Дэннис Пегин - Понять небо

В холмистых и горных районах интервал между изобарами для ветра 24 км/ч должен быть меньше из-за эффекта торможения. Важно знать свой район, в смысле зависимости плотности изобар и скорости ветра.

Интервал между изобарами для ветра 24 км/ч

Широта ∙ Интервал (км)

60 ∙ 230

55 ∙ 245

50 ∙ 260

45 ∙ 282

40 ∙ 312

35 ∙ 349

30 ∙ 397

25 ∙ 475

20 ∙ 582

ИЗОБАРЫ И ВЕТЕР

Понятно, что воздух получает импульс для движения от барических систем перпендикулярно изобарам. Однако, как показано ранее, эффект Кориолиса приводит к повороту ветра. То есть достигается определенный баланс между силами Градиента давления, эффектом Кориолиса и центробежными силами ( приложение II ). На рисунке 64 мы видим карту погоды, где показаны барические системы на высоте 6000 м над Северной Америкой. Стрелки показывают направление ветра: по часовой стрелке вокруг антициклона, наоборот вокруг циклона и всегда параллельно изобарам.

Рис. 64. Циркуляция на высоте

На поверхности ситуация несколько отличается.

Стационарные, обширные области высокого и низкого давления, воздушные течения на высоте и прогрев усложняют ситуацию у земли, как показано на втором рисунке. Также торможение воздушных масс, соприкосающихся с поверхноcтью, приводит к замедлению движения и уменьшению эффекта Кориолиса. В результате, у поверхности направление ветра не параллельно изобарам, а пересекает их. Угол пересечения может быть как маленький -10° над водой, где торможение минимально, так и большой — 40° или 50° над холмистой или горной местностью. Поток зимой и в высоких широтах с более холодным воздухом, а значит и более плотным, подверженным большему торможению, пересекает изобары под большим углом. Зная это, мы можем предположить направление и скорость ветра, имея карту давлении на поверхности.

В обоих барических системах и высокого, и низкого давления ветер усиливается с увеличением градиента давления. Причем, в антициклонах центробежные силы помогают силам градиента давления, противодействуя им в циклонах. Учитывая это, мы могли бы надеяться на более сильные ветра в антициклонах, но, фактически, все наоборот, потому что изобары расширяются при удалении от центра антициклона, в то время, как в циклонах, чем ближе к центру, тем больше градиент давления (сжатые изобары) и более сильный ветер. Также ветры имеют тенденцию ослабевать к центру антициклона, где воздух движется сверху и наоборот — в циклоне.

ЦИРКУЛЯЦИЯ НА ВЫСОТЕ

Уточним основную циркуляцию на высоте. Мы можем получить карту изобар для любой высоты, картинку распределения давления и, как дуют ветры. Метеостанции с помощью метеозондов определяют давление на различных высотах, данные обрабатываются центральным процессором и рисуются карты. Типичные таблицы погоды готовят для карт приземных, 850 гПа (~ 1600 м), 700 гПа (~ 3300 м), 500 гПа (~ 6000 м) и 300 гПа (~ 10 000 м). Эти высоты не точные, фактически таблицы показывают контуры определенного давления.

Циркуляция на высоте теряет такую детальность, как у поверхности, и показывает только какие-то характерные черты в крупных масштабах. Совершенно законченные, замкнутые циркуляции, это циклоны и антициклоны, частота их уменьшается с высотой. Чаще встречаются гребни в зонах высокого давления и впадины при низком. Типичная циркуляция в верхних слоях с характерными особенностями показана на рисунке 65.

Рис. 65. Гребни и впадины

Отметим, что гребень спускается вниз из центра возвышенности (высокого давления) и вращение воздуха по изобарам по часовой стрелке. Впадины тянутся из барических систем низкого давления и расположены там, где изобары вытянуты по направлению к экватору, в них циркуляция против часовой стрелки.

Эта модель, созданная для северного полушария, приемлема и южнее экватора. Мы видим, что основные западные ветры движутся вверх-вниз на гребнях и впадинах (рис. 58). Их называют длинные волны, и, обычно, их от трех до семи вокруг земного шара. Они накладываются на короткие волны, показанные на рисунке 65.

Длинные волны чаще всего движутся медленно, дрейфуя в восточном направлении или стоят на месте несколько дней. Воздушные течения вокруг них могут нести тропический воздух далеко на север и полярный далеко на юг. Короткие волны, быстро двигаясь, пересекают длинные волны. Ситуация на поверхности под серией коротких волн показана на рисунке 66. Волны вызывают серию центров низкого давления на поверхности.

Рис. 66. Волны у поверхности

ВПАДИНЫ В ВЕРХНИХ СЛОЯХ

Когда формируется впадина в верхних слоях, она образует облака в поднимающемся воздухе так же, как система низкого давления. Обычно эти облака располагаются широким поясом на высоте, если, конечно, впадина не углубляется до земли. В этом случае, облака гуще и часто одаривают нас осадками типично, как облака в приземных циклонах.

Понимая процессы в верхних слоях, пилоты могут предсказать ветер и погоду до и после каких-то погодных явлений. В основном восходящие потоки и дожди предшествуют впадине в верхних слоях воздуха с юго-западными ветрами наверху и западными у поверхности (северо-западные наверху и западные у поверхности в южном полушарии), как на рисунке 67. Когда проходит гребень на высоте, дуют северо-западные ветры и западные у поверхности (юго-западные наверху с западными у поверхности в южном полушарии) и ясно. Отметим, что ветер поворачивает против часовой стрелки на высоте до впадины и по часовой стрелке, когда она проходит (в обоих полушариях).

Рис. 67. Впадина

СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ

На рисунке 43 показано расположение струйных течений на границах воздушных масс. Мы будем рассматривать, как они формируются в следующей главе, а здесь только констатируем, что скорость в них очень высока, более 320 км/ч на некоторых участках и направлены они с запада на восток. Струйные течения полярных фронтов, в основном, круговые вокруг Земли, но образуются в сегментах длиной 1600–4800 км.

Тропические струйные течения имеют тенденцию быть спокойнее, выше и короче. Полярные течения являются хорошим индикатором погоды у земли. Когда течение с плавным изгибом пересекает какую-нибудь территорию, как на рисунке 68, оно имеет малую область влияния и определяет в основном хорошую погоду южнее (севернее в южном полушарии). Когда струйное течение имеет сильный изгиб, как на второй части рисунка, оно определяет холодный фронт и формирование циклона, который за ним вскоре последует. Это течение обычно предшествует фронту за несколько часов или дней, хотя мощный фронт может располагаться и двигаться относительно струйного течения, как показано.