big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Виды струйных течений и их особенности

Струйные течения различной интенсивности :и повторяемости наблюдаются почти над всеми районами земного шара. По широтным зонам и высоте расположения оси отличают следующие виды струйных течений: внетропические, субтропические, экваториальные и стратосферные. Каждому из них присущи свои характерные особенности, отличающие их друг от друга.

Внетропические струйные течения являются составной частью высотных фронтальных зон, образующихся между высокими теплыми антициклонами и высокими холодными циклонами. Они отличаются большей подвижностью, а интенсивность их подвергается непрерывным изменениям. Высота максимального ветра располагается чаще всего на уровне 8—10 км зимой и 9— 12 км летом. Скорости ветра на оси струи колеблются в широких пределах, в зависимости от величин горизонтальных градиентов температуры в нижележащих слоях воздуха. Наиболее часто максимальные скорости ветра достигают 150—200 км/час, но в отдельных случаях превышают 300 км/час и более. Величина контрастов температуры во фронтальной зоне, в слое 300 над 1000 мб обычно колеблется в пределах 10—15°, но иногда превышает и 20°.

Зимой величины контрастов температуры и скоростей ветра в среднем больше, чем летом.

Субтропические струйные течения образуются на северной периферии субтропических высоких и теплых антициклонов. Они являются менее подвижными, чем внетропические, и подвергаются заметным перемещениям в зависимости от характера и интенсивности междуширотного обмена воздуха; ось струи располагается на уровне 11—13 км. Зимой и особенно летом контрасты температуры до верхней тропосферы с высотой возрастают. При формировании и усилении струйного течения тропопауза претерпевает разрыв. Ось струи обычно располагается между тропопаузой тропической на высотах 16—17 км и тропопаузой средних широт на высотах 9—12 км.

Зимой струя находится большей частью между 25—35° с. ш,, летом — севернее на 10—16°, а местами и больше. Средние скорости ветра на оси струи достигают 150—200 км/час. Распределение скоростей ветра вдоль широт различно. Максимальные скорости ветра наблюдаются зимой над восточными окраинами материков и прилегающими частями океанов. В частности, над Японскими островами скорости ветра нередко превышают 300—400 км/час. Субтропическая струя наиболее слабо выражена над восточными районами Атлантического и Тихого океанов. Она здесь усиливается при меридиональных преобразованиях термобарического поля атмосферы, сопровождающихся адвекцией холода в низкие широты.

Экваториальные восточные струйные течения образуются, на южной периферии высоких субтропических антициклонов (в северном полушарии). Западные экваториальные струи обнаружены зимой а 80° з. д. и 11° с. ш. на уровне 200 мб. Средняя скорость их не менее 100 км/час. Летом их интенсивность возрастает, на широтах 10—20°, на том же уровне летом в различных частях северного полушария обнаружены восточные экваториальные струи. Особенно интенсивны они на юге Азии. Слабые восточные струи в экваториальной зоне обнаружены и на

Тихом океане. Наиболее сильная восточная струя находится на юго-западной периферии летнего высокого антициклона над Северной Африкой и Аравией. Здесь на 15—20° с. ш. и 45°.в. средняя скорость ветра на уровне 150 мб превышает 100— 120 км/час.

Стратосферные струйные течения обнаружены зимой на высотах 25—35 км между 50 и 70° с. ш. Вследствие непрерывного лучеиспускания и охлаждения воздуха в слое озона в условиях полярной ночи за полярным кругом формируется высокий и холодный циклон с большими контрастами температуры на периферии. В зоне этих контрастов температуры возникают сильные ветры западного направления. Наибольшее усиление струи происходит в декабре — январе. В марте западные ветры на этих высотах ослабевают и в конце мая переходят на восточные.

Переход ветра на восточные происходит вследствие установления нового режима лучистого теплообмена в слое озона в условиях полярного дня. В результате прогревания воздуха летом, в противоположность зиме, над арктическими районами на высотах 30—40 км возникает мощный антициклон. Стратосферное восточное струйное течение располагается на южной периферии этого антициклона. Максимальные скорости струи заметно меньше зимнего стратосферного западного струйного течения.

Таким образом, формирование западных и восточных струйных течений в стратосфере носит сезонный характер и определяется радиационными условиями, накладывающими определенный отпечаток на термическое поле сезона. Приведенные на рис. 19 и 20 кривые распределения температуры с высотой над различными широтами, как и средние разности температуры между экстремальными сезонами вдоль различных меридианов (см. рис. 22 и 23), объясняют причины формирования запашного стратосферного струйного течения в холодное время года и восточного летом. Кривые распределения температуры с высотой показывают, что зимой наибольшие междуширотные разности температуры приходятся на приземный слой. С высотой разности температуры убывают и вблизи уровня поверхности 200 мб они достигают минимума. Здесь в атмосфере между экватором и полюсом существует положение, близкое к изотер мин. Летом междуширотные разности температуры также убывают с высотой и вблизи уровня поверхности 200 мб достигают минимума. Выше указанных уровней температура с высотой зимой и летом вновь возрастает.

По условиям радиационного режима в нижней стратосфере зона наибольших горизонтальных градиентов, как и струйное течение, должна опоясывает земной шар между 50—70° с. и ю. щ. Однако, согласно данным распределения температуры и давления, сезонные струйные течения в стратосфере зимой располагаются не строго вдоль широт, а в значительной мере повторяют структуру термобарического поля тропосферы, известной по средним месячным картам барической топографии (ОТ5001000).

На рис. 63 представлена средняя абсолютная топография поверхности 25 мб для января над Северной Америкой.

Карта абсолютной топографии поверхности 25 мб. Январь

Из сопоставления рис. 63 (АТ25) с рис. 37 (АТ500) легко установить на обеих картах близкое сходство в конфигурации изогипс (на карте АТ25 высоты обозначены в футах). Однако густота изогипс, а следовательно, скорости течений значительно больше на поверхности 25 мб, что объясняется возрастанием разности температур между средними и высокими широтами в нижней стратосфере.

В июле картина несколько иная (рис. 64). На той же поверхности 25 мб над высокими широтами находится область высокого давления, на периферии которой образуется восточное струйное течение. Наибольшие скорости струи наблюдаются между 55 и 75° с. щ. Здесь они заметно меньше, чем зимой. Переход западных ветров на восточные происходит в слое между уровнями 18 и 22 км. Поэтому, естественно, что структура поля АТ25 и АТ500 совершенно различна. На уровнях поверхностей 500 и 300 мб основное направление переноса западно-восточное, а на уровнях 50 и 25 мб, наоборот, восточно-западное. Несмотря на резкое различие между структурой поля AT в тропосфере и стратосфере, влияние нижних слоев воздуха на формирование

Карта абсолютной топографии поверхности 25 мб. Июль

поля АТ25 весьма существенно. В частности, над тропосферным гребнем над западом Северной Америки (рис. 64) антициклон более интенсивный, а над тропосферной ложбиной достаточно слабый.

Следовательно, на формирование среднего сезонного поля геопотенциала в стратосфере, на уровнях 25—30 им заметное влияние оказывает температурное поле тропосферы, обусловленное притоком тепла от подстилающей поверхности. Более того, ежедневные высотные карты погоды показывают, что крупные барические образования, отчетливо выраженные в тропосфере, обнаруживаются и на высотах 25—30 км. Это указывает на то, что характер циркуляции атмосферы, представляемый по картам AT в средней и верхней тропосфере, с высотой ослабевает медленно и основные воздушные потоки охватывают значительную толщу стратосферы.

На рис. 65—67 представлены карты абсолютной топографии поверхностей 500, 100 и 30 мб за ночь 7 декабря 1957 г. Из их сопоставления можно определить, что черты поля давления и воздушных течений в средней тропосфере хорошо выражены на уровне поверхности 100 мб, а частично даже на уровне 30 мб.

Карта абсолютной топографии поверхности 500 мб

В частности, следы высокого холодного циклона над Балканами и Малой Азией и теплого антициклона над Атлантикой обнаруживаются на уровне 30 мб, т. е. на высотах около 24. км.

Летом в связи с прогреванием воздуха в стратосфере труднее обнаружить общие черты между барическим полем в тропосфере и на уровне 30 мб.

Выше были рассмотрены основные виды известных в настоящее время струйных течений и их особенности. Кроме основных видов, существует деление их по дополнительным признакам, как, например, деление на фронтальные и нефронтальные, континентальные и океанические и т. п.

Деление струйных течений на фронтальные и нефронтальные лишены серьезного основания. Любые струйные течения связаны

Карта абсолютной топографии поверхности 100 мб

Карта абсолютной топографии поверхности 30 мб

с атмосферными фронтами, с тем лишь различием, что в одних случаях фронты легко обнаруживаются у поверхности земли, а в других оказываются размытыми.

Однако и в тех и в других случаях положение атмосферных фронтов всегда можно определить в поле температуры в тропосфере.

Очень часто фронты у поверхности земли размываются в субтропиках, так как зафронтальный холодный воздух здесь быстро прогревается и теряет начальные свойства. Это послужило поводом для отнесения субтропического струйного течения к нефронтальным. В действительности в системе субтропической струи в зоне наибольших контрастов температуры всегда можно найти фронт, если он даже размыт в слоях, близких к поверхности земли. Процесс размывания фронтов в низких широтах можно проследить по ежедневным приземным и высотным картам погоды. Особенно быстро фронты размываются в теплое время года над сушей. Анализ данных наблюдений показал, что вертикальным турбулентным переносом быстро прогреваются лишь нижние слои тропосферного воздуха. С высотой процесс трансформации ослабевает. Поэтому разность температур в верхней тропосфере и вызванное ею струйное течение сохраняются продолжительное время. Фронты, обнаруженные в стратосфере, тоже определяются по контрастам температуры. С зонами расположения этих фронтальных зон и фронтов тесно связаны стратосферные струйные течения.

Деление струйных течений на океанические и континентальные также не оправдано. Основанием для такого деления послужило различие в возрастании скорости течений от уровня градиентного ветра до оси струи над океанами и материками. Было обнаружено, что в системе струйных течений над Северной Атлантикой ветер с высотой усиливается в меньшее число раз, чем над северо-западной Европой. Однако позднее было установлено, что это явление локальное. В частности, вблизи западного побережья Севера Тихого океана возрастание ветра с высотой происходит интенсивнее, чем над прилегающей территорией азиатского материка.

В заключение приведем схемы расположения всех видов струйных течений над северным полушарием зимой и летом (рис. 68 и 69). Они построены на основании анализа распределения струйных течений за последние годы.

Из рис. 68 и 69 видно, что наиболее мощны субтропические струйные течения и наиболее четко выражена их повторяемость на материках. Над восточными частями океанов сильное субтропическое струйное течение появляется спорадически, преимущественно зимой, при циклоническом преобразовании высотных деформационных полей и изоляции (блокирования) высоких циклонов в районе Азорских островов над Атлантикой и северо-западнее Калифорнии — над Тихим океаном. Спорадически возникающие струйные течения на схемах изображены прерывистыми линиями, а зоны внутрисезонных перемещений струй — штриховкой.

На юго-востоке Азии и Северной Америки внетропические струи обычно сливаются с субтропическими и образуют широкую зону ветров с осью струи на уровне 10—13 км на юге и 8— 10 км на севере зоны (рис. 68).

Расположение струйных течений в северном полушарии зимой

В соответствии с большими контрастами температуры наиболее мощные струи зимой чаще всего наблюдаются над указанными районами, а также над Аравией, Северной Индией и Британскими островами. На схемах в ряде мест приведены данные о преобладающих высотах струй и величины средних максимальных скоростей ветра в них. Наиболее сильные субтропические струйные течения наблюдаются зимой над Японскими островами и востоком Южного Китая, где средние скорости ветра на высотах 10—13 км достигают 260—320 км/час. Большие скорости ветра здесь объясняются значительными горизонтальными контрастами температуры в тропосфере, обусловленными сильно охлажденным материком Азии и примыкающими теплыми водами Тихого океана и интенсивной циклонической деятельностью.

В аналогичных условиях находится юго-восточная часть Северной Америки и, частично, район между Исландией и Британскими

Расположение струйных течений в северном полушарии летом

островами, где сильные струйные течения постоянны во все сезоны года.

Преобладающее западное направление течений присуще струям субтропическим и внетропическим. Однако в соответствии с преобразованиями термобарического поля атмосферы, внетропические струйные течения подвергаются значительным междуширотным перемещениям. Разветвления внетропических: струй над Европой и Ланей и другими районами указывают, что они здесь не отличаются таким постоянством, как субтропические струйные течения.

Отметим, что над Европой и Западной Азией зимой обнаруживаются две струи, в то время как над Дальним Востоком и частотно над восточной половиной Северной Америки вследствие слияния образуется лишь одно мощное струйное течение, это объясняется распределением материков и океанов с соответствующими условиями притока тепла и формированием поля температуры тропосферы. Развивающаяся в этих условиях циклоническая деятельность способствует усилению субтропического струйного течения. На схемах изображены также стратосферные и экваториальные струйные течения. Стратосферные западные струйные течения зимой располагаются на высотах 25-30 км.

Летом положение струйных течений заметно изменяется. Как следует из рис 69 зона субтропических струйных течении повсеместно смещается к северу на 10-15° меридиана, а вблизи экваториальной зоны местами возникают восточные экваториальное струйные течения. В частности, над Южной Аравией средняя скорость восточных струй на уровне 13-15 км достигает более 100 км/час. Слабые восточные потоки наблюдаются на 20-250 с. ш. на Тихом океане.

Субтропические струйные течения хорошо выражены над Северной Америкой, передней и Средней Азией. Над Японскими островами по сравнению с зимой они значительно слабее. Внетропические тропосферные струи наблюдаются над Европой Северной Америкой и севером Азии.

Наконец, на этой же летней схеме изображено стратосферное восточное струйное течение на уровне 25—30 км. Оно возникает в теплое время года в связи с установлением в нижней стратосфере нового режима лучистого теплообмена в условиях полярного дня.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.