Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 88

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 88)

Тропические циклоны, торнадо и водяные смерчи Благодаря своим малым размерам и большой интенсивности тропические циклоны являются одними из самых сложных объектов для моделирования па ЭВМ. Имеется очень мало данных зондирования над тропическими океанами, которые давали бы возможность прогнозистам точно предсказать, где именно благодаря конвекции выпадет дождь, и возникнет ли он нз двух- трех больших штормов или из нескольких маленьких.

Критерием, по-видимому, может служить то, что для ббльших штормов вероятность возникновения увеличится, если имеется возможность их поддерживать. Кроме того, для компенсации поднимающегося воздуха, нагреваюшего остальную воздушную массу, где-то должно происходить оседание. Иная ситуация реализуется, когда возникае~ вращающаяся система. Когда в обширной области над морем формируется вращающаяся масса воздуха, имеющая более или менее равномерное распределение температуры, скажем, около 28'С, падение давления в центре ее може~ превышать 60 мбар.

Воздух, перемещающийся к центру, может быть охлажден на 5'С или еше сильнее вследствие аднабатического расширения и поэтому нагревается за счет соприкосновения с морем, которое, таким образом, благодаря вращению воздуха становится источником плавучести, а также источником скрьпой теплоты, так как вода испаряется с его поверхности. Из тефнграммы можно видеть, что рост температуры при 950 мбар и 25'С на 5'С увеличивает влажность в условиях насыщения на 7 г/кг; когда воздух поднимается влажноадиабатнчески до высоты 500 мбар, он конденсируется в количестве -15 г/кг. Таким образом, при температурах -25 —:30'С происходит выделение большого количества теплоты от конденсацнн, и турбулентные потоки воздуха вблизи морской поверхности, параду с сильным ветром и обильными брызгами, способствуют увеличению испарения с поверхности моря, Интенсивность дождя вблизи конвективных облаков вокруг глаза бури может иметь порядок 12 см/ч или приблизительно 3 м/сут.

Чтобы давление в центре было на 50 мбар ниже, чем в окружающем воздухе, необходимо нагреть воздух при давлении -500 мбар на !О % его абсолютной температуры, т. е. приблизительно на 30'С. Это, очевидно, не может быть обеспечено описанным выше механизмом нагрева от моря, ко~орый позволяет получить не более одной шестой указанного роста температуры. Далее, сслп бы частица воздуха перемешалась вдоль горизонтального градиента давления с уменьшением на 50 мбар, не замедляясь, она могла бы приобрести скорость порядка !00 м/с ОБлАкА и осхдкп (Лр = '7 рд', и так как 50 10' дпп(см' = '6 1,3 10' гХ Х!00 см — 'д', то получаем и = 1,!4 104 см/с).

Следовательно. воздух, перемепгаюшийся по спирали внутрь, увлекается восходящим потоком н нс достигает центра шторма. Вместо этого воздух всасывается сухоадпабатически из стратосферы вниз, и тропопауза достигает поверхности моря. Вследствие опускания сухого воздуха с уровня 300 мбар при температуре — 50'С до уровня 950 мбар его температура достигает — 40'С, и воронка заполняется стратосферным воздухом, обладающим малой плотностью, в результате чего в центре шторма создастся низкое давление. С кораблей и самолетов наблюдается иного небольших атмосферных вихрей, скорость в которых достигает 30 и/с и выше.

Однако продолжительность существования этих вихрей мала, так как онп недостаточно велики, чтобы опуститься нз стратосферы к подстилающей поверхности и сохранить достаточно низкое давление в центре, чтобы охладить воздух и преврати~ь море в локальный источник тепла. Возникновение тайфуна требует концентрации завихренностн на небольшой плошади; такое событие является случайным в районе, где неустойчивость может быть ослаблена большим числом рассредоточенных ливневых облаков. Развитый тайфун не симметричен и содержит больше облаков в квадранте, в направлении которого перемешаемся.

Опдвижется приблизительно по ветру на высоте -3000 м, т. е. приблизительно па уровне 700 мбар (см. гл. 4). В нем имеются спиральные группы облаков, как видно па снимках, полученных прп радиолокационном наблюдении тайфуна в Карибском море (рис. 11.10.! и 1!.10.2). Эти группы облаков разворачиваются с ветром, по не являются линиями тока для тайфуна. Вертикальное сечение тайфуна показано на рпс. ! 1.!0.3, па котором облака растянуты по вертикали (вертикальный масштаб увеличен). Далее мы рассмотрим движения, связанные с облакамп. Опускающийся очень сухой стратосферный воздух движется вдоль стены облаков, окружающих глаз бури.

Содержание жидкой фазы в облаках степы доходит до !О г/м'. Перемсшивание этих двух резко различаюшихся масс воздуха вызывает выхолажпвапие приблизительно на 20'С, если вода испарилась на уровне перемешивания. Следовательно, перемешцвание создает мошный опускающийся поток со скоростью до -30 м/с, который заполняет нижнюю часть глаза воздухом, гораздо более влажным по сравнению со стратосферным.

Иногда внутри глаза наблюдается плотное кольцевое облако на высоте — ! км от поверхности моря. Благодаря трению о морскую поверхность ветер вблизи поверхности моря уменьшается таким образом, что его скорость 48б> ГЛАВА !1 Рис. 11.10.1, Вид сверху урагана Донна, набзиодаемого с радиолокационной станиии Ки-Уэст (Флорида). Снимок следует рассматривать совместно с рис 1!ЛО2 в 1!.1ОЗ, прслставлкющими осинник облаков. На сиимкс видны пранмупгсствсг~ио кэ'гсаыа облака, нз которых идет лождь.

Самые мопгиыс из них окружают глаз бури. Расстояние от Кгьуэст да Майами составляет 22О кн. Всртнкальнос с*чсиис, паказанноа иа рис. 1118.2, сдслаио примерна иа 8 ч раиыпс чсрсэ гла» бури. когда оп имел юирииу ЗО км. Высоты даютси в тысячах футон (1ОИ Фут 305 м1. ОБЛАКА и ОСАДКИ 487 становится пропорциональной не г ', как в вихре без трения, а г — пх для типичного тайфуна. В центре глаза наблюдается безветрие.

В дополнение к трепню у поверхности возникает направленный вверх поток, который в значительной своей части состоит из отстающего воздуха. так что, если он поднимается вверх (обычно вместе с циркуляцией купола перистых облаков), то он начинает вращаться антпциклонально со скоростью, меньшей скорости вращения земли. Моряки уже давно использу1от это свойство для определения местоположения глаза тайфуна, если онн находятся на его периферии. Центр шторма перемещается обычно со скоростью !Π— 15 морских узлов, и большинство судов могут избежать его при хорошей навигации и умении читать небо. В радиусе 300 км от него вертикальная компонента вращения земли на шпроте 19' (где сов 6 = н ') создаст тангенциальпую скорость, равную 13,5 узлам, Тангенцнальный ветср со скоростью 19 узлов имеет, следовательно, реальпу1о скорость порядка 32,5 узла.

Если скорость относительно земли растет пропорционально г оз, то это дает скорость 60 узлов на расстоянии 30 км по радиусу от глаза бури, что составляет в пространстве приблизительно 61 узел. На расстоянии 300 км скорость в пространстве снижается до 6 узлов, что эквивалентно — 7,5 узла относительно земли па этом расстоянии, т. е. приводит к заметному антициклональному вращению. На расстоянии 600 км эта тангенциальпая скорость увеличивается до — (13,5Х Х2 — 61 —: — ) = — 24 узла. 600 х Зо ) Рве. ! 1.102. 488 ГЛАВА П Вследствие большого трения о поверхность над сушей тайфун ослабевает и тангепциальная скорость вокруг его центра падает. Но более Важным является тот факт, что изчезает источник скрьпого тепла, уменьшается шпенсивность осадков и шторм быстро теряет силу.

Наиболее тяжелые последствия от шторма возникают в первые несколько часов после его появления вблизи берега. Холодный нисходящий поток от конвективных облаков сосадками часто вызывает интенсивный местный восходящий поток. Если поднимающийся воздух имеет вертикальную завихренность, то быстрое образование плавучести в облаке приводит к поннжепшо давления и возникновению конвергенции в основании облака, аналогичных тем же явлениям в термиках. Растя- уаа ггм Рис.

1!.103. Схематическое сечеакс типичного урдгдид. Се ~ение проведено через глаз бури; динан аинисвмч обдаков такие ма. как на рнс. П.ЮЗ. Воздух в течении, показанном стрелками допсмиително участвует а «ругоаом двнмсинн, описанном н раза. а.п, жение вихревых линий интенсифицирует вращение н увеличивает продолжительность существования центра низкого давления.

Поэтому в нижележагцем слое воздуха возникает конвергенция, и прп наличии в этом слое завихренности в пем образуется вихрь, распространяющийся до земли. Неожиданный рост облачных башен в этих условиях образует облачную воронку, которая постепенно распространяется к земле и, если достигнет ее, сильно увеличивает длительность своего существования. Над морем этн облачные воронки называются водяными смерчами. Онн часто образуются во время ливней вблизи побережья теплого моря. Многие смерчи существуют всего несколько минут и не достигают поверхности моря.

Однако водяной смерч может достичь водной поверхности, даже если ее не достигает основание облачной воронки, которое является приблизительно изобарической поверхностью, причем брызги иногда образуют нечто, похожее на пыльный смерч (см. разя. 9.8.4), поднимающийся с поверхности. 'г!ад сушей благодаря гораздо более разнообразным свойстВам поверхности завихренность в нижних слоях больше, чем над морем. Следовательно, когда тайфун проходит пад сушей, огллкл и ослдки 489 он может образовать большее число облачных воронок (называемых пад сушей торнадо), Этот эффект дополнительно усиливается тем, что воздух в нижней части тайфуна вблизи поверхности много суше, чем пад теплым морем, Вследствие этого оседание, когда оно существует, может быть гораздо более интенсивным, чем пад морем, благодаря более интенсивному испарению в пем дождевых капель (разд.

Характеристики

Список файлов книги