Дэннис Пегин - Понять небо

СЛОИ ВОЗДУХА

Воздух не всегда состоит из однообразной массы от поверхности до тропопаузы. Имеет смысл рассматривать воздух по слоям. Первым подтверждением такой возможности является холодный слой воздуха у поверхности ясными ночами. В горных районах холодные ветры, движущиеся у склонов, могут создавать слои. Отметим возможность движения верхнего слоя воздуха над более холодным, находящемся в долине, в горах. И, конечно, мы должны иметь представление о слое инверсии.

Все эти расслоения связаны с разностью температур. Важно отметить, что профиль ветра часто связан с температурным градиентом. Это происходит потому что воздушные массы, имеющие различную температуру, имеют различную плотность, а это не способствует их перемешиванию. В результате, мы часто находим теплые слои, скользящие по холодным или наоборот.

На рисунке 88 показаны некоторые профили ветра и соответствующие градиенты температуры. Эти профили могут изменяться ото дня к ночи или сохраняться в течение нескольких дней, если они результат прихода крупных воздушных масс: Отметим, что и турбулентность часто ассоциируется с движением двух соседних слоев. Турбулентность может создавать, собственную температурную инверсию, когда в результате нее более холодный воздух оказывается ниже более теплого. Более теплый воздух, являясь более влажным, поднимается и образует слой слоисто-кучевых облаков. Этот тип облаков указывает на слоистость воздуха и турбулентность в этом слое.

Пилоты воздушных шаров предпочитают летать либо рано утром, либо поздним вечером, когда нет сильных ветров у земли. Однако, на высоте ветер есть, и он обеспечивает дрейф шара. На разных высотах слои воздуха движутся в различных направлениях. Пилоты воздушных шаров используют это для полета в нужном направлении. Довольно часто опытные пилоты шаров могут привести шар и посадить его в месте старта, находя на различных высотах нужные потоки.

Рис. 88. Градиент температуры и профиль ветра

СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ МАЛЫХ ВЫСОТ

Струйные течения малых высот не сравнимы с полярным струйными течениями, но природа их возникновения аналогична — температурный градиент. Они обычно возникают ночью из-за плотных холодных ветров, движущихся с больших высот вниз к земле. В результате разница в скоростях, ведь основной ветер ослабевает с высотой (рис. 89). Маловысотное струйное течение может быть достаточно интенсивным и турбулентным.

Днем интенсивность течения снижается вследствие перемешивания воздуха под и над ним. Однако имеются исключения, например, ветер, который пересекает Великие равнины в США (рис. 59). Его можно отнести к струйным течениям, но интенсивность его максимальна днем, когда наивысший прогрев.

Рис. 89. Струйное течение у поверхности

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ВЕТРЫ

Мы начали эту главу с упоминания о ветрах настолько знаменитых или особенных, что они получили собственные имена. Многие из них являются фенами. Фен— это общий термин для обозначения ветра, который осушается и нагревается при сжатии, когда он переваливает горную гряду и спускается в долину ( приложение III ). Термин фен пошел от ветров Швейцарии, дующих с гор в глубокие долины. Еще один тип ветра называется бора. Он тоже относится к ветрам, спускающимся вниз с гор. Бора более холодный, чем замещаемый им воздух. Обычно бора возникает в полярных районах, таких как Аляска и Скандинавия.

Существует два типа фенов. Первый возникает, когда холодные, сухие воздушные массы высокого давления застаиваются в запирающем их горном районе. Воздух начинает перетекать через вершины и, если в долинах по другую сторону гор низкое давление, возникает фен. Скорость его 60-100 км/ч, отмеченный максимум около 150 км/ч. Этот ветер может продолжаться несколько дней с постепенным затиханием, внезапными прекращениями и возобновлениями. Он типичен для зимы и весны, когда существуют мощные барические системы.

Второй тип фена возникает, когда маловысотный слой влажного воздуха пересекает горы. Этот воздух нагревается и осушается таким образом, как показано в приложении III .

Фены могут действовать как теплый фронт и выдавливать более холодный воздух от подветренной стороны гор, если этому способствует градиент давления. Иногда фен может дуть на некоторой высоте, лишь изредка прорываясь к поверхности. Он может приходить как фронт или как относительно узкий поток, в зависимости от топографических особенностей и барической модели в данном районе. В любом случае фен повышает температуру и понижает влажность Действие фенов часто связано с волновыми процессами в атмосфере ( гл. 8 ). На подветренном склоне провоцируется волна, которая меняет длину или амплитуду там, где фен достигает земли.

Хорошо известен фен в Альпах, в основе которого лежит подобный механизм. Воздух, двигаясь волнообразно вверх и вниз, достигает периодически уровня конденсации, и поэтому фен часто сопровождается слоисто-кучевыми облаками, расположенными группами, как показано на рисунке 91.

Рис. 90. Типы ветров фен

Рис. 91. Феновая щель (глаз)

ВЕТРЫ СЕВЕРНОЙ АМЕРИКИ

На рисунке 92 показана западная часть северо-американского континента. Основные ветры здесь это фены.

Рис. 92

Восточные ветры ( east wind ) значительно выше к северу. Они могут быть слабыми и дуть над поступающим с запада холодным морским воздухом и сильными, проникая в долины.

Северные (north) и Mono (Mono) ветры Северной Калифорнии дуют в Большом Бассейне между Скалистыми горами и побережьем.

Ветры chinook дуют с западных склонов Скалистых гор. В зимнее время они могут быстро принести оттепель, известны случаи, когда температура поднималась на 17°-22 °C за несколько минут.

В Южной Калифорнии фен называют Santa Ana . Эти ветры также зарождаются в Большом Бассейне и часто дуют на южном побережье. Если Santa Ana слаб, он дует высоко над морскими бризами и может преобладать только на отдельных склонах. Морской бриз может повернуть этот ветер, который не заходит далеко в море. В другом случае сильный Santa Ana прижимается к поверхности и образует северо-восточный ветер, передавливая дневной морской бриз и создавая турбулентность.