Дэннис Пегин - Понять небо

Земля — это планета с огромными водными пространствами, окутанная атмосферой. На ней происходят многие процессы с очень мощной энергетикой от землетрясений, приливов и отливов до тропических ураганов. Мы, люди, только слабые зрители на этом грандиозном спектакле и не можем повлиять даже на обычные погодные явления.

Но в небе достаточно мелких по масштабам пространств, где модели потоков отличаются своей периодичностью и постоянством. К счастью, для пилотов-парителей эти мелкомасштабные циркуляции хорошо изучены и позволяют совершать длительные полеты. Мы называем эти потоки воздуха местными ветрами. Такое название принято в связи с тем, что они возникают от теплового и барического дисбалансов на полосе 30 км и менее. Это микрометеорология.

Отметим, что местные погодные условия хорошо изучены и понятны пилотам, потому что они наблюдают их годами в различные сезоны и при различных метеорологических процессах. Они будут объектом изучения в этой главе: причины возникновения, как их предсказать, как избежать возможных опасностей и использовать для высоких и приятных полетов.

ПРОГРЕВ И ЦИРКУЛЯЦИЯ

Главная движущая сила большинства местных эффектов — это различный прогрев. Это предполагает, что в солнечные дни одна площадь прогревается сильнее, чем соседняя. В главе 1 мы обратили внимание на то, как различные части земной поверхности прогреваются в соответствии с направлением солнечного излучения и тем, как они поглощают или отражают тепло. Основываясь на этом, мы будем разбираться, как работает местная циркуляция. Эта модель очень важна пилотам-спортсменам для определения воздействия ветра и парящих условий.

На рисунке 119 показано, что происходит с воздухом над теплым и холодным участками земной поверхности. Сначала рассмотрим случай с одинаковой температурой на большой территории. Над этой поверхностью изображены линии давления на различных высотах или изобары. Они представляют собой прямые линии, потому что давление воздуха в горизонтальном направлении ведет себя так же, как и температура.

Рис. 119. Влияние прогрева на давление

Когда начинается солнечный прогрев, участки поверхности, которые более склонны к прогреву, повышают свою температуру и нагревают воздух над собой. Более теплый воздух расширяется и изобары становятся не прямыми, а изгибающимися вверх, как показано на рисунке 119 внизу. Помните, что давление на высоте зависит от того, насколько сильно оно изменилось внизу. Так что, когда нагревающийся воздух расширяется в вертикальном направлении, то все изобары поднимаются на большую высоту, за исключением давления на поверхности.

На рисунке 119 внизу показано, что на одной и той же высоте давление в теплом воздухе выше, чем в холодном. В результате этого поток наверху начинает двигаться в сторону более холодных поверхностей, как показано стрелочкой на рисунке 120.

Рис. 120. Возникновение циркуляции из-за прогрева

Этот процесс приводит к тому, что давление над теплой поверхностью уменьшается. Через некоторое время количество воздуха над холодной поверхностью, а значит, и давление возрастет и возникнет обратное течение с холодной поверхности в сторону теплой. В результате возникает циркуляция воздуха, как показано на рисунке 120 внизу. Она существует так долго, пока продолжается солнечный прогрев. Подобный процесс можно получить у себя в квартире: закройте в ванной дверь и примите душ, после чего, открыв дверь, вы ногами почувствуете, как в ванную затекает холодный воздух, а поднятыми руками — вытекающий теплый.

Этот механизм циркуляции является причиной морских бризов, ветров на склонах и других местных ветров. Ночью, когда все остывает, тоже имеет место подобный процесс: ветер у поверхности дует с участков, которые охлаждаются быстрее. Хотелось бы также отметить, что во время сильной дневной термичности циркуляция воздуха от неравномерного прогрева может затормозиться или прекратиться вообще.

Сформулируем очень важный итог — результат вышеприведенных рассуждений: У поверхности циркуляция связана с прогревом. Воздух перемещается от холодных участков к теплым; Теплый воздух поднимается, а холодный опускается.

МОРСКИЕ БРИЗЫ

Одним из самых очевидных мест, где граничат друг с другом холодная и теплая поверхности, является побережье, где постоянно дуют морские и береговые бризы. Это классический пример циркуляции от неравномерного прогрева двух граничащих участков поверхности.

Как мы знаем, прогрев земной поверхности зависит от ее структуры и состава. В любом случае днем она всегда теплее, чем вода (за исключением, конечно, земли, покрытой снегом). Поверхность моря нагревается очень мало, причем, большое количество тепла расходуется на испарение, солнечные лучи проникают вглубь, распределяя тепло вниз. Поэтому море в течение дня остается более холодным, чем земля.

Типичная ситуация с морским бризом днем и береговым ночью показана на рисунке 121.

Рис. 121. Морской и береговой бризы

Первые дуновения морского бриза появляются утром, как только солнечные лучи начинают нагревать землю. Несколько позднее он обычно окончательно устанавливается и усиливается до середины второй половины дня, когда прогрев максимален. В течение дня, благодаря эффекту Кориолиса, направление морского бриза может измениться, довернув вправо в северном полушарии и влево в южном (вплоть до ветра вдоль береговой линии).

Рисунок 122 иллюстрирует типичное изменение направления морского бриза за день.

Рис. 122. Изменение бриза в течение дня

МОРСКОЙ БРИЗ И ОСНОВНОЙ ВЕТЕР

Бриз с озера или морской бриз может возникать около любого водного пространства: от маленького озера до океана. Сила его меняется в зависимости от разницы температур суши и воды, а также от размеров водной поверхности. Бризы очень сильно зависят от господствующих в данном районе основных ветров. Основной ветер, возникающий от взаимодействия крупномасштабных барических систем, может очень неожиданно повлиять на морской бриз. Долго не раздумывая, мы предполагаем, что основной ветер, дующий с суши на море, мешает или совсем прекращает процесс формирования морского бриза, но это не совсем верно при ветрах до ~24 км/ч. Если, например, дует легкий ветер в сторону моря, он у поверхности будет тормозить зарождающуюся циркуляцию, но в то же время помогать ей наверху, что, в конечном итоге, все-таки приведет к образованию морского бриза. Сильный неравномерный прогрев возле моря создает барическую систему, которая индуцируют у земли воздушный поток, противоположный ветру.