Градиент

Градиент, разность метеорологического элемента (атмосферного давления, температуры и др.) на единицу расстояния по кратчайшему пути от больших величин к меньшим, т. е. по направлению, перпендикулярному к линиям или к поверхностям равных величин этого элемента. Различают градиенты или по элементам  — барические, термические, геотермические, — или по направлению — горизонтальные и вертикальные. Особенное значение имеет горизонтальный барический градиент; от него зависит скорость движения воздуха, потому что воздух передвигается вследствие разности атмосферного давления, как вода в реках течет от истока к устью вследствие наклона русла. Английский ученый XVII в. Галлей вывел закон: ветер всегда стремится из стран, имеющих высокое барометрическое давление, в те страны, где оно ниже. В XIX в. закон Галлея был дополнен Бейс-Баллотом, установившим направление, и Стевенсоном, установившим скорость этого движения в зависимости от градиента. Барический градиент есть движущая сила для масс воздуха, пропорциональная синусу угла наклона поверхностей равных давлений к поверхности уровня, т. е. горизонтальной; она же пропорциональна падению барометрического давления на единицу длины. За единицу длины в метеорологической практике принимается один градус широты, равный 111,2 километра, или 60 морским милям, а разность давления воздуха выражается в миллиметрах и в английской литературе в сотых долях дюйма. Умножая в умеренных широтах градиент в миллиметрах в среднем на 3,7, получаем скорость ветра в метрах в секунду; однако, этот множитель 3,7 изменяется в течение суток, в течение года, в зависимости от направления ветра, от географической широты, от морского и континентального положения места, от высоты над уровнем моря, от топографических условий и пр. Днем, летом, на море, на большой высоте и между тропиками этот коэффициент больше, чем ночью, зимой, на континенте, в нижних слоях атмосферы и в умеренных и высших географических широтах. При одном и том же градиенте в более теплое время года и суток и в более теплых местах, а также на море, сила ветра больше, чем на суше и в холодных местах и холодное время суток и года. Такая разница объясняется усиленными вертикальными течениями, а на море малым трением воздуха о поверхность воды. В зависимости от географической широты одна и та же разность барометрического давления вызывает в широте 20° силу ветра в два раза больше, чем в широте Москвы. На Немецком море упомянутый множитель при северных и восточных ветрах равен 4,2, а при южных и западных — 3,2. При тропических циклонах (ураганах, тайфунах) градиент, следовательно, и сила ветра, очень велики; во время циклона у островов Фиджи наблюдали от 24 до 29 мм, а в Аравийском море до 38 мм. Вертикальный барический градиент выражает степень неравновесия атмосферы. Строго говоря, вертикальный и горизонтальный градиент представляют собою слагающие направления градиента.

Вертикальный термический градиент в атмосфере выражается потенциальной температурой, а в случае возможного сгущения водяных паров — эквивалентно-потенциальной. Вертикальный термический градиент ниже поверхности земли называется геотермическим градиентом и выражается числом метров, углубляясь на которое получим повышение годовой средней температуры на 1°. Для глубин до 5 метров получается около 4 метров на 1°С; для больших глубин геотермический градиент увеличивается, до 1 000 метров глубины он равен приблизительно 30 метрам, а глубже 1 000 метров он еще больше возрастает. Глубже 1 километра имеется очень мало наблюдений, и максимальная глубина, до которой дошли буровые скважины, 2 километра. Вычислять при помощи геотермического градиента температуру внутри земного шара, радиус которого 6 377 км, нельзя.

Э. Лейст.