6 z2 , ãäå ∂γ/∂z < 0. Èíòåãðàë (22) âû÷èñëåí ñ ó÷åòîì òîãî, ÷òî èçìåíåíèå âåðòèêàëüíîãî ïîòîêà N w â âûñîòíîì èíòåðâàëå êîíäåíñàöèè z1 6 z 6 z2 ìàëî è íå ïðåâûøàåò îòíîñèòåëüíóþ âåëè÷èíó ïîðÿäêà γ 1, â òî âðåìÿ êàê îòíîñèòåëüíîå èçìåíåíèå ∂γ/∂z èìååò ïîðÿäîê åäèíèöû. Ìàëîñòü èçìåíåíèÿ N w ñëåäóåò èç óðàâíåíèÿ íåïðåðûâíîñòè (ñóììû (8) è (9)) è ó÷åòå òîãî, ÷òî S â (8), (10) ÿâëÿåòñÿ ìàëîé âåëè÷èíîé ïîðÿäêà γ . Ïîäñòàâëÿÿ â (22) íàáëþäàåìîå ãëîáàëüíîå çíà÷åíèå ñðåäíåãîäîâûõ îñàäêîâ (P Mv )/ρw = 1 ì ãîä−1 ≈ 10−1 ìì ÷àñ−1 [17], ρw = 103 êã ì−3 ïëîòíîñòü æèäêîé âîäû, R = 8.3 Äæ ìîëü−1 Ê−1 , T ' 300 Ê, ïîëó÷àåì Π = 4 Âò ì−2 â õîðîøåì ñîãëàñèè ñ ýìïèðè÷åñêèìè îöåíêàìè [3, 1820].  âåòðîâîé ñòåíå óðàãàíîâ èìååì (P Mv )/ρw ≈ 20 ìì ÷àñ−1 , ïðè ýòîì èç (22) ïîëó÷àåì Π ∼ 1 kÂò ì−2 . Òàêèì îáðàçîì, ìîùíîñòü âåòðà ãåíåðèðóåòñÿ òàì, ãäå ïðîèñõîäèò êîíäåíñàöèÿ. Ñîîòíîøåíèå (5) îçíà÷àåò, ÷òî òàì, ãäå êîíäåíñàöèè íåò, ïðîèçâåäåíèå u∇p = 0. Âûäåëåíèå ñêðûòîé òåïëîòû ïðè êîíäåíñàöèè óìåíüøàåò ñêîðîñòü îõëàæäåíèÿ âîçäóõà ïðè ïîäú¼ìå íà âåëè÷èíó ðàçíîñòè ñóõîãî (9.8 Ê êì−1 ) è âëàæíîãî (∼ 4 Ê êì−1 ) àäèàáàòè÷åñêîãî ãðàäèåíòà òåìïåðàòóðû [2]. Ïðîèñõîäÿùåå óìåíüøåíèå ñêîðîñòè îõëàæäåíèÿ íå ìåíÿåò êîëè÷åñòâî ñêîíäåíñèðîâàâøåãîñÿ âîäÿíîãî ïàðà è ñâÿçàííîå ñ ýòèì óìåíüøåíèå ñðåäíåãî äàâëåíèÿ â àòìîñôåðíîì ñòîëáå è ó çåìíîé ïîâåðõíîñòè. Íà âûñîòàõ ïðåêðàùåíèÿ êîíäåíñàöèè z > z2 âîçäóõ ïåðåõîäèò îò âåðòèêàëüíîãî ïîäú¼ìà ê ãîðèçîíòàëüíîìó äâèæåíèþ ïî íàïðàâëåíèþ ê îáëàñòè îïóñêàíèÿ. Ïåðåõîä îò âåðòèêàëüíîãî äâèæåíèÿ ê ãîðèçîíòàëüíîìó äâèæåíèþ ïî íàïðàâëåíèþ â îáëàñòü îïóñêàíèÿ ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò ñèë óïðóãîñòè âîçäóõà â ãðàâèòàöèîííîì ïîëå, ñîçäàþùèõ ãðàäèåíò äàâëåíèÿ, ïåðïåíäèêóëÿðíûé ñêîðîñòè äâèæåíèÿ âîçäóõà (ïîäîáíî ñèëàì, óäåðæèâàþùèì ñïóòíèêè íà 7 êðóãîâîé îðáèòå). Ãåíåðàöèè äîïîëíèòåëüíîé ìîùíîñòè ïðè ýòîì íå ïðîèñõîäèò. Çà âû÷åòîì èçëó÷åíèÿ â êîñìîñ è ïîòîêà òóðáóëåíòíîé òåïëîïðîâîäíîñòè ñêðûòàÿ òåïëîòà, âûäåëèâøàÿñÿ â çîíå êîíäåíñàöèè, ïåðåíîñèòñÿ â îáëàñòü îïóñêàíèÿ, ãäå êîíäåíñàöèÿ îòñóòñòâóåò, è âîçäóõ, îïóñêàÿñü, íàãðåâàåòñÿ ñ ñóõîàäèàáàòè÷åñêèì ãðàäèåíòîì òåìïåðàòóðû (9.8 Ê êì−1 ). Åñëè çîíà îïóñêàíèÿ ðàñïîëîæåíà íàä ãèäðîñôåðîé (îêåàíîì, ìîðåì), òî ýòîò íàãðåâ ïðèâîäèò ê ðîñòó èñïàðåíèÿ è óâåëè÷åíèþ ñîäåðæàíèÿ âîäÿíîãî ïàðà, êîòîðûé ïåðåíîñèòñÿ ñíèçó â çîíó êîíäåíñàöèè, óâåëè÷èâàÿ èíòåíñèâíîñòü öèðêóëÿöèè. Ó÷¼ò ãîðèçîíòàëüíîé íåèçîòåðìè÷íîñòè ñóùåñòâåíåí â ïîãðàíè÷íûõ îáëàñòÿõ ìåæäó ñóøåé è îêåàíîì.  ñåçîí ôîòîñèíòåçà ðå÷íîé áàññåéí, ïîêðûòûé ëåñîì, èìååò áîëåå íèçêîå äàâëåíèå, ÷åì ïðèëåãàþùèé îêåàí èëè îáåçëåñåííûå òåððèòîðèè, õàðàêòåðèçóþùèåñÿ áîëåå âûñîêîé òåìïåðàòóðîé ïîâåðõíîñòè [6, 21].  ýòîì ñëó÷àå âîäÿíîé ïàð, èñïàðèâøèéñÿ ñ ïîâåðõíîñòè îêåàíà, ïîñòóïàåò âíóòðü ëåñíîãî ðå÷íîãî áàññåéíà, íå âûçûâàÿ íàâîäíåíèé è çàñóõ [1, 5]. Ïðè ïîñòóïëåíèè îêåàíñêîãî âîçäóõà íà ãðàíèöó êîíòèíåíòà, ëèø¼ííîãî ëåñíîãî ïîêðîâà, êîòîðûé èìååò áîëåå âûñîêóþ òåìïåðàòóðó, ÷åì îêåàí, âåëè÷èíà A â (7) ìîæåò ïðèáëèæàòüñÿ ê åäèíèöå. Ýòî ïðèâîäèò ê îñòàíîâêå êîíäåíñàöèîííîé äèíàìèêå èç-çà îáðàùåíèÿ â íîëü ãîðèçîíòàëüíîãî ãðàäèåíòà äàâëåíèÿ è ê ïðåêðàùåíèþ ïðîíèêíîâåíèÿ âëàæíîãî îêåàíñêîãî âîçäóõà âíóòðü êîíòèíåíòà, îáðàçóþùåãî ïóñòûíþ. Ïðè ýòîì âåñü âîäÿíîé ïàð, ïðèíåñ¼ííûé ñ îêåàíà, èíòåíñèâíî êîíäåíñèðóåòñÿ è âûïàäàåò îñàäêàìè â ïðèáðåæíîé ïîëîñå, ïðèâîäÿ ê íàâîäíåíèÿì [22]. The cause-eect relationships between the vertical motion of moist air (deep convection) and air convergence in the lower atmosphere are actively investigated (see, e.g., work [23] for a discussion). Ïðè÷èííî-ñëåäñòâåííûå ñâÿçè ìåæäó âåðòèêàëüíûì äâèæåíèåì âîçäóõà (ãëóáîêîé êîíâåêöèåé) è êîíâåðãåíöèåé âîçäóøíûõ ïîòîêîâ â íèæíåé àòìîñôåðå ÿâëÿþòñÿ ïðåäìåòîì àêòèâíûõ èññëåäîâàíèé (ñì., íàïðèìåð, ðàáîòó [23] è îáñóæäåíèå â íåé). Çäåñü ìû ïîêàçàëè, ÷òî êîíäåíñàöèîííàÿ ìîùíîñòü öèðêóëÿöèè (5) ñóùåñòâóåò òàêæå ïðè ãîðèçîíòàëüíîé èçîòåðìè÷íîñòè. Ñèëû òðåíèÿ ïðåîáðàçóþò ýòó ìîùíîñòü â ìîùíîñòü òóðáóëåíòíûõ âèõðåé. Âîçíèêàåò èíòåíñèâíàÿ òóðáóëåíòíàÿ äèôôóçèÿ è òóðáóëåíòíàÿ òåïëîïðîâîäíîñòü, âûðàâíèâàþùàÿ ãîðèçîíòàëüíûå òåìïåðàòóðíûå íåîäíîðîäíîñòè, íå ñâÿçàííûå ñ êîíäåíñàöèåé. Ãîðèçîíòàëüíûå òåìïåðàòóðíûå ãðàäèåíòû, îïðåäåëÿåìûå âûäåëåíèåì ëàòåíòíîãî òåïëà, ÿâëÿþòñÿ ñëåäñòâèåì êîíäåíñàöèè, à íå ïðè÷èíîé ãåíåðàöèè ìîùíîñòè âåòðà. Âîçäåéñòâèå êàïåëü êîíäåíñàöèè íà ìîùíîñòü ãåíåðàöèè âåòðà ñòàíîâèòñÿ ñóùåñòâåííûì ïðè îáðàçîâàíèè îäíèõ òîëüêî ìåëü÷àéøèõ êàïåëü, òåðìèíàëüíàÿ ñêîðîñòü ïàäåíèÿ W êîòîðûõ ìåíüøå ñêîðîñòè ïîäú¼ìà âîçäóõà w, W < w. Åñëè ìåëü÷àéøèå êàïëè îáðàçîâàëèñü â øèðîêîé ãîðèçîíòàëüíîé îáëàñòè, íàìíîãî ïðåâûøàþùåé âûñîòó êîíäåíñàöèè, âåëè÷èíà α (20) ìîæåò ïðèáëèæàòüñÿ ê åäèíèöå. Ïðè òàêèõ óñëîâèÿõ ìîùíîñòü êîíäåíñàöèè ñòàíîâèòñÿ áëèçêîé ê íóëþ, ïîäú¼ì âîçäóõà è êîíäåíñàöèÿ ñèëüíî çàìåäëÿþòñÿ, è òîíêèé ñëîé ìåëü÷àéøåé îáëà÷íîñòè ïðîäîëæàåò âèñåòü äëèòåëüíîå âðåìÿ ïðè áëèçêîì ê íóëþ ãîðèçîíòàëüíîì âåòðå. Ñïèñîê ëèòåðàòóðû 11, 1013 (2007). [1] A. M. Makarieva and V. G. Gorshkov, [2] Â. Ã. Ãîðøêîâ, À. Ì. Ìàêàðüåâà, À. Â. Íåô¼äîâ, [3] A. M. Makarieva, V. G. Gorshkov, D. Sheil, A. D. Nobre, and B.-L. Li, Chem. Phys. 13, 1039 (2013). 8 Hydrol. Earth Syst. Sci. ÆÝÒÔ 142, 817 (2012). Atmos. 6, 479 (1958). [4] D. F. Rex, [5] A. M. Makarieva and V. G. Gorshkov, [6] A. M. Makarieva, V. G. Gorshkov, D. Sheil, A. D. Nobre, P. Bunyard, and B.-L. Li, J. Hydrometeorol. in press, doi:10.1175/JHM-D-12-0190.1 (2013). [7] H. Irschik and H. J. Holl, [8] G. H. Bryan and J. M. Fritsch, [9] G. H. Bryan and R. Rotunno, Geophysica Int. J. Water Appl. Mech. Rev. 57, 145 (2004). Mon. Wea. Rev. Mon. Wea. Rev. [10] K. McGue and A. Henderson-Sellers, 5, 365 (2010). 130, 2917 (2002). 137, 1770 (2009). Int. J. Climatol. 21, 1067 (2001). [11] A. M. Makarieva, V. G. Gorshkov, A. V. Neodov, D. Sheil, A. D. Nobre, P. Bunyard, and B.-L. Li, J. Atmos. Sci. 70, 2916 (2013). [12] Ë. Ä. Ëàíäàó, Å. Ì. Ëèôøèö, Òåîðåòè÷åñêàÿ ñðåä, Ãîñòåõèçäàò, Ìîñêâà (1954). [13] A. M. Makarieva and V. G. Gorshkov, ôèçèêà. Ìåõàíèêà ñïëîøíûõ Phys. Lett. A 375, 1053 (2011). [14] A. M. Makarieva, V. G. Gorshkov, and A. V. Neodov, (2011). [15] O. Pauluis, V. Balaji, and I. M. Held, [16] P. R. Bannon, J. Atmos. Sci. J. Atmos. Sci. Phys. Lett. A 375, 2259 57, 989 (2000). 59, 1967 (2002). [17] Ì. È. Ëüâîâè÷, Ìèðîâûå âîäíûå ðåñóðñû è èõ áóäóùåå, Ìûñëü, Ìîñêâà (1974). [18] A. H. Oort, Mon. Wea. Rev. [19] J. P. Peixoto and A. H. Oort, New York (1992). 92, 483 (1964). Physics of Climate [20] K. Marvel, B. Kravitz, and K. Caldeira, , American Institute of Physics, Nature Climate Change 3, 118 (2013). [21] P. Hesslerov a, J. Pokorn y, J. Brom, and A. Rejskov a-Proch azkov a, Engineering 54, 145 (2013). [22] A. M. Makarieva, V. G. Gorshkov, and B.-L. Li, (2013). [23] L. E. Back and C. S. Bretherton, J. Climate 9 Ecological Theor. Appl. Climatol. , 22, 4182 (2009). 111, 79