Ян Проктор - Плавание под парусом: ветер, волнение и течения

Построение диаграмм искривления ветрового потока в основном такое же, как при рефракции световых волн по волновой теории света. Это показано на рис. 84, где АВ — расстояние X, пройденное столбом воздуха за 1 минуту над водой. Расстояние, пройденное воздухом за 1 минуту над сушей, уменьшилось (за счет трения) до 3/ 4X. Следовательно, мы можем описать полукруг с центром в точке В и радиусом 3/ 4X. Линия из точки Р касается полукруга в точке Q. BQ дает направление перемещения столба воздуха над сушей.

Однако построение плана рефракции имеет небольшое практическое значение, так как на воздушный поток одновременно влияет много других факторов.

Рис. 83. Замедление одного края столба воздуха раньше другого вызывает рефракцию ветрового потока. Трение о поверхность суши уменьшило скорость ветра с 400 до 300 метров в минуту.

Следует отметить, что степень искривления воздушного потока за счет рефракции при ветре, более или менее перпендикулярном берегу, меньше, чем при его косом подходе. Это обстоятельство необходимо иметь в виду при совместном рассмотрении рефракции и других факторов, влияющих на искривление воздушного потока.

Рефракция не проявляется (по крайней мере теоретически) до пересечения береговой линии, где начинает сказываться разница в скорости ветра над сушей и водой. Следовательно, при ветре на сушу влияние рефракции часто заметно настолько близко от берега, что не имеет практического значения для яхтсменов, но при береговом бризе этот эффект может быть полезен. Однако еще до рефракции некоторый поворот воздушного потока в направлении рефракции все-таки происходит.

Рис. 84. Построение диаграммы рефракции. Скорость ветра, равная над водой х, над сушей уменьшается до 3/ 4х

При ветре как на берег, так и с берега воздушный поток после искривления рефракцией неизбежно возвращается к своему первоначальному направлению. Это показано на рис. 81 и 82. Конечно, иногда на воздушный поток кроме рефракции влияют и другие факторы и их действие может препятствовать возвращению ветра к первоначальному направлению, но даже в этих случаях некоторый возврат все же отмечается.

Причиной возврата является трение между слоями воздуха, расположенными на различной высоте. Рефракция действует до сравнительно небольших высот, где ощущается замедляющее влияние трения о землю. На достаточно больших высотах трение о поверхность суши не влияет на ветер и рефракция не наблюдается, здесь возможно только незначительное изменение направления ветрового потока из-за трения между различными горизонтальными слоями воздуха.

Таким образом, основная масса ветрового потока пересекает береговую линию без рефракции, и трение между основным потоком и слаборефрагированным ветром внизу постепенно выталкивает нижележащий воздух в направлении его собственного движения.

У береговой линии при соответствующих условиях наиболее сильно ощущается влияние морских и береговых бризов.

В жаркий летний день, если нет ветра с берега, обусловленного полем давления, возможно образование бриза, несущего холодный воздух от поверхности воды на замену теплому воздуху, который поднимается над более быстро нагревающейся сушей (см. гл. 11 и 13). Такие бризы, следуя из более холодного района в более теплый, обычно пересекают береговую линию примерно под прямым углом. Бриз (или тенденция к его образованию, если ветер, обусловленный полем давления [19] В дальнейшем для удобства будем иногда называть его градиентным ветром, или генеральным ветровым потоком. Несмотря на неточность этого определения для ветра у поверхности, суши или воды, оно довольно часто используется в прикладных работах. В последнее время ветер, обусловленный полем атмосферного. давления, стали называть также фоновым ветром. (Прим. перев.) , слишком силен и препятствует заметному появлению бриза) будет влиять на градиентный ветровой поток.

Даже слабые ветры, дующие с берега, препятствуют образованию бризовой циркуляции. При ветре на сушу влияние береговой линии на термики обычно распространяется гораздо дальше, чем при рефракции. Эти термики могут проявляться как морской и береговой бризы большого масштаба или как более легкие локальные возмущения.

Форма береговой черты также может оказывать сильное влияние на направление ветра.

Если ветер спускается с относительно высокого обрыва под углом к береговой линии, то, подобно любому скатывающемуся телу, ветер (при отсутствии других сил) стремится вниз, а не поперек холма. Можно допустить некоторую аналогию между действием ветра на склон холма и попыткой прокатить мяч под углом к склону: мячик будет отклоняться от первоначального движения и неизбежно скатится вертикально вниз.

Можно также применить эту аналогию к воздушному потоку, набегающему на наветренную сторону холма под некоторым углом. Мяч, катящийся вверх по склону под некоторым углом, стремится изменить направление, следуя по линии наименьшего сопротивления, то есть вдоль основания склона. Аналогичным образом — ветер, приближающийся под углом к склону, стремится повернуть к нему под более острым углом и идти вдоль основания. (Аналогию не следует распространять слишком далеко, так как мячик обязательно будет скатываться вниз по склону, а с ветром, перемещение которого зависит не только от количества движения, этого не происходит.)

Таким образом, влияние конфигурации берега на ветер с суши и с моря прямо противоположно. Береговой эффект отклоняет ветер с моря параллельно крутому берегу, этот же эффект заставляет ветер с суши опускаться с обрыва под прямым углом.

Замедление морского ветра трением о сушу при пересечении береговой черты приводит не только к рефракции, но и к другому важному явлению.

Как уже говорилось, в жаркий день при ветре к берегу наблюдается тенденция к образованию бризовой циркуляции, которая в значительной степени может быть замаскирована движением воздуха, обусловленным полем давления. Воздушный поток, возникающий в результате этой тенденции, может таковым не восприниматься, так как не исключено существенное влияние генерального ветрового потока. Но тем не менее бризовая циркуляция существует, а направление и сила ветра при пересечении линии берега являются результатом сложения двух ветров, общего и бризового, каждый из которых имеет свою скорость и направление.