big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Связь между полем температуры и струйными течениями

В главе четвертой говорилось о тесной связи между полями температуры и ветра. Ветер на любом уровне можно рассматривать как сумму двух составляющих: ветер на нижнем уровне и приращение ветра, пропорциональное горизонтальному градиенту (величине изменения на единицу расстояния) средней температуры нижележащего слоя. Вторая составляющая обычно играет большую роль в создании струйных течений. Поэтому чем больше горизонтальные градиенты температуры между теплым и холодным воздухом, тем сильнее струйное течение.

В соответствии с характером поля температуры между поверхностью земли и уровнем максимума скоростей в струйных течениях обычно происходит возрастание скорости от двукратного до 10-кратного и более. В частности, в системе струй над Европой и севером Атлантики характерное увеличение скорости ветра между поверхностями АТ850 и АТ300 (примерно между 1,5 и 9 км) вблизи оси струйных течений иллюстрируется в таблице 17.

Из таблицы следует, что в системе струйных течений в 71% случаев происходило 2—4-кратное нарастание скоростей ветра и лишь в 29% случаев увеличение средней скорости было более чем в 4 раза. Как видно, увеличение скорости ветра с высотой в тропосфере колеблется в широких пределах.

Анализ приземных карт погоды показал, что струйным течениям со слабым нарастанием скорости ветра в тропосфере у поверхности земли соответствует система глубоких циклонов, когда наибольшие горизонтальные контрасты температур уже находятся на их периферии. При больших величинах горизонтальных контрастов температуры в тропосфере характерно быстрое нарастание скорости ветра с высотой в системе струи. В этих же случаях у поверхности земли наблюдается углубление циклона или усиление антициклона.

В случаях с двукратным увеличением ветра контрасты температуры под осью струи достигают в тропосфере (слой 850— 300 мб) до 5—10° на 1000 км. При многократном увеличении скорости ветра контрасты температуры под струей в нижней и верхней тропосфере превышают 10—20° на 1000 км.

Таким образом, возникновение и эволюция струйных течений тесно связаны с увеличением и изменениями горизонтальных градиентов температуры под осью струйного течения. Исследования показали, что изменения градиента абсолютного геопотенциала

на АТ-300 и горизонтальные градиенты температуры слоя ОТ 300/1000 одинаковы по знаку и близки по величине.

Температура на карте АТ5оо является репрезентативной для установления величин контрастов. На этой поверхности обычно обнаруживается сгущение изотерм. Для установления контрастов температуры можно пользоваться и картой АТ-300, когда ось струи расположена выше этой поверхности.

Положение оси струйного течения находится в соответствии с направлением горизонтального градиента температуры поперек струи. Для этого пользуются некоторыми правилами. Если на данной изобарической поверхности низкие значения температуры находятся слева, а высокие — справа от струйного течения (если смотреть в направлении потока), то ось струи находится выше уровня этой поверхности. Если на данной изобарической поверхности низкие температуры находятся справа от струйного течения, а высокие температуры слева, то ось струи находится ниже уровня этой поверхности. Следовательно, до уровня изменения направления горизонтального градиента температуры на обратное скорость ветра с высотой возрастает и максимальные скорости в струе совпадают с уровнем выравнивания температуры. Выше этого уровня скорости в струе уменьшаются. Поэтому ось струйного течения лежит вблизи тропопаузы (обычно под ней), поскольку при переходе из тропосферы в стратосферу направление градиента температуры меняется на обратное. Это относится ко всем струям: тропосферным (внетропическим и субтропическим) и стратосферным.

Один из случаев сильных струйных течений наблюдался в Европе 13 февраля 1962 г. На западной и южной перифериях циклона над Скандинавией (в полосе между югом Гренландии и

Вертикальный разрез атмосферы в 15 часов 3 мая 1965 г. по линии Калининград - Алма-Ата

Украиной) скорости ветра на высоте около 9 км достигали 250—300 км/ч, т. е. наблюдалось сильное струйное течение. Циклон этот легко обнаружить на приземной карте погоды, приведенной на рисунке 49. Он возник и углубился вместе с усилением 'фронтальной зоны и струйного течения между холодным воздухом в системе циклона над Скандинавией и теплым воздухом в антициклоне над Атлантикой. Разности температуры между ними на всех высотах были значительны (15—20°).

Струйные течения обычно изображают и на вертикальных разрезах атмосферы. Пример такого разреза приведен на рисунке 59. На разрезе имеются две струи. Обе они связаны с фронтальными зонами и фронтами.

На вертикальном разрезе сплошными тонкими линиями изображены изотахи — линии одинаковых скоростей ветра, пунктиром — изотермы, жирными линиями — атмосферные фронты, жирной почти горизонтальной линией — тропопауза. Буквами обозначено направление ветра, вертикальными стрелками — преобладающие восходящие и нисходящие движения воздуха.

Вертикальный разрез показывает, что над районом Минск-Рязань в тропосфере находится наиболее холодный воздух. Восточнее Уральска воздух значительно теплее. Если на поверхности 700 мб над Смоленском и Минском температура равна —17°, — 19°, то над Актюбинском она достигает +4°, а над Джамбулом даже +10°. Холодные и теплые массы воздуха разделены двумя фронтами, один из которых пересекает поверхность земли вблизи Пензы, другой — у Актюбинска. В зоне фронтов скорость ветра возрастает с высотой. Над Пензой, при слабом ветре у земли, на поверхности 300 мб (9 км) скорость ветра превышает 180 км/ч. Здесь находится ось струйного течения. Другое струйное течение находится над Актюбинском. Возрастание скорости ветра с высотой наблюдается и в зоне фронта над Калининградом. В зоне фронтов штрихами показаны облачность и выпадение осадков.

Выше тропопаузы ветры с высотой ослабевают из-за уменьшения горизонтальных градиентов температуры и давления в нижней стратосфере. Нетрудно заметить, что в районах облакообразования происходит подъем (стрелки направлены вверх), а в остальных районах, где имеет место опускание (стрелки направлены вниз) воздуха, стоит ясная погода.

Струйные течения играют важную роль в режиме атмосферной циркуляции, являясь как бы ее главными артериями. Знание особенностей их структуры, скоростей, сдвигов ветра и других характеристик важно для авиации. При полетах в направлении струи происходит выигрыш и, наоборот, против направления струи — соответствующий проигрыш во времени. Для безопасности полетов важно знать характер турбулентности атмосферы на уровне больших скоростей ветра, так как в зоне больших сдвигов ветра полеты протекают неспокойно.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.