Местные циркуляции атмосферы

Под местными ветрами понимают ветры, характерные только для определенных географических районов. Происхождение их различно.

Бриз – ветры у береговой линии морей и больших озер, имеющие резкую суточную смену направления (рис. 5.33). 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.

Рис. 5.33. Схема бризов (слева – день, справа – ночь)

Бризы связаны с суточным ходом температуры поверхности суши. Днем суша нагрета и температура ее поверхности выше, чем поверхности моря, на высоте создается горизонтальный барический градиент, направленный в сторону моря, и начинается отток воздуха в направлении к морю. Такой отток воздуха на высоте приводит к падению давления у земной поверхности над сушей и к росту его над морем. Поэтому нижние изобарические поверхности приобретают обратный наклон – внизу 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.

Бризы наблюдаются в ряде случаев также и на побережьях озер, таких как Севан, Иссык-Куль, Ладожское, Онежское, а также и на больших реках, например в низовьях Волги. Но здесь явление бриза 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 – ветры в горных системах с суточной перио­дичностью, направленные днём из горла долины вверх по долине и горным склонам, а ночью – вниз по склонам, по долине в сторону равнины (рис. 5.34). Горно-долинные ветры хорошо выражены во многих долинах и котловинах Альп, Кавказа, Памира и в других горных странах, главным образом в теплое полугодие. Вертикальная мощность их измеряется километрами: ветры запол­няют все поперечное сечение долины, вплоть до гребней ее боковых хребтов, как правило, они не сильны, но иногда достигают 10 м/с и более.

Причиной возникновения горно-долинных ветров является то, что днем склоны гор нагреты сильнее воздуха; и в атмосфере устанавливается горизонтальный градиент температуры, направленный от склона в свободную атмосферу. Более теплый воздух у склона начинает подниматься по склону вверх, такой подъем приводит к усиленному образованию облаков. Ночью, при охлаждении склонов, условия меняются на обратные, и воздух стекает по склонам вниз. В результате днем ниже уровня гребня устанавливается поток воздуха с равнины в долину, а выше – обратный перенос. Ночью воздух в долине холоднее, чем над равниной, и внутри долины устанавливается более высокое давление; возникают барические градиенты, создающие перенос воздуха вниз по долине, на равнину. Над ним устанавливается обратный перенос в сторону гор.

Рис. 5.34. Схема формирования горно-долинных ветров

Ледниковый ветер – ветер, дующий вниз по леднику в горах, не имеющий суточной периодичности, так как температура поверхности ледника круглые сутки производит на воздух охлаждающее действие. Надо льдом господствует инверсия температуры, и холодный воздух стекает вниз. Над некоторыми ледниками Кавказа скорость ледникового ветра порядка 3–7 м/с. Вертикальная мощность потока ледникового ветра порядка нескольких десятков, в особых случаях сотен метров.

Фён – теплый, сухой и порывистый ветер, дующий временами с гор в долины. Продолжительность фена может быть от нескольких часов до нескольких суток, иногда с перерывами. Фён может возникнуть в любой горной системе, если воздушное течение общей циркуляции пересекает хребет достаточной высоты. С подветренной стороны воздух оттекает от хребта; создается разрежение, вследствие которого воздух вышележащих слоев засасывается вниз, как нисходящий ветер (рис. 5.35).

Воздух, опускающийся по горным склонам в долину, нагревается на один градус на каждые 100 м спуска. Поэтому он поступает в долину, имея более высокую температуру, чем воздух, ранее занимавший долину. Относительная влажность будет понижаться по мере роста температуры

Рис. 5.35. Схема формирования фёна

Продолжительный и интенсивный фён может привести к бурному таянию снега в горах, к повышению уровня и разливам горных рек, вследствие своей высокой темпе­ратуры способствует сухости и может губительно действовать на растительность

Бора – сильный холодный и порывистый ветер, дующий с низких горных хребтов в сторону достаточно теплого моря. Бора с давних пор известна в районе Новороссийской бухты на Черном море и на Адриатическом побережье Югославии, в районе Триеста. Сходные явления обнаружены на Новой Земле и в некоторых других местах. К типу боры относится и сарма близ Ольхонских ворот на Байкале. Достаточное сходство с борой по происхождению и проявлениям имеют норд в районе Баку, мистраль на Средиземноморском побережье Франции, нортсер в Мексиканском заливе (Мексика, Техас).

Бора возникает когда холодный фронт подходит к прибрежному хребту с северо-востока. Холодный воздух сразу же переваливает невысокий хребет. Низвергаясь вниз по горному хребту под действием силы тяжести, воздух приобретает значительную скорость: в Новороссийске в январе скорость ветра при боре в среднем выше 20 м/с. Падая на поверхность воды, этот нисходящий ветер создает сильное волнение. При этом резко понижается температура воздуха, которая до начала боры была над теплым морем достаточно высокой. Конечно, падая вниз, воздух боры адиабатически нагревается, как и при фене. Но высота хребта невелика, а первоначальная температура воздуха низка в сравнении с температурой воздуха, ранее располагавшегося над морем. В результате температура в районе, куда вторгается бора, понижается. В Новороссийске случалось при боре понижение температуры на 25° и более.

Новороссийская бора затухает в море уже в нескольких километрах от города. Однако бора в Адриатике при некоторых синоптических положениях охватывает значительную часть моря. За год в Новороссийске наблюдается в среднем 46 дней с борой, чаще всего с ноября по март. Продолжается бора каждый раз 1–3 суток, а иногда до недели.

Маломасштабные вихри – вихри с вертикальной осью, напоминающие циклоны, однако миниатюрных масштабов. Возникают над перегретой поч­вой в пустынях, особенно на границах, где резко меняются свойства подстилающей поверхности. В Сахаре на площади 10 км² таких вихрей наблюдалось иногда до 100 в день. Диаметр их от 1 до 100 м, высота до 1 км, скорость перемещения 20–30 км/ч. В таком вихре наблюдается быстрое вращение воздуха при одновременном его подъеме вверх, так что попавшие в вихрь пыль, листья и другие предметы, увлекаются по спиральным путям.

Большее значение имеют более крупные вихри, называемые над морем смерчами, а над сушей – тромбами. В Северной Америке тромбы называют торнадо.

Смерч (тромб, торнадо) – вращающееся воронкообразное облако, которое протягивается к земле от основания грозового облака (рис. 5.36). Цвет его меняется от серого до черного. Приблизительно в 80 % торнадо на территории США максимальные скорости ветра достигают 65–120 км/ч и только в 1 % – 320 км/ч и выше. Наиболее низкое давление, наблюдавшееся в центре торнадо, 912 мб.

Приближающийся торнадо обычно издает шум, подобный грохоту движущегося товарного поезда. Несмотря на сравнительно небольшие размеры, смерчи относятся к наиболее опасным штормовым явлениям. С 1961 по 1999 гг. на территории США от торнадо погибало в среднем 82 человека в год. Однако вероятность того, что смерч пройдет в данном месте, крайне низка, поскольку средняя длина его пробега довольно коротка (ок. 25 км), а полоса охвата невелика (шириной менее 400 м).

Смерч зарождается на высотах до 1000 м над поверхностью. Некоторые из них так и не достигают земли, другие могут коснуться ее и вновь подняться. Смерчи обычно связаны с грозовыми облаками, из которых на землю выпадает град. Для формирования смерча в воздушных массах необходим резкий контраст температуры, влажности, плотности и параметров воздушных потоков. Прохладный и сухой воздух с запада или северо-запада надвигается на теплый и влажный воздух, находящийся в приземном слое. Это сопровождается сильными ветрами в узкой переходной зоне, где происходят сложные преобразования энергии, которые могут вызвать формирование вихря.

Смерчи отмечаются по всему земному шару, но наиболее благоприятные условия для их формирования имеются в центральных районах США. Среднее количество смерчей на территории США ок. 800 в год, причем половина из них приходится на апрель, май и июнь. Наибольших величин этот показатель достигает в Техасе (120 в год).

Рис. 5.36. Смерч (kataklizm.net)

В Европе тромбы сравнительно редки и наблюдаются преимущественно в жаркую летнюю погоду в послеполуденные часы в воздушных массах тропического происхождения с большими вертикальными градиентами температуры. В направлении к северу они отмечались до северной Шотландии, южной Норвегии, Швеции (до 60° с. ш.), Соловецких островов; в Сибири – до низовьев Оби. На Европейской территории СНГ каждое лето в разных местах, и на юге, и в центре, отмечается несколько тромбов. Были случаи, когда они достигали особой катастрофической силы, как, например, московский тромб 29 июня 1904 г., сравнимый по интенсивности с американскими торнадо. По-видимому, на Азиатской территории СНГ тромбы возникают значительно чаще, но, проходя в малонаселенных районах, наблюдаются реже.

Разрушения, вызванные смерчами, происходят как из-за ветра огромной силы, так и из-за больших перепадов давления на ограниченной площади. Смерч способен разнести на кусочки здание и разметать его по воздуху. Могут обрушиваться стены. Резкое снижение давления приводит к тому, что тяжелые предметы, даже находящиеся внутри зданий, поднимаются в воздух, как бы всасываемые гигантским насосом, и иногда переносятся на значительные расстояния. Невозможно предсказать, где именно образуется смерч. Однако можно определить район площадью ок. 50 тыс. кв. км, внутри которого вероятность появления смерчей достаточно высока.

Практическая работа № 5