Направление ветра

Прежде чем объяснить, к чему это приведет, рассмотрим роль температуры. В течение дня под действием теплового излучения солнца земля нагревается. Она нагревает прилегающий к ней слой воздуха, затем в результате конвекции нагреваются, хотя и в меньшей степени, более высокие слои воздуха. Возникающий в тихий солнечный день отрицательный температурный градиент часто весьма значителен по величине. Ночью земля отдает тепло воздуху, но уже не получает его от солнца. Путем конвекции нагретый воздух перемещается на большие высоты, и в ясную, тихую ночь нередко наблюдается значительный положительный температурный градиент, или «температурная инверсия».

В теплом воздухе скорость звука больше, чем в холодном. При отрицательном температурном градиенте скорость звука уменьшается по мере удаления от поверхности земли. Аналогичное явление наблюдается, когда звук распространяется против ветра при положительном градиенте скорости ветра: в этом случае убывание скорости звука с высотой получается в результате вычитания из нее скорости встречного ветра.

Как это отражается на распространении звука? Это видно из рис. 33. На нем изображен фронт звуковой волны, бегущей при положительном градиенте скорости ветра и отрицательном температурном градиенте. В верхней части волновой фронт распространяется в более холодном воздухе или против более сильного ветра и поэтому двигается с меньшей скоростью, чем в нижней части. В результате фронт волны изгибается кверху. Аналогично, если в лодке грести одним веслом сильнее, чем другим, то лодка поворачивает в сторону от него. На рис. 33 показан результирующий эффект. Если звуковая волна распространяется от источника против ветра или бежит в любом направлении в атмосфере при отрицательном температурном градиенте, ее путь искривляется кверху и земля оказывает экранирующее действие, сопровождаемое возникновением звуковой тени. Экранирование при этом не полное, так как вследствие дифракции звука волна проникает и в область тени — с этим явлением мы скоро познакомимся. Во всяком случае, за пределами критического расстояния между источником звука и точкой, где волна, проходящая ниже всех остальных, касается поверхности земли, интенсивность звука значительно снижается. Это снижение особенно сильно выражено для высокочастотного звука, что также связано с явлением дифракции. Напротив, при распространении звука по ветру или в условиях температурной инверсии фронты волн изгибаются в обратном направлении, что приводит к прямо противоположным результатам.

Рис. 33. Влияние убывания температуры с высотой и положительного градиента ветра на распространение звука.

1 — температура убывает с увеличением высоты;

Поиск по сайту: