big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Струйные течения и высотные фронтальные зоны

На ежедневных картах барической топографии в средней и верхней тропосфере, как и в нижней стратосфере, выделяются переходные зоны между высокими холодными циклонами и теплыми антициклонами. Это — уже знакомые нам фронтальные зоны, характеризующиеся большим сгущением относительных и абсолютных изогипс. Высотные фронтальные зоны в обоих полушариях окаймляют земной шар. Перемещаясь вдоль этих фронтальных зон, легко обнаружить, что на одних участках изогипсы значительно сгущены и имеет место, сходимость потоков, а в других, наоборот, изогипсы разрежены и потоки расходятся. Зоны сгущения изогипс, где потоки сходятся, называются входом фронтальной зоны, зоны разрежения, где потоки расходятся,— дельтой.

К числу основных характеристик высотных фронтальных зон, кроме градиентов температуры и давления, а в нижней тропосфере и влажности, относится также и ветер. Во фронтальных зонах очень часто скорости ветра на высотах превышают 30 м/сек, или 108 км/ч, т. е. имеют порядок скоростей, принятых в качестве критерия для определения струйных течений. Свое название «струйные» такие воздушные течения на высотах получили в 40-х годах текущего столетия. Они представляют собой сильные воздушные течения, как бы струи в середине воздушных потоков, имеющих малые скорости. Вместе с высотными фронтальными зонами они, усиливаясь и ослабевая, быстро смещаются во внетропических широтах на сотни и тысячи километров.

Струйные течения обычно имеют протяжение несколько тысяч километров, но интенсивность их не везде одинакова. Усиление и ослабление струйных течений происходит в зависимости от процессов фронтогенеза и циклогенеза. При этом даже в случае меридиональных преобразований термобарического поля атмосферы возникающие очень сильные струйные течения имеют длину, не превышающую 1—3 тысячи километров. От центра струи, т. е. ее оси, скорости ветра к периферии быстро уменьшаются. Изменения градиента скорости, называемые сдвигом ветра, в зоне струйного течения достигают больших величин как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.

По определению Аэрологической комиссии Всемирной метеорологической организации, струйным течением называется сильный узкий поток с квазигоризонтальной осью, расположенный в верхней тропосфере или стратосфере и характеризующийся большими вертикальными и горизонтальными сдвигами ветра, с наличием одного или более максимумов скоростей ветра. Струйные течения имеют тысячу километров в длину, сотни километров в ширину и несколько километров в толщину.

Вертикальный сдвиг ветра составляет 5—10 м/сек на 1 км и боковой сдвиг — 5 м/сек на 100 км. Нижний предел скорости ветра вдоль оси 30 м/сек (108 км/ч).

Соотношение масштабов показывает, что струйное течение представляет сплюснутую, сравнительно узкую зону больших скоростей ветра.

Струйные течения характерны для всех районов земного шара. По высоте они подразделяются на тропосферные и стратосферные. В свою очередь тропосферные струйные течения подразделяются на струйные течения умеренных широт и субтропические, с преобладающим западным направлением потоков. Стратосферные струйные течения зимой имеют преимущественно западное, а летом восточное направление.

Струйные течения умеренных широт возникают между высокими антициклонами и циклонами. Они являются наиболее подвижными, а по интенсивности наиболее изменчивы, в связи с непрерывным возникновением и развитием циклонов и антициклонов. Высота оси струи располагается чаще всего на уровне 7—10 км зимой и 8—11 км летом. Максимальные скорости на оси струи колеблются в широких пределах, в зависимости главным образом от температурных контрастов в высотных фронтальных зонах. Средние максимальные скорости ветра обычно равны 40—50 м/сек, т. е. являются ураганными. Иногда наблюдаются скорости, превышающие 80—100 м/сек.

Субтропические струйные течения в северном полушарии формируются на северной периферии высоких субтропических антициклонов. Они являются менее подвижными, но при меридиональных преобразованиях заметно перемещаются, меняя интенсивность. Средние максимальные скорости на оси струи зимой местами превышают 50—60 м/сек, летом около 30—40 м/сек. Высота оси струй 12—14 км. Зимой субтропическая струя смещается в сторону тропиков и находится большей частью между широтами 25—35°. К лету она смещается к северу на океанах на 5—10°, на суше на 10—15°. Струйные течения особенно интенсивны у восточных берегов материков Азии и Северной Америки и относительно слабее над восточными районами Атлантики и Тихого океана.

Исследования показали, что любое струйное течение возникает в результате формирования высотных фронтальных зон с большими горизонтальными градиентами температуры. Даже субтропические струйные течения, которые ряд авторов относит к бесфронтальным, также связаны с фронтальными зонами. Поводом для отнесения их к бесфронтальным, по-видимому, послужило то, что очень часто в системе этих струй фронты у поверхности земли бывают размыты. Размывание фронтов и уменьшение контрастов температуры в нижних слоях тропосферы вызывается быстрым прогреванием холодного зафронтального воздуха, протекающего над нагретой подстилающей поверхностью субтропической зоны. Но и в этих случаях фронты довольно отчетливо обнаруживаются в средней и верхней тропосфере.

Внутрисезонные перемещения субтропических струйных течений, как усиление и ослабление их, тесно связаны с междуширотным обменом. Один из случаев внутрисезонного перемещения субтропической струи над Кавказом, сопровождавшегося размыванием холодного фронта, показан в работе автора. Так, за период с 20 мая по 10 июня 1956 г. субтропическая струя с максимальными скоростями до 200 км/ч сместилась к югу более чем на 400 км. Вторгшийся за холодным фронтом воздух в слоях, близких к поверхности земли, быстро прогрелся. На Северном Кавказе в течение этого периода похолодание было отмечено не только на высотах, но и у поверхности земли. В Ереване значительное понижение температуры до 10° наблюдалось во всей тропосфере и весьма ничтожное — в приземном слое воздуха. Еще южнее, в Хаббании (вблизи Багдада), при общем понижении температуры воздуха в тропосфере в нижнем километровом слое не произошло заметного изменения температуры.

Процесс размывания холодного фронта в нижней половине тропосферы характерен не только для физико-географических условий Кавказа и Армянского нагорья. Исследование возникновения и перемещения струйных течений над севером Африки — Средиземным морем, Индией — Средней Азией, как и южнее 40° с. ш., над Дальним Востоком, показало, что размывание фронта в нижних слоях и устойчивое сохранение контрастов температуры на высотах характерно и для этих районов. Как правило, размываясь в нижних слоях, фронт продолжает существовать на высотах, хотя вследствие нисходящих движений происходит удаление воздуха от состояния насыщения и не образуются не только осадки, но и облака.

Характер распределения ветра с высотой зависит главным образом от приземного барического поля и поля температуры на высотах. В частности, над Атлантикой и Британскими островами ориентировка среднего барического градиента у поверхности земли (азорский максимум — исландский минимум) близка к ориентировке барического градиента в тропосфере при преобладающем здесь западном потоке. В январе, судя по средней карте давления, составляющая приземного барического градиента вдоль Гринвичского меридиана равна 11 мб на 10° меридиана между широтами 50 и 60° с. ш. Поэтому в этих районах приземный барический рельеф благоприятствует формированию высотных фронтальных зон с сильными западными ветрами со сравнительно малым нарастанием скорости ветра с высотой. Над Японией между широтами 30 и 40° с. ш., где струйные течения зимой наблюдаются очень часто, составляющая барического градиента вдоль меридиана 140° в. д. в январе близка к нулю. Поэтому над районом Японии, который можно назвать океаническим, на нижних уровнях наблюдаются обычно слабые ветры с большим нарастанием скорости с высотой.

Стратосферные западные струйные течения усиливаются при меридиональном преобразовании термобарического поля зимой в широтной зоне 50—70° на высотах 25—30 км. В этих случаях возникают ячейки больших скоростей ветра. Летом для этих высот характерны течения восточного направления с наибольшими скоростями в низких широтах. Вместе с тем наиболее значительные скорости ветра обычно наблюдаются на высоте около 60 км в верхней стратосфере и нижней мезосфере. Зимой западные струйные течения характеризуются средними скоростями до 100 м/сек, а летом восточные — средними скоростями свыше 60—70 м/сек. В соответствии с атмосферной циркуляцией на этих высотах максимальные скорости, особенно зимой и в переходные сезоны года, иногда превышают 100—120 м/сек, а над отдельными районами происходит изменение и направления струйных течений. Так, зимой западные ветры могут смениться на восточные и северо-восточные.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.