big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Некоторые характеристики струйных течений

Струйные течения сравнительно подробно изучены во внетропических и субтропических зонах северного полушария. Экваториальные струи, как и все виды струйных течений в южном полушарии мало изучены. Почти не изучены стратосферные струйные течения. До сих пор существуют разногласия об уровне об уровне расположения оси стратосферного струйного течения. Не изучен характер эволюции его между противоположными сезонами.

Струйные течения ежедневно образуются на картах барической топографии поверхностей 300 и 200 мб. Внетропические струйные течения располагаются вблизи уровня 300 мб, а субтропические вблизи уровня 200 мб. На этих высотных картах погоды струйные течения вырисовываются как зоны большого сгущения изогипс ОТ и АТ.

В горизонтальной и вертикальной плоскостях распределение скоростей ветра в системе струйного течения изображаются изотахами, т. е. линиями одинаковых скоростей ветра.

На рис. 70 и 71 представлены карты абсолютной топографии поверхности 200 мб за различные сроки. Первая относится к середине зимы, вторая — к середине лета. На обеих картах на фоне малых градиентов изогипс ясно вырисовывается зона их сгущения, опоясывающая все северное полушарие. В этих зонах наблюдаются наибольшие скорости ветра — струйные течения.

Карта абсолютной топографии поверхности 200 мб. Вечер 5 января 1956

В местах слияния струй происходит усиление скоростей ветра. Там, где происходит ветвление струй, наоборот, — ослабление ветра.

Как видно из рисунков, субтропические струйные течения зимой находятся значительно южнее, чем летом. Кроме того, судя по густоте изогипс, максимальные скорости ветра в струях заметно больше зимой.

С помощью карт топографии тех поверхностей, которые находятся близко к оси струйного течения, определяются скорости ветра или строятся карты изотах. Струйные течения не являются непрерывными и одинаковыми по интенсивности, а разветвляются и сливаются, а на отдельных участках даже размываются. Струйные течения сопутствуют возникающим и развивающимся барическим образованиям, циклонам и антициклонам, вместе с ними усиливаются или размываются, опоясывая земной шар неправильными

Карта абсолютной топографии поверхности 200 мб. Вечер 31 июля 1956 г.

вильными формами вдоль широт, и имеют самое разнообразное направление. Это можно видеть и на рис. 72 и 73. На первом из них изображены оси струйных течений и приземное барическое поле с линиями фронтов у поверхности земли; на втором изотахи, оси струйных течений и линии фронтов у поверхности земли за утро 10 января 1956 г. Несомненна тесная связь струйных течений с фронтами.

Для полноты представления пространственной структуры струйное течение изображают в вертикальной плоскости.

Вертикальные разрезы струйных течений позволяют определить

Приземное поле давления, линии фронтов у поверхности земли и положение оси струйных течений. Утро 10 января 1956 г.

Изотахи на уровне поверхности 300 мб, ось струйных течений и линии фронтов у поверхности земли. Утро 10 января 1956 г.

характерные особенности их структуры, установить связь с атмосферными фронтами, облачностью и т. п. На рис. 74 и 75 изображены разрезы струйных течений в вертикальной плоскости между Аденом и севером Гренландии вечером 12 января 1956 г. и вечером 8 июня 1956 г. Здесь сплошными линиями представлены изолинии скоростей ветра (изотахи) в км/час, пунктирными — изотермы, жирными — линии фронта и тропопаузы.

На этих разрезах представлено по две струи: субтропическая и внетропическая.

Характер распределения изотах на рис. 74 показывает, что в низких широтах, над Бахрейном, скорость ветра на оси струи, на уровне 200 мб, превышала 220 км/час, а на оси внетропической струи, расположенной над северо-западом Украины, на уровне 330 мб, максимальная скорость равна лишь 160 км/час.

8 июня 1956 г. субтропическая струя вдоль той же линии разреза обнаруживается над Ереваном и Тбилиси, т. е. значительно севернее, чем зимой (рис. 75). Максимальная скорость на оси струи достигает лишь 180 км/час. Вторая внетропическая струя расположена над Сыктывкаром на уровне 300 мб со скоростями на оси струи, равными 120 км/час.

Необходимо заметить, что ввиду значительного несоответствия между горизонтальным и вертикальным масштабами обычная сплюснутая форма струи на приведенных разрезах не выражена. Однако, если учесть, что, например, в системе южной струи на рис. 74 между низким и высоким положением изотахи 100 км/час (по вертикали) расстояние равно приблизительно 13 км, а по горизонтали — более 3000 км, то станет очевидным, что струя имеет довольно сплюснутую форму эллипса. Аналогичны соотношения между вертикальной и горизонтальной протяженностью и в других струйных течениях.

На основе анализа вертикальных разрезов атмосферы до уровня 50 мб (20 км) была определена вертикальная и горизонтальная протяженность как внетропических, так и субтропических струйных течений. Для характеристики протяженности была избрана изотаха 100 км/час, так как эта величина скорости входит в определение струйного течения. Кроме того, при скоростях ветра, превышающих 100 км/час, и существенных горизонтальных и вертикальных сдвигах ветра вероятность усиления атмосферной турбулентности возрастает, да и сами скорости оказывают существенное влияние на полеты самолетов.

Данные о вертикальной и горизонтальной протяженности струйных течений представлены в табл. 20. Из этой таблицы следует, что малая вертикальная протяженность, как и малая ширина, более характерна для внетропических струйных течений. Наоборот, субтропические струи обычно характеризуются большей шириной, как и большей вертикальной мощностью.

Распределение максимальных скоростей ветра на оси тех же струйных течений, приведенное в табл. 21, показывает, что максимальные

Вертикальный разрез атмосферы между Аденом и севером Гренландии. Вечер 14 января 1956 г.

Вертикальный разрез атмосферы между Аденом и севером Гренландии. Вечер 8 июня 1956 г.

скорости ветра сравнительно малы в системе субтропических струйных течений. Это и понятно. Ось внетропической струи находится большей частью на уровне 8—10 км, а субтропической — на уровне 10—13 км. Поскольку скорость ветра на этих высотах в значительной мере, определяется термическим ветром, при одном и том же распределении температуры, в холодной и теплой части струйных течений максимальная скорость будет большая в той струе, уровень которой выше. Иначе говоря, чем выше уровень, где происходит изменение направления горизонтального градиента температуры, тем больше вклад термического ветра.

Данные табл. 21 о максимальных скоростях ветра относятся к струйным течениям над Восточной Европой и Передней Азией. Над Восточной Европой внетропические струйные течения не отличаются большими скоростями ветра.

Структурные особенности струйных течений определяются главным образом характером распределений температуры в нижележащих слоях воздуха. Этим объясняется разнообразие в строении струйных течений, обнаруживаемых на вертикальных разрезах. Связанные с одним тропосферным фронтом струи имеют более простую форму (рис. 76). Здесь между Африкой и Гренландией утром 6 января 1956 г. наблюдались три струйных течения — над Триполи, Аппенинами и северо-западнее Британских островов — с максимальными скоростями соответственно 200—220, 130—140 и 200—220 км/час.

При слиянии внетропических и субтропических струйных течений образуется мощная струя шириной более 2000—3000 км. Одна из таких струй над востоком Азии изображена на рис. 77. Здесь ширина струйного течения в пределах изотахи 100 км/час превышает 3000 км, а на оси струи скорость достигает 320 км/час. В его системе находится несколько атмосферных фронтов.

Субтропические, струйные течения отличаются большим постоянством в течение сезона, они претерпевают заметные междусезонные перемещения. На основе изучения 81 субтропического струйного течения над территорией северной Африки, Средиземного моря, Аравии, Индии, Средней Азии и Японии было установлено их сезонное положение. В табл. 22 приведены эти данные.

Как видно из табл. 22, от зимы к лету ось струйных течений: перемещается к северу в среднем на 10° широты и более. Наиболее южное положение занимают струи зимой, наиболее северное — летом. Максимальная разность между крайними положениями струй в противоположные сезоны составила 23°. Примечательно, что сезонное положение их над различными областями субтропической зоны является почти одинаковым.

Сезонное положение субтропических струйных течений определяется главным образом радиационным притоком тепла и турбулентной передачей тепла от земной поверхности. При внутрисезонных междуширотных перемещениях субтропических струй, как установлено исследованиями, положение индивидуальной высотной фронтальной зоны и струйного течения, как и во внетропических широтах, определяется адвективными и динамическими факторами, обусловливающими фронтальный цикло- и антициклогенез. Различие состоит лишь в том, что,

Вертикальный разрез струйных течений между Северной Африкой и Гренландией. Утро 6 января 1956 г.

Вертикальный разрез мощного струйного течения над востоком Азии. Вечер 28 февраля 1956 г.

в частности зимой, во внетропических широтах в силу отсутствия резко выраженных радиационных границ междуширотные перемещения высотных фронтальных зон и струйных течений происходят интенсивнее.

В системе высотных фронтальных зон тропопауза более сложна, чем над однородными массами воздуха. Вне высотных фронтальных зон и струйных течений характерна одна обычно отчетливо выраженная тропопауза. В системе фронтальных зон она бывает наклонена, слоиста или разорвана. Во внетропических широтах, как правило, тропопауза наклонена. Угол наклона тем больше, чем больше разность температур между холодным и теплым воздухом. Для низких широт характерен разрыв тропопаузы (см. вертикальные разрезы струйных течений). Здесь же часто обнаруживается и ее слоистость.

Существует гипотеза, что наклон, разрыв и слоистость тропопаузы являются различными стадиями ее преобразования в связи с возникновением и развитием струйного течения. По Меррею при образовании струйного течения тропопауза во фронтальной зоне непрерывна и 'наклонена. По мере усиления струйного течения и развития турбулентности, которая особенно сильна вблизи зоны максимальных скоростей ветра, тропопауза претерпевает разрыв, а по мере ослабления струи непрерывность ее восстанавливается.

Исследованием автора это положение не подтвердилось. Многие десятки вертикальных разрезов струйных течений между экваториальной зоной и высокими широтами, над Евразией и Северной Африкой показали, что в системе субтропического струйного течения, независимо от времени года, географического района и даже интенсивности струи, тропопауза всегда бывает разорвана. Несколько серий последовательно построенных вертикальных разрезов через Аравию и Кавказ зимой и летам подтверждают, что изменение интенсивности струйного течения, обусловленное новыми вторжениями холодных масс воздуха с севера, также не отражается на изменении общей структуры тропопаузы. В отдельных случаях при новых холодных вторжениях лишь возникают промежуточные поверхности и образуется слоистая форма тропопаузы. Однако разрыв тропопаузы обычно остается.

Во внетропических струйных течениях тропопауза, как правило; непрерывна и наклонена. В особо резких случаях интенсивного меридиального циклонического преобразования высотных деформационных полей тропопауза разрывается.

Усиление турбулентного перемешивания в системе струйного течения, очевидно, способствует разрыву тропопаузы но не является главной его причиной. Основной причиной разрыва тропопаузы является большая разность высот сближающихся тропопауз в системе высоких холодных циклонов средних широт и высоких и теплых субтропических антициклонов.

Во внетропических широтах разность высоты тропопаузы над холодными циклонами и теплыми антициклонами редко превышает 3—4 км. В широкой переходной зоне между ними тропопауза, хотя и наклонена, но остается непрерывной. Разрыв ее происходит в тех редких случаях, когда вследствие преобразований полей холодный воздух с низкой тропопаузой в системе высокого циклона в относительно узкой высотной фронтальной зоне соприкасается с теплым воздухом с высокой тропопаузой в системе высокого теплого антициклона.

Среди сотен внетропических струйных течений, исследованных автором, разрыв тропопаузы был обнаружен лишь в одном случае.

В зоне субтропического струйного течения разрыв тропопаузы обусловлен сближением холодной массы воздуха из средних широт с тропическим воздухом. В условиях радиационного режима низких широт тропопауза, как правило, подвергаясь малым суточным и даже годовым колебаниям, находится постоянно на уровне 16 — 18 км, а в системе вторгшегося сюда воздуха из средних широт — на уровне 9 — 12 км. Разность высот между тропической и полярной тропопаузами составляет в среднем 5—8 км. При вторжении холодного воздуха в низкие широты расположенная на уровне 9 — 12 км полярная тропопауза вклинивается под тропическую тропопаузу, расположенную на уровне 15 — 17 км. Таким образом, по вертикали появляются две тропопаузы, не связанные друг с другом. В результате появления нижней (полярной) тропопаузы в слое воздуха между этими тропопаузами создается новый радиационный режим и верхняя тропическая тропопауза постепенно разрушается.

В связи с радиационными условиями по мере проникновения на юг холодный воздух быстро прогревается в близких к поверхности земли слоях и фронты размываются. Но, как показывают данные наблюдений, на высотах процесс трансформации воздуха происходит медленно. Поэтому контрасты температуры на высотах сохраняются, а тем самым сохраняется и струйное течение, которое, находясь в зоне разрыва тропопаузы, в зависимости от междуширотного обмена воздуха, меняя свою интенсивность, испытывает небольшие междуширотные перемещения. Очевидно, при отсутствии междуширотного обмена в соответствии с радиационными условиями тропическая тропопауза без разрыва соединилась бы с тропопаузой средних широт. Постоянство разрыва тропопаузы в зоне субтропического струйного течения определяется непрерывными меридиональными преобразованиями высотного термобарического поля.

Природа слоистости тропопаузы, по-видимому, тоже определяется периодическими вторжениями холодного воздуха с низкой тропопаузой в низкие широты, обусловленными горизонтальным макротурбулентным обменом. При следующими друг за другом повторными вторжениями холодного воздуха в низкие широты распределение температуры указывает на наличие ряда тропопауз. В простом случае тропическая, полярная и промежуточная. Промежуточные тропопаузы обычно выражены менее четко, и, очевидно, в связи с новыми условиями радиационного режима они размываются. Аналогично происходит образование « размывание слоистой тропопаузы и во внетропических широтах.

Такое объяснение находит подтверждение и в том, что слоистость тропопаузы обычно наблюдается в системе высотных фронтальных зон.

Характерно, что над Азией и Северной Африкой в зимние месяцы разрыв тропопаузы наблюдается на широтах 30—40°, т. е. находится в зоне положительного радиационного баланса. Южнее указанных широт радиационные условия в течение всего года обеспечивают сохранение высокого положения тропической тропопаузы.

По мере перемещения линии нулевого радиационного баланса от зимы к лету к северу и интенсивного прогревания воздуха в низких широтах ось струйного течения (табл. 23), как и тропическая тропопауза, продвигается к северу. К северу же смещается зона наибольшей повторяемости циклонов и антициклонов (см. рис. 52—55), а интенсивный междуширотный обмен воздуха, как правило, определяется границами высоких и средних широт. Заметные меридиональные перемещения зоны струйных течений, как и зимой, происходят в зависимости от междуширотного переноса, а максимальные скорости на осп струи определяются интенсивностью холодных вторжений в низкие широты и возникающими величинами контрастов температуры здесь.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.