Тарасов Л.В. - Ветры и грозы в атмосфере Земли (1109048), страница 34
Текст из файла (страница 34)
Если ветровой поток переносит количество снега, которое как раз соответствует максимуму его транспортирующей способности, то говорят о насыщенной низовой метели Если же масса переносимого ветром снега меньше упомянутого максимума, то говорят о ненасыщенной низовой метели. Понятно, что сильные низовые метели могут наблюдаться в районах со сравнительно сильными ветрами. Но этого недостаточно. Важно также, чтобы поверхностный слой снежного покрова был относительно сухим и не слишком уплотненным. Ветру трудно поднимать в воздух мокрый снег, трудно разрушать плотную поверхностную корку, образующуюся при кратковременном таянии верхнего тонкого слоя снега (наста). Но и этого недостаточно. Нужна относительно большая ровная снежная поверхность, свободная от лесов, холмов, гор, чтобы у метели имелось пространство для разгона.
Все эти условия выполняются в степных районах Поволжья, Западной Сибири, на севере Казахстана. Особенно хорошо они выполняются в Антарктиде, где поверхностный слой снежного покрова является настолько рыхлым, что подчас делает невозможным передвижение по нему даже на лыжах (мы отмечали это в разд. 2.5). В Антарктиде скорость метелевых ветров достигает 60 — 90 м/с. 186 Глава 2. Фазовые нереходы е атмосфере Общие метели отличаются от низовых прежде всего более мощными снежными заносами. Заносы связаны в основном не с переносом снега ветром, а с обильными снегопадами. А чтобы такие снегопады происходили, нужна относительно высокая влажность воздуха. Поэтому сильные общие метели характерны для приморских районов. Они часто происходят на побережьях США, Канады, Гренландии; с ними хорошо знакомы жители Дальнего Востока и Камчатки.
Микроструктура низовых метелей Мчащиеся по воздуху при сильной низовой метели частицы представляют собой обломки обычных снежинок; они очень мелкие и колкие и обладают исключительной проникающей способностью, легко забиваются в малейшие поры одежды. В дальнейшем будем называть их метельными частицами. Размеры частиц 0,1 — 0,5 мм. Можно выделить три типа движений метельных частиц. Они схематически показаны на рис.
2.31: а) влечение частиц вдоль поверхности снега; б) прыжки частиц; в) витание частиц в воздухе. Рис. 2.31 26. Метели 187 Влечение происходит в тонком приземном слое воздуха, не более нескольких сантиметров. Прыжки наблюдаются до высоты порядка метра, в отдельных случаях до нескольких метров. Выше можно видеть только витание метельных частиц. На рис. 2.32 представлена графически для разных скоростей вет- 3 ра зависимость удельного расхода 2 снега от высоты Ь 1удельный расход е „„, снега — его масса, которая перено- Й сится ветром за единицу времени через единицу площади, ориентиро- И ванной перпендикулярно к направ- Й а 10' 1 лению ветра). Показаны три зкспе- ь риментальные кривые: ! — для скорости ветра 1О м/с; 2 — для 15 м/с; ь 0 10 20 30 Ь,ем 3 — для 25 м/с.
Чем больше скорость ветра, тем больше удельный Рис. 2.32 расход снега. Видно, что во всех трех случаях почти весь снег переносится в пределах приземного воздушного слоя толщиной всего 30 см. Это говорит о том, что прыжки метельных частиц являются основным типом движения при низовых метелях. Для него часто используют термин сальтация — от итальянского слова вайа, что означает прыжок. Ветер Рис. 2.33 Рассмотрим весьма упрощенно развитие низовой метели за счет сальтации метельных частиц.
Выделим мысленно полосу снежного поля шириной 0; пусть она начинается от наветренного края поля, т. е. от того места, где метель начинает свой разбег (рис. 2.33). По- 188 Глава 2 Фезоеые переходи е аммос«вере верхность снежного поля, над которым разгоняется метель, имеет вид пологих снежных волн. Метельные частицы вырываются ветром из снега на наветренных склонах гребней этих волн, пролетают по горизонтали расстояние А (оно определяет длину волны снежного профиля) и падают на наветренный склон следующих гребней, выбивая из них новые частицы.
Энергия, получаемая летяшими частицами от ветра, расходуется на выбивание новых частиц. Будем полагать, что частица, совершив прыжок дальностью А, выбивает в среднем и новых частиц. Так как и > 1, то постепенно, от прыжка к прыжку, обшее число метельных частиц будет нарастать — метель будет постепенно разгоняться. Пусть в начале «полосы разгона» за единицу времени поднимаются в воздух Ф метельных частиц. Подсчитаем, сколько частиц поднимется в воздух за единицу времени после к последовательных прыжков, т.
е. на расстоянии А = к1 от начала полосы. От Ф исходных частиц получим после первого прыжка в среднем Уп частиц, после второго прыжка упз частиц, после к-го прыжка Фпь частиц или, иначе говоря, Фпь~" частиц. Таким образом, количество метельных частиц, а значит, и масса взвешенного в воздухе снега растет по мере разгона метели как показательная функция от длины Е, на которой рассматривается разгон. Представленная картина является весьма упрошенной. Очевидно, что величина и должна уменьшаться по мере увеличения массы взвешенного в воздухе снега, постепенно приближаясь к единице. Ведь рано или поздно метель должна стать насыщенной, иначе говоря, транспортирующая способность ветрового потока должна достичь своего предельного значения. После этого количество метельных частиц в воздухе будет оставаться в среднем одним и тем же.
Длина ь', на которой достигается насышение метели снегом, называется длиной зоны разгона; она равна 100 — 500 м. Можно сказать, что приведенные выше рассуждения справедливы лишь до тех пор, пока выполняется неравенство А «Е . Следует также учитывать, что по мере обработки ветром поверхность снежного покрова становится плотнее и прочнее; поэтому длина А с течением времени возрастает.
Кроме того, не все метельные е частицы падают обратно на поверхность снега. Многие частицы испаряются во время полета. Мы видим, таким образом, что с физической точки зрения низовая метель представляет собой довольно сложное явление природы. 2.б. Метели 189 Как далеко переносится снег метелью? Дальность переноса снега будем измерять от линии, где метель начинает разгоняться. В пределах зоны разгона больше снега поднимается в воздух, чем падает обратно на землю. Поэтому постепенно снег все более выметается из зоны разгона, так что кое-где снежный покров может вообще исчезнуть. За пределами зоны разгона ветровой поток насыщен снегом. Насыщение соответствует данной скорости ветра.
Поэтому, если вдруг на пути метели встретятся препятствия, например, деревья, кустарники, холмы, благодаря которым горизонтальная скорость ветра уменьшится, то немедленно начнется активное выпадение снега на землю — возникнет снежный занос. А если таких препятствий нет, то как далеко может перенести снег низовая метель? Раньше полагали, что очень далеко, чуть ли не на десятки и сотни километров.
Оказалось, однако, что это не так. Вследствие довольно интенсивного испарения летящих метельных частиц предельная дальность переноса снега ограничивается несколькими километрами. Лишь в Антарктиде она может достигать !0 — 20 км. Снежньге волнн При низовой метели на открытой равнинной местности возникают перемещающиеся по направлению ветра снежные волны. Зарождение этих волн можно объяснить тем, что прыжки метельных частиц имеют вполне определенную среднюю дальность. Длина снежной волны соответствует длине прыжка.
Чем больше скорость ветра, тем дальше сальтируют метельные частицы и тем длиннее снежная волна. При сильных метелях снежные волны имеют длину от нескольких метров до нескольких десятков метров (в зависимости от силы ветра). Итак, сальтация метельных частиц приводит к зарождению волнообразного рельефа на поверхности снега.
Едва лишь такой рельеф обозначился, как в игру немедленно вступает еще один фактор, который и обеспечивает перемещение снежных волн. Дело в том, что над ложбинами наметившихся снежных волн возникают завихрения в приповерхпостном слое воздуха (рис. 2.34). Эти завихрения делают волнообразный рельеф снежного поля более 190 Глава 1 Фазоаые переходы в атмосфере выраженныи — углубляются ложбины, увеличивается высота гребней волн.
Благодаря воздушным завихрениям гребни волн нарастают с подветренной стороны. В то же время под давлением ветрового потока и вследствие бомбардировки метельными частицами наветренные склоны гребней непрерывно выветриваются. Итак, подветренные склоны непрерывно нарастают, а наветренные, наоборот, теряют снег. В результате возникает медленное перемещение гребней снежных волн по направлению ветра. По окончании метели это перемещение, естественно, прекращается, и снежные волны застывают в неподвижности. Рис.
а.34 Горные вветели В горах низовым метелям негде разогнаться. Снежные заносы обусловлены здесь главным образом снегопадами. Иными словами, горные метели — это снегопады при сильном ветре. Их иногда называют верховыми меепелями. Подчеркнем, что снежные заносы при верховых метелях, как правило, мощнее и опаснее, чем при низовых метелях. Опасность усугубляется тем, что в горах большие снежные заносы могут давать начало снежным лавинам. Места, где откладывается снег, интенсивность осаждения и накопления снега все это зависит от рельефа данной горной местности.
Рассмотрим (как всегда, упрощенно) конкретный пример. Над горой, изображенной на рис. 2.35, проходит снеговая туча; вдоль поверхности горы дует сильный ветер. Пусть о, — вертикальная составляющая скорости снежинок, выпадающих из тучи, а о — скорость ветра непосредственно у поверхности горы. На рисунке выделены четыре зоны, которые обозначим как А, В, С,2). В пределах зоны А вертикальная составляющая скорости восхо- дящего воздушного потока меньше вертикальной составляющей ско- дб. йтетели 191 рости падающих снежинок: тяп сг < и .
Поэтому в зоне А происходит осаждение снега на горном склоне. Рис. 2.35 В зоне В воздушный поток поднимается более круто (он следует склону горы), поэтому и гйп В > и . Это означает, что снижающиеся снежинки будут подхватываться воздушным потоком и сноситься к вершине горы; в зоне В снег не осаждается. На вершине горы имеется горизонтальная площадка (зона С).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
