В.А. Магницкий - Общая геофизика (1119278), страница 40

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

Текст из файла (страница 40)

Так образуется комплекс­ный фронт, называемый фронтом окклюзии. Наблюдения со спут­ников показывают, что вдоль фронта окклюзии имеется длиннаяполоса облаков (в меньшей степени, чем у других фронтов, замаски­рованная перистыми облаками), которая со временем закручивает­ся — “загибается” в циклоническом вихре и распадается на несколь­ко вихрей.Когда холодный фронт подходит к простирающемуся параллель­но ему горному хребту, фронт задерживается и холодный воздухнакапливается перед ним, а из вытесняемого вверх теплого воздухавыпадают сильные осадки.

При этом другая часть холодного фрон­та может обойти хребет сбоку у его конца и затечь с другой егостороны.Фронтальные явления служат причиной почти 60% всех осадков.ЦИКЛОНЫ И АНТИЦИКЛОНЫДля прогноза поля давления, ветра и погоды, зависящей от явле­ний у фронта, используется понятие о вихре. Обозначим через Qвертикальную составляющую вихря скорости: Q = ( d v / дх — ди/ду) .Очевидно (рис. 6.2), возрастание v с ростом х (d v /d x > 0 ) создаетвращение против часовой стрелки, равно как и убывание и с ростом у.аУУУУ\\оРис . 6.2. С оставляю щ ие вихря: а —о< 0, 6 — ~dx> ®бДифференцируя первое уравнение динамики (5.9) по у, а второепо х , вычитая первое из второго и имея в виду, что при движениипо оси х (на юг или север) параметр Кориолиса I = 2a>z меняется ив то же время dll ду = 0, получаем с учетом выражения для полнойпроизводнойд£2д£2dQд£2/~Т7+и—дх + v —ду + w —dz = - \dt\ ( дит) удх£2 + /■дъЛду) ~+ Т"31.дх +(6.4)Л.

_1_ (д£_ др др др'\р 2 ^дх ду ду д х )_I dwdv(ах dzdwdu\ду dz )ТР’где FTрзависит от сил трения. Величину (Q + I) = £ называют абсо­лютным вихрем скорости. В циклонах Северного полушария £ > О,поскольку /> 0 . Так как величина абсолютного вихря существен­но больше дивергенции div v, его расчет и анализ более надежныи наглядны. Обозначив через Л / At операцию d/d t + и ( д/дх) ++ v ( д/ду) , находим, пренебрегая пока членами с w,М(£+1др дрдх дудр дрду дх+ V(6-5)член в квадратных скобках описывает горизонтальную бароклинность атмосферы.

Там, где она слаба (вдали от фронтов, гор, побе­режий), можно, используя уравнение непрерывности (5.14), за­писать:I(6-6>В областях восходящих движений абсолютный вихрь нарастает, вчастности у линий сходимости, в областях общего прогрева воздуш­ных масс, около больших облаков и т.д. Везде, где й > 0 и вихрьвозрастает, можно ожидать углубления области низкого давленияи усиления ветра.Возвращаясь к уравнению (6.4), мы видим, что оно описываетизменения одного из свойств поля ветра в функции самого ветра.Индивидуальное изменение вихря (левая часть) зависит прежде всегоот дивергенции, определяющей первый член правой части.

Второйчлен в (6.4) — и ( d l / дх) — описывает увеличение Q при смещениивоздуха к югу. Этот член имеет тот же порядок, что и первый. Третийчлен зависит от горизонтальной бароклинности атмосферы. Оценкачетвертого члена в (6.4) зависит от формы и скорости вертикальныхдвижений, от рельефа и т.д. Он может быть велик в смерчах и другихмалых явлениях при больших w. Последний член в (6.4) описываетэффект трения, тормозящего все движение. Наблюдения показыва­ют, что даже мощные тропические ураганы, выходя с моря на сушу сее шероховатой поверхностью, затухают иногда за один день.Циклоны — атмосферные вихри больших размеров, связанныес областями пониженного давления воздуха. В них образуются об­ширные системы облаков и осадков и происходят большие и важныеизменения погоды.Иногда над более теплыми районами Земли могут возникать тер­мические циклоны, где давление понижено благодаря присутствиюболее теплого и легкого воздуха.

Так, над жаркой Передней Азиейлетом развивается большая “термическая депрессия”.Намного чаще наблюдаются и являются гораздо более активнымициклоны, возникающие вместе с волной на атмосферном фронте.Существующая близ фронта сходимость, согласно (6.4), благоприят­на для циклогенеза — зарождения вихря с Q > О, в области которогопостепенно формируется область низкого давления (рис. 6.3). Еслифронт простирался, как это чаще бывает, с запада на восток, то ввосточной части этой области участок фронта начинает смещатьсяк северу, в западной — к югу и образуется фронтальная волна —первая стадия жизни циклона. Перед участком теплого фронта навостоке давление падает, за холодным фронтом на западе (в “ты­лу ”) — растет, и волна смещается постепенно к востоку.

В дальней­шем сходимость (с ростом величины Q -I- D и адвекция холода в ты­лу циклона увеличивают амплитуду волны и углубляют область низ-2•лтfА А.ЧШШ5 Ш Ш б---------7 •<?Рис. 6.3. Стадии развития (а, б) и окклюдирования (в ) циклона. Верхний ряд —эволюция циклона на синоптической карге. Нижний ряд — вертикальные разрезыциклона по линиям ху, указанным на верхних рисунках тонкими прямыми линиями./ —линии верхних течений, 2 — струйное течение, 3 — теплый фронт, 4 — холодныйфронт, 5 — области осадков, 6 — облачность без осадков, 7 — тропопауза, в — сечениеструйного течения; II — низкое давление, В — высокое давлениекого давления.

Постепенно развиваются большие облачные системыобоих фронтов, наступает вторая стадия молодого циклона, движу­щегося обычно к востоку.Когда более быстро движущийся холодный фронт догоняет теплыйи, начиная от центра циклона, постепенно смыкается с ним, наступа­ет третья стадия жизни циклона — стадия окклюзии.

Система обла­ков принимает вид отдельных спиральных полос, сходящихся в “го­лове” облачного вихря над центром циклона.В четвертой стадии, когда смыкание фронтов распространитсядалеко от центра, начинается заполнение циклона, давление в немрастет и ветры ослабевают благодаря работе сил трения. Система егооблаков, однако, может на несколько дней пережить циклон.Поскольку новые вихри легче образуются на холодных фронтахуже развитых циклонов — вслед за ними, то иногда наблюдаетсясерия из 4-5 циклонов, идущих один за другим.

Такие серии болеечасты над Средиземным морем, над теплым Гольфстримом, над севе­ром Европы и др.Чаще всего циклоны образуются либо проходят в областях боль­ших контрастов температуры: у окраин теплых морских течений(рядом, с Исландией, Алеутскими островами) или близ теплых мо­рей и озер (Средиземного и Каспийского морей, Великих озер вСША). Летом там циклогенез ослабевает, но возникает пояс тро­пических циклонов — над океанами, над Африкой, Индией, Индо­китаем.Антициклон — область повышенного давления воздуха и отри­цательного вихря (Q < 0), вращающегося по часовой стрелке в Се­верном полушарии. Образование антициклонов связано с сущест­вованием циклонов, поскольку конвергенция, развитие положитель­ного вихря и убыль массы в одних местах должны компенсиро­ваться дивергенцией, отрицательным вихрем и прибылью массы —в других.Дивергенция течений из антициклона уменьшает вихрь согласноуравнению^ ( й + о = - ( Q + l) divv,(6.7)пока величина Q + / в правой его части не станет меньше нуля.Поэтому большие значения IQ I в антициклонах редки.В центральной части антициклона градиенты давления должныбыть слабы.

Соответствующая им скорость (тангенциальная) — ско­рость г>гр градиентного ветра — должна быть близка к нулю и растис удалением г от центра антициклона.Тропические циклоны (ураганы над Атлантикой и тайфуны наДальнем Востоке и над Тихим океаном) являются особым родомочень мощных циклонических вихрей. Обычно они наблюдаютсянад тропическими зонами океанов.

Они зарождаются вместе с облач­ными скоплениями (кластерами) как возмущения внутритропической зоны конвергенции примерно между 7-10° с.ш. или 5-15° ю.ш.Обычно во внутритропической зоне конвергенции имеется одновре­менно несколько таких возмущений, но лишь часть из них развива­ется в вихри.На следующей стадии их жизни начинается быстрое падение дав­ления в вихре (рис. 6.4), хотя центральная область сильных ветровеще мала. Окружающие ее разбросанные облака формируют пос­тепенно спиральные облачные полосы, сходящиеся к циклону.

Цир­куляция его распространяется вверх. В третьей стадии (зрелой) ради­ус области ураганных ветров достигает 400 км, изредка 650 км.В тропическом циклоне очень велики тангенциальные, или ка­сательные (перпендикулярные к радиусу-вектору), составляющиескорости v f. Они максимальны на расстоянии в среднем 45 кмот центра циклона.

Далее они постепенно убывают и на рассто­янии 200 км от центра составляют ~ 35% от максимальной. До вы­соты 4-5 км v f меняется мало. От поверхности океана до уровня300 мб наблюдается конвергенция, а выше него — дивергенция те­чений.мили/чРис. 6.4. Запись скорости ветра при прохождении урагана “Целия” 3 -4 августа 1970 г.над Грегори, штат Техас, США (28° с.ш., 97° з.д.).

Глаз урагана прошел непосредствен­но над метеорологической станциейЗамечательной особенностью более глубоких тропических цикло­нов является “глаз бури” — центральная область штиля, малойоблачности и повышенной (иногда на 10°С) температуры, диаметромот 5 до 60 км. Прохождение “глаза” над данным пунктом можетпродолжаться более часа.Благодаря существованию радиальной составляющей скорости v ,к центру циклона сходятся длинные полосы облаков и осадков,закручивающиеся по спиралям с углом 18° к изобаре. В центрециклона “глаз” окружен очень высокой стеной облаков — кольцеоб­разной областью сильнейших восходящих движений (рис.

6.5).Ураганные порывистые ветры вызывают в области циклона силь­ное волнение. У побережий циклон создает высокую нагонную волну,в особенности в заливах и устьях рек.Циклоны, вступившие на материк, сравнительно быстро затухаютиз-за повышенного трения, меньшего испарения и теплоотдачи споверхности суши. Однако они успевают дать на суше большое коли­чество осадков.Н,кмРис. 6.5. Схематическое вертикальное сечение тропического циклона. Жирные ли­нии в центре урагана — облачные стены. Черные полосы внизу — приток воздухак центру циклона, пунктир — схематические изобарические поверхностиМЕСТНЫЕ ВЕТРЫМестными ветрами называют воздушные течения небольшого го­ризонтального (до 100 км) и вертикального протяжения, создава­емые особенностями рельефа или нагревания подстилающей поверх­ности — суши либо воды.Местные ветры заметно влияют на погоду и климат прибрежных ив особенности горных областей во всех широтах во все времена года.Широкий воздушный поток, встречая горный хребет, отклоняетсяим не только вверх, но и в стороны, так что линии тока сгущаютсяу оконечности хребта.Когда в антициклоне притекающий с севера или северо-востокахолодный воздух задерживается и накапливается перед горным хреб­том, он может затем начать переваливать через хребет в виде силь­ного холодного ветра — боры.

Характеристики

Список файлов книги