книги из ГПНТБ / Колобков Н.В. Атмосфера и ее жизнь

температур уменьшается. Такое движение воздушных масс в северном и южном полушариях в конечном итоге приводит к межширотному обмену воздуха.

Если нанести на географическую карту распределение ветров и температур у поверхности Земли, то можно уви­ деть теплые и холодные воздушные течения. Холодный воздух Арктики стремится проникнуть в южные широты, а на его место поступает теплый воздух с юга. При этом можно заметить, что воздух перемещается не отдельными струями, а громадными потоками, и внутри каждого из них наблюдается своя температура, влажность, облач­ ность и т. д. Такие же течения существуют и в высоких слоях атмосферы. Большие объемы воздуха, сохраняю­ щие некоторое время свои физические свойства, называ­ ются воздушными массами.

Воздушные массы могут простираться вверх до стра­ тосферы и распространяться в горизонтальном направле нии на сотни и даже тысячи километров. Каждая воздуш ная масса образуется в результате длительного пребы­ вания над однородной подстилающей поверхностью и при определенном притоке солнечной радиации. Длительное однообразное состояние среды чаще всего происходит в малоподвижных антициклонах, где из-за слабых ветров воздух долгое время остается в одном и том же районе при одинаковых условиях солнечного нагревания и ноч­ ного охлаждения. Воздушные массы, которые формиру­ ются в районе Арктики, называются арктическими, а в малоподвижных субтропических антициклонах, распо­ ложенных в поясе высокого давления вдоль 30-х широт,— тропическими. Воздушные массы, формирующиеся в про­ межуточной области, т. е. в зоне умеренных широт, на­ зывают умеренным воздухом. Кроме того, каждая из этих воздушных масс подразделяется на морскую и кон­ тинентальную разновидности.

50

Все эти воздушные массы весьма отличаются друг от друга своими физическими свойствами и характером по­ годы. Прохождение тех или иных воздушных масс ока­ зывает значительное влияние на погоду данной местно­ сти. Так, например, приход морского полярного воздуха (с Атлантического океана) на место континентального арктического воздуха, обусловливает зимой смену ясной и морозной погоды пасмурной и теплой. Повышение тем­ пературы может достигать 20—30° и более. Летом, наобо­ рот, с поступлением морского полярного воздуха связано заметное похолодание и переход к неустойчивой погоде с ливневыми осадками. Вторжение арктического воздуха на территорию СССР весной и осенью обычно приводит к ночным заморозкам.

Подобных примеров можно привести очень много. Воздушная масса, получившая определенный физиче­

ский облик в очаге формирования, при известных усло­ виях покидает свой очаг,, неся с собой приобретенные свойства (температуру, влажность и др.). Вместе с тем, проходя над различной подстилающей поверхностью (суша, покрытая растительностью или снегом, море, горы), она непрерывно подвергается ее воздействию, а также воздействию изменившихся условий солнечного нагревания и ночного охлаждения. Следовательно, свой­ ства воздушной массы не являются постоянными, а осо­ бенно при ее движении претерпевают значительные из­ менения. Такойпроцесс называют трансформацией (преобразованием) воздушной массы.

Погода, приносимая воздушной массой, является как бы результатом сложных воздействий: во-первых, при формировании воздушной массы, во-вторых, при ее дви­ жении. Поэтому воздушные массы изучают и классифи­ цируют с двух точек зрения: 1) происхождения и 2) про­ цесса трансформации — прогревания, охлаждения и т. д.

51

Идея о воздушных массах была высказана в шести­ десятых годах прошлого столетия английским ученым Р. Фицроем. Он показал, что все явления погоды сред­ них широт создаются сменой и «борьбой» воздушных тече­ ний разного происхождения и разных свойств. Он иссле­ довал свойства полярных и тропических воздушных масс, особенности их движения и их взаимодействие, приводя­ щее к образованию циклонических возмущений. В двад­ цатых годах нашего столетия учение о воздушных мас­ сах было развито главным образом норвежскими учены­ ми (В. и Я. Бьеркнесы, Т. Бержерон и др.).

Изучением воздушных масс, особенно классификаци­ ей и изменением их свойств, занимались также советские ученые (С. П. Хромов, А. И. Аскназий, А. Ф. Дюбюк и др.). Ученые установили, что огромная территория на­ шей Родины является обширнейшим полем, где проис­ ходят изменения физических свойств (трансформация) воздушных масс и атмосферных фронтов.

С точки зрения трансформации воздушные массы де­ лятся на теплые и холодные. Очевидно, масса воздуха, движущаяся к северу, будет поступать в более холодную среду и охлаждаться, а масса, движущаяся к югу,— на­ греваться. Роль подстилающей поверхности важна пото­ му, что нагревание или охлаждение в воздушной массе идет снизу вверх. Оно начинается в нижних слоях воз­ духа, а затем уже с некоторым запаздыванием и ослаб­ лением распространяется на более высокие слои. Когда приходит теплая воздушная масса, наступает потепление, сама же масса начинает охлаждаться. Это охлаждение медленно распросцэаняется вверх, отчего разность тем­ ператур в приземном и вышележащем слоях уменьшает­ ся и даже возникает инверсия температуры. Теплая мас­ са становится устойчивой, так как инверсия гасит конвек­ цию и ослабляет завихрения воздуха.

52

Вследствие значительного охлаждения нижних слоев теплой массы воздуха начинается сгущение водяного пара, появляется туман (обычно в холодное время года). При отсутствии тумана наблюдаются низкие слоистые облака, а иногда морось, зимой слабый снег или снежные иглы.

Летом поступление теплой массы сопровождается яс­ ным небом, иногда кучевыми облаками. Как исключение, в жаркую погоду могут быть грозы.

Холодная масса воздуха, поступая в более теплый район, вызывает там похолодание, но сама начинает про­ греваться и приобретает все свойства неустойчивого воз­ духа, т. е. оживленную конвекцию, завихренность те­ чений, шквалистость ветра. Сгущение водяного пара приводит к развитию кучево-дождевых облаков с лив­ нями и грозами, а зимой со шквалистым снегопадом. Туманы благодаря оживленной конвекции не возни­ кают.

Однако погода меняется не только от условий охлаж­ дения и прогрева масс воздуха при движении над под­ стилающей поверхностью с теми или иными физическими свойствами. Очень важны при этом условия динамики атмосферы, вызывающие вертикальные движения воз­ духа. При восходящем движении воздух охлаждается, наступает конденсация водяного пара, образуются обла­ ка и осадки. При нисходящем движении, наоборот, воз­ дух нагревается, водяные пары удаляются от состояния насыщения и наступает ясная погода. Поэтому совсем не безразлично знать характер вертикального движения воздуха, ибо массы воздуха с одними и теми же на­ чальными свойствами (например, воздух умеренных ши­ рот, пришедший со стороны Атлантики) могут обусло­ вить как пасмурную с осадками, так и сухую и ясную погоду.

53

П о н я ти е об а тм о сф е р н ы х ф ро нтах

Нередко во время поездки на далекое расстояние, на­ пример из Москвы в Харьков, мы на всем пути не обна­ руживаем сколько-нибудь значительного изменения по­ годы, а иногда достаточно проехать в пригородном поез­ де, чтобы заметить резко выраженное изменение погоды. Если бы мы посмотрели в дни нашего путешествия на приземную синоптическую карту погоды, то увидели бы, что в первом случае наш маршрут пролегал внутри одно­ родной воздушной массы, во втором — мы из одной мас­ сы воздуха переместились в другую, с иной погодой, и пересекли некую переходную зону. Резкие изменения погоды соответствовали границе соприкосновения воз­ душных масс. При этом чрезвычайно важно то, что в пе­ реходной зоне развиваются явления погоды, которых нет ни в одной из двух соприкасающихся воздушных масс. Такую переходную зону называют фронтальной зоной; таким образом, мы пересекли атмосферный фронт и свя­ занные с ним явления погоды.

При соприкосновении двух воздушных масс более холодная из них всегда располагается отлогим клином под более теплой. Угол наклона, под которым переход­ ная зона пересекается с поверхностью земли, очень мал и измеряется долями градуса. Чтобы представить себе угол наклона на модели, нам пришлось бы взять дере­ вянную линейку длиной в один метр, положить ее на стол и приподнять ее конец на 0,5—1,0 см (наклон составит '/гоо—’/юо).

Фронты бывают^ теплые и холодные. Теплый фронт перемещается в сторону низких температур. После про­ хождения теплого фронта наступает потепление. Холод­ ный фронт перемещается в сторону высоких температур. После прохождения холодного фронта наступает похоло-

54

К П

10

Перистые

Вьткоетистые Перистмоитыв

Слоисто - дождевые

Теплый Воздух

Рис. 8. Теплый фронт в вертикальном разрезе.

дание. Фронты хорошо выражены в циклонах, где на­ блюдается сходимость холодных и теплых воздушных те­ чений. В антициклонах фронты размываются, так как воздушные течения в них расходятся. Скорость движе­ ния фронтов колеблется в широких пределах. В Европе средняя скорость перемещения фронтов достигает 700 км в сутки, а иногда 1200—1500 км. В зоне фронта обычно наблюдается подъем воздуха, адиабатическое охлажде­ ние, образование облаков и осадков. В случае теплого фронта происходит восходящее движение теплого воз­ духа над пологим клином холодного. Ввиду малого на­ клона клина восхождение осуществляется с малой ско­ ростью и растягивается на большую площадь. Облака имеют преимущественно слоистый характер, а осадки — затяжной характер. Перед теплым фронтом идут высокие перистые и перисто-слоистые облака, которые за 12— 15 часов предвещают ухудшение погоды. В системе хо­ лодного фронта теплый воздух попадает под нажим вала холодного воздуха. У фронта развивается бурная кон­ векция, образуются мощные кучево-дождевые облака

55

с ливнями, грозами и сильными шквалами. Зимой отме­ чается сильный снегопад с ветром. За несколько часов до прихода холодного фронта на горизонте появляются его предвестники — мелкие высококучевые облака (ба­ рашки).

О возникновении циклонов и антициклонов

Если провести изобары (линии одинакового давления) на синоптической карте погоды, то всегда можно обна­ ружить существование областей пониженного давления (циклонов), в которых давление уменьшается к центру, и областей повышенного давления (антициклонов), в ко­ торых давление увеличивается к центру. Вокруг центров таких областей изобары располагаются в виде концент­ рических замкнутых кривых. Установлено, что внутри циклона воздушные массы неустойчивы, а фронты обост­ ряются, и, наоборот, внутри антициклонов воздушные массы более устойчивы, особенно зимой, а фронты раз­ мываются. В связи с этим циклоны являются областями плохой погоды, а антициклоны — хорошей. Это, в общем, верно, хотя исключения из этого правила нередки.

Циклоны и антициклоны —■это крупные атмосферные вихри, они возникают в тесной связи с атмосферными фронтами или, как говорят, являются возмущениями на атмосферных фронтах. За последние 100 лет было выска­ зано много различных гипотез о природе возникновения циклонов и антициклонов. X. П. Погосян и Н. Л. Таборовский в начале сороковых годов показали, что циклоны и антициклоны возникают и развиваются под областями расходящихся и сходящихся высотных воздушных тече­ ний при условии, когда контраст температур в системе высотной фронтальной зоны достаточно велик (более 8—10°). Появившееся на фронте возмущение пред­

56

теплого и постепенно его догоняет, то через некоторое время фронты смыкаются, т. е. образуется фронт окклю­ зии, и теплый сектор постепенно исчезает. Наступает ста­ дия окклюдированного циклона. После вытеснения вверх

и охлаждения теплого воздуха «питание» циклона пре­ кращается.

Процесс окклюзии является поворотной точкой в жиз­ ни циклона, который вскоре весь заполняется холодным воздухом и погибает. Осадки и ветер ослабевают, давле­ ние в центральной его области быстро возрастает. Через некоторое время от бурного циклона остается малопод­ вижный слабый вихрь.

Обычно вслед за возникновением одного циклона об­ разуются другие, т. е. развивается целая серия их. Всего может быть до 3—5 циклонов, причем головной давно бывает окклюдированным, в то время как следующие за ним циклоны находятся в более ранних стадиях своего развития. Между циклонами располагаются языки хо­ лодного воздуха в виде «гребней» повышенного давления. Скорость движения циклонов в среднем 30—40 км/час, а иногда до 100 км/час. Диаметры их нередко достигают более 1500—2000 км.

По мере старения циклоны замедляют движение и становятся малоподвижными. В глубоких, штормовых циклонах зимнего времени давление в центре может по­ низиться до 950 мб. Серия циклонов обрывается вхож­ дением с севера обширной области повышенного давле­ ния — антициклона.

В противоположность циклонам антициклоны возни­ кают под областями сходящихся высотных течений. Вна­ чале образуется гребень повышенного давления, внутри которого затем появляется замкнутая изобара. В даль­ нейшем антициклон усиливается и одновременно растет в высоту, заполняя<*ь теплым воздухом и замедляя свое движение. В следующей стадии начинается ослабление и разрушение антициклона.

Воздух в приземном слое антициклона движется от центра к краям и одновременно вокруг центра в направ-

58

лении по часовой стрелке (в северном полушарии). На место растекающихся потоков опускаются воздушные массы из более высоких слоев. Опускание воздуха ведет

кнагреванию его (вследствие сжатия) и, следовательно,

крассеиванию облачности. Поэтому и погода в антицик­ лоне обычно бывает малооблачной. Зимой благодаря сильному излучению при ясном небе антициклоны сопро­ вождаются сильными морозами в приземном слое, а ле­ том по причине сильного нагрева воздуха — жарой.

Для центральной части антициклона характерны лишь слабые ветры, или штиль; к краям ветры возра­ стают иногда до сильных, особенно зимой. Летом метео­ рологические элементы имеют ярко выраженный суточ­ ный ход, например прохладно ночью, жарко днем, ветер ночью стихает, днем значительно усиливается и т. д.

Средняя скорость движения антициклонов меньше, чем у циклонов,— 20—25 км/час, антициклоны часто оста­

навливаются и могут держаться в одном районе неделю и больше.

ГРОЗНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПОГОДЫ

Грозы. Грозой называется процесс конденсации во­ дяного пара в атмосфере, сопровождающийся молнией и громом, т. е. видимыми и слышимыми электрическими разрядами. Молния и гром всегда связаны с облаками и, как правило, с дождем, градом или снегом.

Издавна гроза поражала воображение человека. Грозы приводили в ужас наших предков, плохо защищен­ ных от непогоды. Пожары и смерть от ударов молнии производили на них потрясающее впечатление. Древние славяне чтили бога Перуна — творца молнии, древние греки — Зевса-громовержца.