книги из ГПНТБ / Воронцов, П. А. Аэрологические исследования пограничного слоя атмосферы

Таблица 64

Характеристики восходящих потоков над водоемом

Для табл. 64 взяты только те случаи, когда наблюдались

хорошо выраженные восходящие потоки с подъемом шара. Ве­ личины Wi имеют суточный ход с максимумом в полуденные

часы. Над р. Ангарой Wi примерно одинаково с аналогичной величиной над целинными землями Кокчетавской области в усло­ виях интенсивной конвекции; над оз. Севан они значительно, почти в 1,5—2 раза меньше.

Приведенные значения Wi на высоте 1 м нельзя экстраполиро­ вать на очень большие высоты, так как будут получены колос­

сальные величины wz, которые никогда не наблюдаются в ат­ мосфере. Из-за отсутствия фактических данных закономерности

распределения w и z пока еще очень мало исследованы.

Вертикальные токи орографического происхождения

Обтекание воздушных потоков отдельных неровностей земной поверхности, не отличающихся по своим термическим свойствам от прилегающих участков, вызывает образование орографических вертикальных токов. При орографических токах, как и при дру­ гих видах вертикальных движений, выделим из модуля ветра его вертикальную составляющую, которая и будет определять вели­ чину w. Наиболее отчетливо развитие этих движений наблюда­ ется в горных районах в виде склоновых ветров, где часто вели-.

178

чина w будет больше горизонтальной составляющей модуля ветра.

Исследование вертикальных токов на склонах долины Азау проводилось нами методом уравновешенных шаров-пилотов. Крутизна склонов доходила до 35—40°, высота — до 1100 м.

Хотя поле течения над склоном было весьма сложным, но все же возможно рассмотреть не отдельные, а осредненные резуль­ таты наблюдений.

усиление долинной циркуляции в пункте наблюдений. Рост величины а в полуденные часы так­

же показывает, что склоновая циркуляция достигает наиболь­ шего развития в это время суток.

Следует отметить большие углы наклона нисходящего потока по сравнению с восходящими, которые к полудню могут доходить до 50°. На боковых склонах долины на границе раздела ветра разных направлений нисходящие потоки могут носить характер

кратковременных прорывов воздуха с большими углами наклона.

Боковые склоны долин рр. Азау и Терскола не представляли однородной поверхности, примерно нижние 500 м были покрыты редким лесом с травянистой растительностью, а верхняя часть состояла из обнаженных горных пород и альпийских лугов. Очевидно, условия нагревания воздуха на разных участках

Таблица 65

Средние характеристики воздушного потока на боковых склонах долины Азау — Терскол

вертикальные составляющие высот подъема или опускания потоков воздуха, w см/сек. — вертикальная скорость, и м/сек. — скорости ветра, Т сек.— время подъема или опускания потоков воздуха по склону, а° — угол накло­ на потока к горизонту, п — число случаев.

склона были неодинаковы, следовательно, различными должны быть и величины восходящих потоков над этими участками.

Как видно из табл. 66 над нижней частью бокового склона вос­ ходящие потоки значительно меньше, чем над верхним скалистым

участком. Приращение w над верхним участком примерно составляет утром 25%, в 10 час. 30%, в 12 час. 45% и в 14 час.

доходит до 80%. После 16 час. из-за малых значений w шары обычно оказывались далеко от пункта выпуска и наблюдения за

ними прекращались.

Таблица 66

Величины w м/сек. на разных участках склона

В 17 случаях уравновешенные шары поднимались выше по­

ловины склона. По этим наблюдениям были подсчитаны средние

значения вертикальной w и горизонтальной v составляющих модуля ветра на разных участках склона (рис. 54).

180

По данным автора, в общем оправдывается теоретически уста­ новленная зависимость между w и v при движении воздуха над

где а — угол, характеризующий крутизну склона, в данном слу­ чае а = 35°.

Рис. 54. Распределение w по крутому склону.

а — схема потока у склона, б — средние значения w и V.

Можно отметить рост v и особенно w по склону с максиму­

мом этих величин на средине склона, но уже на высоте 700 м значения w и v резко уменьшаются.

На рис. 54 приведена схема потоков в сравнительно тонком слое воздуха по склону. В первой половине склона должен наблю­ даться некоторый приток воздуха к склону, но уже с 0,5—0,6 высоты склона происходит отрыв струи от склона, хорошо замет­ ный по уменьшениям w и V, а следовательно, и массы воздуха,

протекающей вблизи склона.

На рис. 55 приведен график зависимости w от v tg а. Несмотря на некоторый разброс точек, можно считать, что эта связь суще­ ствует. Тогда при прочих равных условиях, чем больше крутизна склона, тем больше должны быть вертикальные потоки, величины которых будут прямо пропорциональны otga.

181

В ночное время уравновешенные шары не выпускались, по­ этому нельзя дать количественных характеристик ветров склонов в темное время суток. Уже с 18 час. все уравновешенные шары, как правило, перемещались без подъема, т. е. наблюдалось пре­ кращение восходящих потоков по склонам. Исследование верти­ кальных движений воздуха над пологими склонами мелких сопок

части 10—15° превышение вершины сопки над низиной составляло

Рис. 55. Зависимость w от v tg а на середине склона.

ПО м. Выпуски шаров проводились примерно со средней части склона, имеющей отметку 55 м. Склон отриентирован на югозапад.

На рис. 56 приведена повторяемость абсолютных значений w и L м для вертикальных токов воздуха над пологим рельефом в течение суток. В дневные часы наряду с орографическими факто­ рами действуют также и термические причины.

Ночью над склоном преобладали нисходящие потоки, днем восходящие. В дневные часы около 10% всех вертикальных то­ ков имели м/сек. и поднимались на высоты L>300 м.

Хорошо выраженный сток холодного воздуха по пологому склону наблюдался наиболее отчетливо в условиях антициклонической погоды при ветрах общей циркуляции от 0,5 до 3 м/сек. При ветрах, больших 5 м/сек., сток воздуха обычно не наблю­ дался.

На рис. 57 приведен пример распределения траекторий

182

стекающего по склону воздуха на уровне 0,5—1,0 м от поверх­ ности почвы. Сток воздуха ночью всегда направлен или перпен­ дикулярно к горизонталям, или под некоторым углом к ним. В ночные часы в средней части пологого склона почти всегда наблюдался ветер со скоростями от 0,5 до 2—3 м/сек. и только

в самой низине иногда отмечался штиль.

/v% а)

6)

Часы

Только спустя 30—40 мин. после восхода солнца на склоне на­ чиналось резкое изменение направления движения воздуха с прекращением стока.

На склонах, обращенных на юг и юго-запад, сток холодного воздуха при малых скоростях ветра начинался снизу за 30—

40 мин. до захода солнца и постепенно распространялся вверх,

183

окончание стока наблюдалось спустя 20—30 мин. после вос­ хода солнца, вначале также внизу и постепенно переходило на верхние участки склонов. Начало стока по склону, очевидно,

было вызвано развитием инверсии. По мере уменьшения кру­ тизны склона условия для стока ухудшались.

скорости стока холодного воздуха по склону. Средние скорости ветра составляли 1,2—2,5 м/сек. с колебаниями от 0,3 до 3—

3,5 м/сек., причем в средней части исследуемого склона наблю­ далось небольшое усиление скорости, связанное, возможно, с не­ большим увеличением крутизны склона, а к концу склона отме­ чено уменьшение скорости стока. Поскольку низина, куда было направлено движение воздуха, не являлась замкнутой, а имела выход по руслу речки, то скорости стока в низине часто были

Рис. 58. Средние значения скорости стока воздуха ночью по пологому склону. Июнь, 1955 г.

ными шероховатостью местности. Следует отметить весьма близ­

кое совпадение в средних значениях наклона опускающегося

вниз потока воздуха 0,04 и наклона местности 0,032. В средней

части исследуемого склона наклон местности был несколько больше, здесь наблюдалось некоторое усиление стока с ростом нисходящих скоростей потока.

В большинстве случаев опускание холодного воздуха по скло­

ну происходило в виде непрерывного стока иногда с быстро меняющимися скоростями. Но в некоторых случаях сток холод­ ного воздуха происходил в виде эпизодических обрушиваний вниз

по склону, порций холодного воздуха типа холодного фронта

в миниатюре.

На рис. 59 видно, что сток холодного воздуха вызвал восходя­ щие движения вытесненного воздуха в противоположном на­ правлении. Скорости ветра холодного воздуха были в пределах ® — 0,8 -г- 1,7 м/сек., а вертикальная скорость стока по склону w = l -ь 23 см/сек.; подъем вытесненного воздуха проходил при вертикальных скоростях, доходящих иногда до 0,5—0,6 м/сек.,

сациями холодного воздуха. Для изучения движений холодного

185

воздуха по склону им был проведен опыт с искусственным дымом

в 3 часа ночи долину слоем 10 м, поплыл вниз по долине со ско­ ростью 1 м/сек. В 3 ч. 12 м. он изменил направление, начав рас­ пространяться вверх по долине также со скоростью 1 м/сек. В 3 ч. 27 м. движение дыма изменилось на обратное а в 3 ч. 47 м. дым снова направился вверх по долине.

Айхель объясняет колебание дыма в долине пульсациями хо­ лодного воздуха, на поверхности которого наблюдалось распро­ странение дыма. Когда капля холодного воздуха вследствие уклона долины потекла вниз, она увлекла за собой и дым. Обра­ зовавшееся затем понижение давления в верхней части долины вызвало передвижение дыма в обратном направлении. При пере-

Рис. 59. Сток холодного воздуха над склоном, д. Цуриковка. 11/VI 1956 г., 3 ч. 10 м.

/ — ветер со склона, 2 — ветер на склон; в числителе — скорость ветра в м/сек., в знаменателе — вертикальная скорость в см/сек.

мещении следующей капли холодного воздуха явление повто­ рилось. Замедление колебаний автор объясняет тем, что в течение второй половины ночи приток холодного воздуха становится

менее интенсивным.

При дневных наблюдениях удалось получить некоторые характеристики вертикальных движений воздуха над пологим склоном в слое 0,2—0,4 км.

Коханским (1936) приведены результаты исследования вертикальных токов по данным планерных полетов над пологими

склонами в районе Карпат. По Коханскому, зона значительных

восходящих токов простиралась выше гребня холма, и изолинии были наклонены в соответствии со склонами, величины w росли с высотой, достигая максимума в 1,5—2 м/сек. в полуденные часы

на уровнях 400—500 м над склоном. Позади склона наблюдались нисходящие движения воздуха, но в очень ограниченной зоне

с w. = —0,5 м/сек.

На основании анализа движения нескольких уравновешенных

шаров-пилотов на рис. 60 построена схема распределения w над пологим склоном.

186

В утренние часы ясного дня через 1,5 часа после восхода солнца максимальные величины w могут доходить до 0,5 м/сек.

на высоте 0,1 км, величины w будут уменьшатся при приближе­ нии к склону, на подветренной стороне склона наблюдались

нисходящие потоки.

В дневные часы при наличии термической неустойчивости величины w — 3 м/сек. в зоне 0,2—0,3 км, уменьшаясь к подсти­ лающей поверхности. Нисходящие потоки до 0,5 м/сек. с под­ ветренной стороны склона имели вид небольшой воздушной волны высотой 15 м и длиной 150 м.

Перед восходом солнца на всем пути преобладали слабые

стрелки — направление и скорость ветра.

нисходящие потоки, вызванные стоком холодного воздуха по склону с величинами w от 0 до 30 см/сек. и отдельными колеба­ ниями от 5 до —40 см/сек. Через час после восхода солнца наряду с нисходящими потоками в атмосфере начинали развиваться

и восходящие потоки с величинами w от 50 до —40 см/сек. при средних значениях w от +25 до +30 см/сек. К 9 час. утра над склоном уже преобладали восходящие потоки с w до 1,5 м/сек. и нисходящие движения до —0,8 м/сек. Таким образом, если в антициклонических условиях ночью над пологим склоном пре­ обладали нисходящие движения воздуха, то почти сразу после восхода солнца начинают развиваться вначале слабые, а затем постепенно усиливающиеся восходящие токи.

В пунктах, расположенных на ровных склонах горных хребтов,

иногда наблюдаются местные усиления скорости ветра типа боры, фёна и т. п. Эти усиления скорости ветра распространяются

до 1,5—2 км от уровня долины с максимальным ростом скорости ветра в нижних слоях. При таких ветрах наблюдаются нисхо­ дящие потоки воздуха.

187