Гэвин Претор-Пинней - Занимательное облаковедение. Учебник любителя облаков

Ученые Бергенской школы первыми предположили, что атмосфера ведет себя подобно огромному тепловому двигателю. В то время как части атмосферы над жаркими тропиками нагреваются, ее участки над полюсами остаются холодными.

Чтобы сгладить различия в температурах, воздух перемещается вокруг земного шара и перераспределяет тепло. Норвежцы установили, что эти перемещения могут быть описаны через движение обособленных воздушных масс: подобно теплым и холодным океанским течениям, они перемешиваются в значительно меньшей степени, чем нам могло бы показаться.

Бергенцы открыли волнообразный характер температурной неоднородности, заключающейся в том, что массивы теплого воздуха с экватора сталкиваются с массивами холодного воздуха с полюсов. Они установили, что эта неоднородность охватывает земной шар на широте 50–60° как в Северном, так и в Южном полушарии.

Именно вдоль этой извилистой, постоянно сдвигающейся границы между воздушными потоками рождается переменчивая погода умеренных поясов. Поскольку в те годы все еще помнили о войне, Бьёркнес назвал эту линию «полярным фронтом», позаимствовав термин из языка военных. Название оказалось более чем уместным, поскольку именно на этих фронтах воздушные массы частично прорываются друг в друга. Там же закладывается погода, ведущая к типичной цепочке превращения облаков, которая начинается с робкого шепота перистых облаков и заканчивается грохотом мощного кучевого или даже гулом кучево-дождевого облака.

«Приливы» и «отливы» состязающихся воздушных масс (теплого воздуха, движущегося из тропиков к полюсам, и холодного воздуха, перемещающегося в противоположном направлении) ведут к тому, что линия полярного фронта непрерывно сдвигается то к северу, то к югу, расплывается или, напротив, становится более четкой, рвется и перестраивается. Удивительно, до чего изменчива эта линия сражений, разгорающихся лишь из-за того, что солнце в разной степени нагревает разные части земного шара.

Когда в средних широтах перистые облака распространяются по всему небу и соединяются друг с другом, эта примета заранее указывает на грядущее снижение атмосферного давления.

Какое нам дело до того, что перистые облака возвещают об «ухудшении» погоды, если они столь прекрасны, как эти представители вида перистых нитевидных облаков?

Только в годы Второй мировой войны летчики заметили высоко в тропосфере крайне быстрые полосы ветра, соответствующие, как выяснилось, общему расположению полярного фронта. Эти скоростные струйные течения, как их стали называть, перемещаются высоко в тропосфере между блуждающими линиями температурной неоднородности. На высоте около 30 000 футов [96] Около 9 км. летчики, пытавшиеся лететь против струйного течения, с удивлением обнаружили, что фактически стоят на месте. Когда же они летели по течению, время полета в значительной степени сокращалось. Именно струйные течения над полярным фронтом в Северном полушарии — причина того, что полет из Лондона в Нью-Йорк может занять на час меньше, чем путешествие обратно.

Порой в небе можно увидеть уходящие к горизонту длинные полосы перистого облака, создаваемые струйным течением, — ледяные кристаллы, разметанные вдоль потоков высотного скоростного ветра. Струйные течения заметно влияют также на движение завихрений и ряби, формирующихся вдоль полярного фронта.

Именно перемещение этих завихрений, подталкиваемых струйным течением в восточном направлении, на границе между воздушными массами и взяла за основу Бергенская школа, объясняя устойчивую последовательность смены облаков, характерную для умеренных поясов.

***

По мере того как росло признание предложенной норвежцами модели, метеорологи все реже смотрели на барометры и все чаще — на облака. Впервые появилось объяснение того, как облакообразование в умеренных поясах связано со сменой погоды. Хотя сама по себе мысль о том, что определенный тип облакообразования предвещает грозу, восходит по меньшей мере ко временам Аристотеля, ученые обычно относили ее к разряду народных примет. Бьёркнес и его помощники обнаружили, что этот особый тип облакообразования удивительным образом повторяется всякий раз при столкновении теплых и холодных воздушных масс.

В средних широтах иногда можно ощутить выраженные перепады температур вследствие того, что под действием струйного течения полярный фронт заметным образом завихривается назад и вверх. Сперва на смену более холодному (полярному) воздуху приходит более теплый (тропический), а затем, когда завихрение проходит, он вновь замещается полярным воздухом. Именно вдоль границ между воздушными массами образуются облака и, как следствие, выпадают осадки.

***

Теплый воздух обладает меньшей плотностью по сравнению с холодным, поэтому при их столкновении именно теплый воздух обычно поднимается наверх. Если по пути из тропиков он движется над океанами, в нем накапливается немалое количество водяных паров. Поднимаясь над холодным воздухом, он охлаждается, и часть этих паров сгущается в облака.

Поднимающийся вверх теплый воздух заставляет стрелки барометров уходить вниз шкалы, показывая, что атмосферное давление на уровне земли снижается, и в результате «сражения воздушных масс» образуется область пониженного давления.

Обе части классической последовательности смены облаков происходят на границе температур в конце области пониженного давления. Чем больше разница в температуре и влажности воздушных масс, тем крупнее облака и тем сильнее осадки.

С приходом более теплого воздуха начинается более постепенная смена облаков, организованных в слои (исходно — в верхних слоях тропосферы). А когда более холодный воздух вновь начинает подталкивать массивы более теплого вперед, наступает очередь более стремительной последовательности облаков конвекционного происхождения. Таким образом, завихрение в перемежающейся линии воздушных масс состоит из двух частных фронтов, именуемых «холодным» и «теплым».

Теплый фронт в передней части завихрения постепенно наклоняется, что ведет к незначительному подъему больших массивов теплого воздуха. В свою очередь, этот подъем вызывает утолщение поверхностных волокон перистых облаков, за которыми следуют все более и более глубокие слои облака. Между двумя половинами последовательности небо может очиститься, пока участок теплого воздуха не начнет подниматься вверх. Однако, когда вновь приходит холодный воздух, незамедлительно начинается вторая часть последовательности. Теплый воздух резко поднимается вверх, тогда как холодный буквально ввинчивается вниз. Вдоль холодного фронта могут образовываться неустойчивые кучево-дождевые облака, вздымающиеся подобием огромных башен. Резкий подъем воздуха приводит также к усилению ветра.