Раздел 5. Общая циркуляция атмосферы (стр. 6 )

Следует помнить, что и в случае с внетропическими муссонами речь идет о преобладающем направлении ветров, что не исключает наличие барических систем, определяющих возникновение ветров других направлений.

5.12. Местные ветры.

Под местными ветрами понимают ветры, характерные для определенных географических районов. Происхождение их различно, они могут быть вызваны:

·  проявлением местных циркуляций (бризы, горно-долинные ветры);

·  местными возмущениями общей циркуляции атмосферы под влиянием орографии местности (фен, бора);

·  изменениями силы или свойств ветров, являющихся течениями общей циркуляции (сирокко, самум, хамсин, афганец).

Бризами называют ветры у береговой линии морей и больших озер, имеющие резкую суточную смену направления. Днем морской бриз дует в нескольких нижних сотнях метров (иногда в слое более километра) в направлении на берег, а ночью береговой бриз дует с берега на море. Скорость ветра при бризах - порядка 3-5 м/с, в тропиках больше. Бризы выражены наиболее отчетливо, когда погода ясная и общий перенос воздуха слаб, как это бывает во внутренних частях антициклонов. Наиболее хорошо бризовая циркуляция выражена в субтропических и тропических антициклонах, например, на побережье пустынь, где суточные смены температур велики, а общие барические градиенты малы. Хорошо развитые бризы наблюдается в теплое время года на побережье таких морей средних широт как Черное, Азовское, Каспийское.

Бризы связаны с суточным ходом температуры поверхности суши. Днем суша нагрета и температура ее поверхности выше, чем поверхности моря. Поэтому изобарические поверхности над сушей несколько приподнимаются сравнительно с морем; на какой-то высоте воздается горизонтальный барический градиент, направленный в сторону моря. Так как движение развивается в течение короткого промежутка времени, то отклоняющая сила Кориолиса не может уравновесить барический градиент, движение воздуха остается неустановившимся и направлено с суши на море. Происходит отток воздуха на высоте с суши на море. Это приводит к падению давления у земной поверхности и к росту его над морем. В нижних слоях изобарические поверхности приобретают обратный наклон, устанавливается барический градиент, направленный с моря на сушу, а с ним и соответствующий перенос воздуха в нижнем слое. Этот нижний перенос воздуха и есть дневной морской бриз.

Противоположные условия будут ночью, когда суша охлаждается, становится холоднее моря. Изобарические поверхности приподнимаются над морем, и на некоторой высоте возникает горизонтальный барический градиент, направленный в сторону суши. Возникает ситуация, обратная дневной и в итоге близ поверхности создается перенос воздуха с берега на море - ночной бриз, а над ним обратное течение.

Бризы захватывают слой в несколько сотен метров, до 1-2 км, причем дневной бриз наблюдается в более мощном слое, чем ночной. Вторжение морского бриза на сушу имеет общие черты с вторжением холодного фронта. Он несколько понижает температуру над сушей, увеличивает относительную влажность. Особенно резко это выражено в тропиках. В Мадрасе (Индия) морской бриз понижает температуру воздуха на побережье на 2-3 0С., и повышает влажность на 10-20%. В Западной Африке эффект значительно больше: морской бриз может снизить температуру на 10 0С. и более и повысить относительную влажность на 40%.

Очень сильный климатический эффект производит бриз, дующий с большой регулярностью над Сан-Франциско. Морской воздух приходит на сушу с вод холодного Калифорнийского течения, и средние температуры летних месяцев в Сан-Франциско оказываются на 5-70С ниже, чем в Лос-Анджелесе, расположенном всего на 40 широты южнее.

Бризы наблюдается и на побережье таких крупных озер как Севан, Иссык-Куль, Ладожское, Онежское и других. Но здесь это явление имеет уже микроклиматический масштаб: скорости ветра при бризе, его вертикальная мощность и горизонтальное распространение значительно меньше, чем при бризах на берегах морей.

Горно-долинные ветры - это ветры, дующие с суточной периодичностью в горных системах. Днем дует ветер из горла долины вверх по долине, а также вверх по горным склонам. Ночью горный воздух дует вниз по долине и вниз по склонам, в сторону равнины. Горно-долинные ветры хорошо выражены во многих долинах и котловинах Альп, Кавказа, Памира и других горных систем, и наблюдаются главным образом в теплое время года. Их вертикальная мощность значительна, порядка нескольких километров, скорость может достигать 10 м/с. Наиболее простая разновидность горно-долинных ветров - ветры склонов. Днем склоны гор нагреты сильнее воздуха, поэтому непосредственно у склона воздух нагревается сильнее, чем воздух в центре долины, в атмосфере устанавливается горизонтальный градиент температуры, направленный от склона в свободную атмосферу. Более теплый воздух начинает подниматься вверх по склону, как при конвекции в свободной атмосфере. Такой подъем приводит к усиленному образованию облаков над гребнями. Ночью, при охлаждении склонов, условия меняются на обратные и воздух стекает по склонам вниз.

Перенос воздуха из долины в предгорья осуществляется аналогично бризу. Днем в долине температура в целом выше, чем на прилегающей равнине, давление в долине до самого гребня ниже, чем на равнине, на больших высотах - выше. В результате днем ниже уровня гребня устанавливается поток воздуха с равнины в долину, а выше - обратный. Ночью воздух в долине холоднее, чем над равниной, и внутри долины устанавливается более высокое давление, создаваемые барические градиенты определяют перенос воздуха вниз по долине, на равнину. Над ним устанавливается обратный перенос воздуха вниз по долине, на равнину. Над ним устанавливается обратный перенос в сторону гор.

В отличие от перечисленных выше ветров, ледниковый ветер не имеет суточной периодичности. Он дует с поверхности ледника в долину. Надо льдом, оказывающим охлаждающее воздействие, господствует инверсия температуры, и холодный воздух стекает вниз. Над некоторыми крупными ледниками скорость ветра может достигать 3-7 м/с. Явление ледниковых ветров в громадных масштабах наблюдается над Антарктидой. Здесь над постоянным ледяным покровом возникают стоковые ветры (чаще всего юго-восточные) - перенос воздуха по наклону местности в сторону океана. Так как кроме барического градиента в формировании этих потоков участвует и сила тяжести скорость стоковых ветров может достигать в нижних 100-200 м 20м/с и более. Постоянство этих ветров делает многие районы побережья Антарктиды самыми ветреными местами Земного шара.

Феном называется теплый сухой и порывистый ветер, дующий временами с гор в долины. Температура воздуха при фене значительно повышается, а относительная влажность резко падает. Фены известны в Альпах, на Южном берегу Крыма, в горах Средней Азии, Алтая, Гренландии, на восточных склонах Скалистых гор и в других горных системах.

Фен может возникнуть, если воздушное течение общей циркуляции пересекает хребет достаточной высоты. С подветренной стороны происходит адиабатическое нагревание воздуха при его восходящем движении. Вертикальный градиент температуры при этом составляет 10С. на каждые 100 м (нагревание по сухоадиабатическому закону). Вертикальный градиент в атмосфере, то есть в том воздухе, который вытесняется всегда меньше сухоадиабатического. Поэтому температура спустившегося фенового воздуха всегда будет больше, чем температура воздуха ранее занимавшего долину. Температура фена, будет тем выше, чем больше высота, с которой он спустился. Относительная влажность в нем в то же время будет понижаться по мере роста температуры.

Эффект повышения температуры в фене особенно велик, если до фена воздух в долин был сильно выхоложен излучением. Так, в Монтане (Скалистые горы) однажды в декабре температура повысилась за семь часов с -40 до +40С. Продолжительный и интенсивный фен может привести к бурному таянию снега в горах, к повышению уровня и разливам горных рек. Летом фен вследствие своей высокой температуры и сухости воздуха может губительно действовать на растительность. В Закавказье (Кутаиси) при фенах листва деревьев высыхает и опадает.

Борой называется сильный холодный и порывистый ветер, дующий с низких горных хребтов в сторону достаточно теплого моря. Бора с давних времен известен в районе Новороссийска на Черном море и на Адриатическом побережье, в районе Триеста. Сходные явления обнаружены и в ряде других мест (норд в районе Баку, мистраль на Средиземном море Франции, нортсер в Мексиканском заливе).

Бора возникает в тех случаях, когда холодный фронт подходит к невысокому прибрежному хребту и сразу же переваливает через него. Низвергаясь вниз по горному хребту под действием силы тяжести, воздух приобретает значительную скорость (до 20 м/с и более). Он вызывает сильное волнение моря и резкое понижение температуры. Хотя, спускаясь вниз по склону, воздух адиабатически нагревается, его изначальная температура очень низка и поэтому, спустившийся воздух остается холоднее, чем тот, что был у моря. В Новороссийске наблюдались понижения температуры на 25оС.

Шквалами называют резкие кратковременные усиления ветра, наблюдаемые на ограниченных территориях. Их возникновение связано с течениями общей циркуляции атмосферы. В большинстве случаев они связаны с кучево-дождевыми (грозовыми) облаками, с ливневыми осадками и грозой. Атмосферное давление при шквале сначала резко повышается в связи с выпадением осадков, а потом снова падает. Скорость ветра при шквале - 20 и более м/с.

В условиях большой неустойчивости атмосферной стратификации, кроме обычных грозовых шквалов, могут возникать особые вихри с вертикальной осью, напоминающие циклоны, но очень маленьких масштабов. Такие вихри, возникающие над морем, называются смерчами, а над сушей - тромбами. В Северной Америке тромбы называют торнадо. Вихрь возникает обычно в передней части грозового облака и проникает сверху до самой земной поверхности. У смерча диаметр вихря порядка десятков метров, у тромбов - порядка 100-200 м, а у торнадо и больше (устанавливается по ширине полосы разрушений).

Тромб виден как темный столб между облаком и земной поверхностью, расширяющийся кверху и к низу. Это объясняется тем, что вихрь втягивает сверху облако, а снизу пыль и воду. Вихрь перемещается вместе с облаком со скоростью порядка 30-40 км/час, при этом скорости ветра в самом вихре 50-100 м/с, как это можно определить по характеру разрушений. Время существования смерчей - несколько минут, тромбов - десятки минут, иногда несколько часов. Атмосферное давление в вихре понижено на десятки и даже сотню мб. Воздух вращается вокруг оси вихря и одновременно поднимается вверх. Тромб сопровождается грозой, ливневыми осадками, градом. Тромбы приходят по одиночке, хотя торнадо изредка наблюдаются по два или несколько. Смерчи часто возникают сериями.

Ветер при тромбе нарушает легкие постройки, переносит на небольшие расстояния людей и животных, ломает и срывает с корнем деревья, прокладывая в лесах просеки. Падения давления при прохождении тромба бывает настолько большим и быстрым, что наружное давление не успевает выровняться с давлением внутри здания. Поэтому здания, попавшие в сферу действия тромба, взрываются изнутри: с них слетают крыши, вылетают оконные рамы и рушатся стены.

В США, между Скалистыми горами и Аппалачами торнадо бывает очень частыми и обладают исключительно разрушительной силой. За год наблюдается до 200 торнадо, в отдельные годы до 800. Их диаметры, скорости ветра и разрушительная сила превосходят тромбы. В среднем за год насчитывается до 200 смертных случаев от торнадо, а в 1925 году было убито почти 700 человек. Убытки от торнадо составляют многие десятки миллионов долларов. Большие размеры и увеличенную интенсивность торнадо объясняют господством в этом районе теплого, влажного и неустойчиво стратифицированного воздуха с Мексиканского залива, очень благоприятного для формирования гроз и торнадо.