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

Таблица 105

Величины горизонтального градиента температуры а°/Ш км

Высота, км

Примечание, с — величины а над сушей, м — то же над морем.

•ском бризе, в самом нижнем слое величина а отрицательна и величины а над сушей и морем почти одинаковы.

Учитывая не совсем точное определение расстояний над су­

шей, можно считать, что при морских бризах величина в будет

примерно одинакова в нижнем слое 200—300 м. В переходном слое величина о — 0 и выше в потоке обратного ветра величины

о меняют знак, т. е. днем воздух над морем будет теплее, чем

над сушей.

В механизме образования морского бриза основную роль

Потоки воздуха противоположного направления разде­ ляются, следовательно, не только слоем с уменьшенными зна­

чениями у, но и о < 0.

Еще не представляется возможным установить связь вели­ чины а с размерами бризовой циркуляции, но она должна суще­ ствовать.

Автором при полетах на самолете по горизонтали как утром,

так и днем в разных условиях не обнаружено где-либо скачко­ образного изменения /иг, бриз, очевидно, развивался по схеме

остается почти постоянной и над морем обычно уменьшается.

При движении воздуха по горизонтали от моря к берегу в ниж­

нем слое морского бриза величина г иногда растет, в некоторых случаях уменьшается от берега к суше за счет интенсивного турбулентного перемешивания. Наверху величины у умень­

шаются от суши по направлению к морю, из-за наличия нисхо­ дящих движений над морем.

С самолета иногда удавалось определить границы горизон­ тального распространения бризовой циркуляции в сторону моря и суши. Например, при полете над морем 20/VIII в 13 час. было хорошо заметно наличие волн на поверхности моря, на­ правленной в сторону суши, но на расстоянии 17—18 км волны

волнами. Можно предполагать, что граница волнения соответ­ ствовала границе морского бриза. При полете 23/VIII в 13 час.

на расстоянии 30—35 км от берега дым от парохода был все

время направлен в сторону берега. На суше дым от труб ука­ зывал, что морской бриз в районе полетов распространялся все дни в сторону суши не менее как на 10 км. Проследить за раз­

витием бриза дальше было трудно, так как местностьперехо­ дила в горы.

При горизонтальных полетах отмечалась турбулентность по болтанке самолета. Во всех случаях дневных полетов над мо­

рем болтанка самолета отсутствовала сразу же после перехода линии берега, а иногда и немного не доходя до нее появлялась

весьма интенсивная болтанка самолета. Эти факты показы­

вают на отсутствие турбулентности или весьма слабое ее раз­

витие над морем и резкое возрастание турбулентности при пере­ ходе на берег. По мере удаления от моря турбулентность воз­ растала. Над сушей в слое 100—300 м она была даже больше, чем в нижнем слое 100 м.

Усиление турбулентности сразу же при переходе потока воздуха с моря на сушу происходит не только за счет динами­ ческих причин, связанных с большей шероховатостью подсти­ лающей поверхности суши, но и за счет повышенной термиче­ ской неустойчивости масс воздуха в самых нижних слоях.

В дневные часы при морском бризе температура воздуха на вы­ соте 2 м была часто на 5—8° ниже, чем при ветре с суши. По­ скольку температура поверхности почвы мало меняется, это создает в нижнем слое разность температуры воздуха при бри­ зах почти на 50% больше, чем при отсутствии бриза, а следо­ вательно, и повышенную термическую неустойчивость в этом слое.

На расстоянии 1—2 км от берега величина у в нижнем слое 100 м в полуденные часы составляет 3—5°, что указывает на значительную термическую неустойчивость. Выше в слое 0,2—0,3 км у~0°,2—0°,3, следовательно, здесь турбулентность должна несколько уменьшаться, но по мере продвижения воз­ духа с моря над сушей величины у и в этом слое должны быстро возрастать.

На расстоянии 10 км от берега над сушей в слое 0,2—0,3 км величины у~ 1°/Ю0 м.

Таким образом, в массе морского бриза сразу же после его перехода на берег создается внизу зона повышенной турбу-

308

лентности с интенсивным тепло- и влагообменом. По мере продвижения воздуха на сушу турбулентность охватывает все большие слои и величина у постепенно приближается к 1° или

> Г,0 и, наконец, на некотором расстоянии от берега турбу­ лентность разрушает инверсию и распространяется на весь слой морского бриза. Участок над сушей с окончанием бриза можно иногда определить по развивающимся конвективным облакам.

Рис. 109. Распределение t и г 20/VIII 7 ч. 30 м. — 8 ч. 00 м.

1 — температура, 2 — влажность.

При полетах над Черным морем в утренние часы наблюда­ лось сравнительно большое количество облаков типа Си hum., начиная с 5—6 км от берега. Облака занимали не все простран­ ство над морем, а обычно располагались грядами.

Высота этих Си невелика, она составляла 350—450 м. По данным Д. К. Старова (1936), наблюдавшего их неоднократно

в море, высота этих Си менялась от 300 до 450 м.

На рис. 109 приведено распределение температуры и влаж­ ности в слое 1000 м над морем при наличии Frcu. Внизу над

состоянию. Величина относительной влажности в слое облаков до 400 м была около 100%, но выше 450 м она резко уменьша­

лась, чем, видимо, ограничивала высоту развития облачности.

Характерной особенностью Си над морем является их посте­ пенное рассеивание, начиная с 7—8 час., т. е. по мере развития

309

бриза. Причем сначала начинают рассеиваться Си вблизи бе­ рега, затем постепенно исчезают более удаленные облака.

или даже прекращением притока влаги от нижних приводных слоев. Но тот факт, что Си рассеивались не все сразу, а посте­ пенно, начиная от берега, и на расстояниях 45—50 км они наблюдались часто весь день, можно объяснить развитием днем над морем бризовой циркуляции, по схеме Ганна, с наличием хотя и слабых, но нисходящих движений. При полетах в Си

над морем никакой болтанки не наблюдалось, что указывает на слабую турбулентность в этих облаках.

Автор при полетах иногда наблюдал перенос кучевой облач­

ности, образовавшейся над горами, в сторону моря обратным потоком бризовой циркуляции. Например, при полете 23/VIII хорошо развитые Си с высотой основания 550—600 м потоком

с суши были перенесены на расстояние 3—4 км от берега в сто­ рону моря, где они сравнительно быстро и рассеялись.

Бризы Цимлянского водохранилища. Проводимые в Совет­

ском Союзе грандиозные работы по строительству мощных гидроузлов с обширными искусственными водоемами могут вы­ звать изменение климатических условий в береговой зоне,

вчастности образование бризовых ветров.

Впериод с 30/VI по 28/VII 1954 г. ГГО была проведена экспедиция в район Цимлянского водохранилища, где сов­ местно с Цимлянской гидрометеорологической обсерваторией

был выполнен ряд научно-исследовательских работ, в том числе и изучение ветрового режима района. Синоптическая

обстановка в период наблюдений отличалась сравнительно большой активностью барических образований, наличием зна­ чительных скоростей ветра общей циркуляции. Только в отдель­ ные дни создались условия, благоприятные для развития бри­ зовых ветров, но и тогда они не наблюдались в течение всего

дня, а только в отдельные часы.

По данным 11 дней наблюдений были построены направле­

дающим будет ветер с моря на сушу почти перпендикулярной

потока общей циркуляции. Утром не удалось обнаружить хо­ рошо выраженного бризового потока.

Более наглядно строение бризовых ветров можно предста­ вить по отдельным наблюдениям. На рис. ПО приведено

строение бризовых ветров в так называемой «береговой точке», расположенной в юго-восточной части водохранилища.

На рис. ПО нанесены три кривых — фактические значения

310

скорости и направления ветра по высотам и проекция вектора ветра на плоскость, перпендикулярную к береговой линии.

Нижний слой морского бриза в 13 час. 7/VII был 450 м со скоростями ветра до 5—6 м/сек. на уровне 0,2 км. Обратный поток морского бриза совпадал с направлением ветра общей циркуляции, и выделить его как самостоятельный не предста­ влялось возможным.

точки наблюдений «острова», расположенной в средней части водоема на песчаном берегу с направлением береговой линии с запада на восток. Морской бриз 24/VII в 12 час. имел мощ­ ность нижнего потока 0,27—0,30 км со скоростями ветра до

311

3 м/сек. на уровне 50 м. Обратного потока также не обнару­

150 м, верхний поток с моря кончался на высоте 300 м.

Во многих случаях наблюдалось весьма сложное взаимо­ действие бризов и ветров общей циркуляции. Ветры общей

Зона распространения морского бриза на сушу из-за большой термической неустойчивости подстилающей поверхности была не более 10 км в степи и несколько меньше над песчаным бе­ регом.

Для исследования границ распространения бризовых вет­ ров применялись шары-пилоты с малой скоростью подъема, порядка 20—50 см/сек. В переходной зоне бризового потока наблюдалось уменьшение скорости ветра и увеличение верти­

кальной скорости. Более подробно этот вопрос изложен в ра­

боте автора (1955ж).

Бризы Ладожского озера. О наличии на Ладожском озере

бризовых ветров высказал предположение А. И. Воейков еще в 1914 г. Первые кратковременные аэрологические исследова­ ния ладожских бризов были проведены А. X. Хргианом

(1953).

По инициативе автора в 1955 г. была проведена неболь­ шая серия шаропилотных наблюдений в Новой Ладоге, Петрокрепости и Приозерске, а также на маяке Сухо. Эти наблю­ дения были продолжены летом 1957 г. на двух станциях: маяк Сухо и Новая Ладога. Кроме того, была проведена серия по­ летов с производством вертикального и горизонтального зон­

дирования по маршруту Волхов — Новая Ладога—маяк Сухо,

протяженностью около 60 км.

Шаропилотные наблюдения в 1955 г. проводились в свет­ лое время суток сериями по 5 дней каждая. Всего было про­

ведено 4 серии, но только при двух из них наблюдались бла­ гоприятные условия для развития озерных бризов.

Строение берегового бриза не удалось исследовать, обычно он проявлялся в некотором отклонении градиентного ветра в сторону озера и обнаруживался в сравнительно небольшом слое порядка 100—200 м. Только 20/VII в Новой Ладоге бе­

реговой бриз можно было выделить как вполне самостоятель­ ное воздушное течение (табл. 106).

312

Таблица Ю&

Характеристика берегового бриза в Новой Ладоге 20/VII

симум скорости берегового бриза был на уровне 50 м или на

0,25 Ябр.

Рассмотрим более подробно строение озерного бриза

(табл. 107).

Начало озерного, бриза определялось временем резкого по­ нижения температуры и роста относительной влажности воз­

духа, в некоторых случаях вместо скачка наблюдался только

перелом в суточном ходе этих элементов. Конец бриза по за­ писям самописцев был выражен менее четко, но все же и его можно было определить. Исходя из этих условий, установлено время появления и окончания озерного бриза и даны его не­

которые характеристики.

Ввиду отсутствия самописцев в Петрокрепости приведены только некоторые характеристики озерного бриза в этом пункте. Остальные характеристики озерного бриза определя­ лись по шаропилотным наблюдениям. Горизонтальный гра­

диент давления определялся по синоптической карте в милли­

барах на 111 км, причем ориентировочно ввиду размытого ба­ рического поля.

Как видно из табл. 107, время появления озерного бриза могло меняться от 7 и до 14 час., конец его наблюдался в 18— 20 час. В среднем продолжительность озерного бриза в рас­ сматриваемый период была 10—12 час. Синоптические усло­ вия являются одним из основных параметров, определяющих развитие бризовой циркуляции. Поскольку бризовый поток ха­

рактеризуется слабыми скоростями ветра, то достаточно не­

большого усиления градиентного ветра, чтобы бриз прекра­ тился. В течение рассматриваемых 10 дней озерный бриз раз­ вивался всегда в условиях антициклонической погоды, чаще на северной или северо-западной периферии антициклона с на­ личием слабой и переменной по направлению общей циркуля­ ции в нижнем слое атмосферы.

Барическая обстановка в течение четырех дней, когда озер­

ный бриз наблюдался одновременно во всех трех пунктах,

характеризовалась или расположением центра антициклона

313

над озером 28/VII и отчасти 29/VII, или вся площадь озера находилась в центре гребня антициклона. В остальных шести

днях, когда бриз наблюдался только в отдельных пунктах Ла­

дожского озера, над ним располагалась северная периферия антициклона или отрог высокого давления.

На рис. 111 дано в плане распределение скорости и напра­ вления ветра за 28, 29, 30/VII и 18/VIII, когда бризовый ветер наблюдался одновременно во всех трех пунктах.

Озерный бриз наблюдался в Новой Ладоге 9 дней, в Пет-

Рис. 111. Дневной бриз на Ладожском озере 29/VII.

380 м с колебаниями от 200 и до 900 м, в Приозерске и Петрокрепости высота озерного бриза была в среднем за те же дни 400 м с колебаниями в отдельные дни от 200 и до 700 м. Уро­

Бризы на Ладожском озере так же, как и в других райо­

315

и роста относительной влажности Аг при вторжении озерного

с мало меняющимися значениями температуры и относитель­ ной влажности в течение всего времени существования озер­ ного бриза.

Судя по записям самописцев на береговых станциях Ла­ дожского озера, днем при бризах наблюдаются характерные черты морского климата с малой амплитудой температуры и влажности. Ночью с прекращением озерного бриза метеоро­ логические условия на берегу становятся характерными уже для континентального климата.

Время начала озерного бриза можно сравнить по двум пунктам (Новой Ладоге и Приозерску) за 5 дней, когда бриз наблюдался в обоих пунктах. Совпадение сроков начала

бриза было только один раз—1/VIII, в трех случаях в Новой

Ладоге, лежащей ближе к озеру, бриз начинался раньше, чем

в 'Приозерске, и только в одном случае позже. Это обстоя­

тельство, очевидно, отчасти связано с большей удаленностью Приозерска от берега озера, а также термическими особенно­ стями подстилающей поверхности.

Вобщем в районе Новой Ладоги условия для образования

иразвития озерного бриза в рассматриваемом периоде были более благоприятны, чем в двух других пунктах.

Для характеристики распределения температуры и влаж­ ности при бризах были использованы наземные наблюдения метеорологических станций маяк Сухо, Новая Ладога и Вол­

хов, а также результаты нескольких самолетных зондирова­ ний в этом районе. Все три метеорологические станции распо­

22 км. Наблюдения на маяке Сухо будут характеризовать

к югу глубина озера небольшая и вода может сильно прогре­ ваться; поэтому образуются большие контрасты в температу­

рах воды северной и южной (от маяка Сухо) частях озера.

Поэтому при движении воздуха с северной половины гори­

зонта он проходит над все более теплой водной поверхностью

316