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

ветвь бризовой циркуляции подавляется потоком общей цир­ куляции, поэтому отсутствует смена направления ветра по высоте.

Прогноз бризовых ветров

Бриз на побережьях морей и озер наблюдается при безоб­ лачной и малооблачной погоде в теплое время года. На бере­ гах Черного моря бризы наиболее часты летом и осенью, но

возможны и в холодное время года.

Развитие бризовых ветров находится в тесной связи с си­ ноптической обстановкой.

Ясно выраженные бризы предполагают отсутствие суще­ ственного общего переноса воздуха. Например, С. П. Хромов

327

диенты давления.

При прогнозе бризовых ветров необходим учет общего пе­ реноса воздуха в том или ином направлении, который может ослабить или, наоборот, усилить бриз в нижних слоях. Напри­ мер, Ламб (Lamb, 1955) указывает, что бризы на о. Мальта

может приводить к значительному усилению результирующего

ветра. Так, при градиентном ветре около 8 м/сек. наблюдался

суммарный ветер 13 м/сек.

В тех случаях, когда синоптика или метеоролога интере­

сует профиль ветра в береговой зоне, это взаимодействие двух

потоков необходимо всегда учитывать.

Бриз определяет условия погоды в береговой зоне, вызывая резкие изменения ее при смене ветра. Наличие слоя инверсии, образующейся в зоне раздела двух противоположно напра­ вленных потоков воздуха, имеет большое влияние на развитие облачности конвективных форм в береговой зоне, на условия распространения сантиметровых радиоволн и ряд других фак­ торов.

При хорошо развитом бризе береговая линия довольно

четко оформляется грядами кучевой облачности.

Уорд (Ward, 1954) для бризов Гибралтара установил, что

в трех случаях из четырех и наблюдается относительно редко

при восточных градиентных ветрах (один случай из 10). Автор считает, что в последнем случае температурный контраст

между сушей и морем, необходимый для развития бриза,

уменьшается за счет непрерывного поступления холодного воз­ духа с моря. Синоптику необходимо, таким образом, учиты­ вать возможные контрасты температур суша — море.

Джентри и Мур (Jentry, Moore, 1954) разбирают вопрос о влиянии взаимодействия потока общей циркуляции и бризового ветра на выпадение внутримассовых ливней во Флориде. При потоке общей циркуляции с моря происходит увеличение количества ночных и утренних ливней и уменьшение после­ полуденных ливней вблизи береговой линии. При общем по­ токе с суши на море увеличивается повторяемость ливней после начала морского бриза. Эти факты авторы предлагают учитывать при прогнозе ливней в приморских районах. Уотс

(Watts, 1955) приводит весьма интересную методику прогноза бризовых ветров. В связи с тем значением, которое приобре­

328

тает появление морского бриза для работы прибрежных аэро­ дромов, предлагается метод прогноза этих ветров для о. Тирней (южная Англия), но, как считает Уотс, этот метод приме­

ним и для других прибрежных районов. При наличии неболь­ шого барического градиента, направленного с суши на море,

определяется максимальное предполагаемое превышение тем­ пературы на суше над температурой воды и составляет про­ гноз направления и скорости градиентного ветра. С помощью одного из шести специальных графиков, на которых по осям отложены величины разности этих температур и предполагае­ мая скорость ветра на высоте 1000 м (каждый из графиков охватывает некоторый диапазон направлений ветра), опреде­ ляется степень вероятности появления бриза. Если появление

ный поток будет устойчивым, то следует ожидать постепенный переход от градиентного ветра к бризовому, причем начи­

нается этот переход на 2 часа раньше, чем следует из гра­ фика. При наличии вертикальной неустойчивости перемена направления будет весьма резкой, т. е. возникнет по принятой терминологии' бриз 2-го рода.

Холл (Hall, 1954) указывает, что бризы с оз. Мичиган иногда охватывают всю территорию Чикаго, распространяясь и на аэропорт Мидуэй. Это приводит к внезапным и часто сильным ухудшениям видимости на аэродроме из-за перено­

симого бризами городского дыма. Для предсказания бриза

построена прогностическая диаграмма, по которой в утренние часы можно оценить барическое поле и степень его благо­ приятности для бриза, учитывая разности давления в опреде­

ляюще. Холл приводит порядок работы при составлении про­ гноза бриза.

Д. К. Старов (1936) дает указание, что размеры бризовой

циркуляции можно связать с величиной горизонтального гра­

диента давления = Ар. Для Крыма при Ар = 1 мб/111 км

распространение бриза невелико и составляет всего несколько километров от берега, при Ар = 0,5 мб бриз может распро­ страняться до 20—30 км от берега.

Автором (1956) были установлены эмпирические зависи­ мости между величинами горизонтального градиента давления общей циркуляции и временем появления морского бриза для Черноморского побережья Кавказа в виде

т = 3,5Др 4-2,5, (ИЗ)

329

для Ладожского озера

где т— время начала бриза после восхода солнца.

При величинах Др > 0,4—0,5 мб, направленных в проти­ воположную сторону морскому бризу, последний часто имел фронтальное строение.

Для района Новой Ладоги автором была установлена

ориентировочная корреляционная зависимость между высотой

большая скорость бриза будет на высоте 100—200 м. Ночью

вследствие меньшей разности температур между сушей и мо­

рем береговой бриз развивается менее интенсивно, его верти­

кальная мощность на Черном море составляет всего 200—

250 м, скорости ветра 1—2 м/сек. Над береговым бризом часто

берег, бризы наблюдаются редко, там, где горная гряда отсут­ ствует на несколько километров от берега, бризы возникают часто. В тех местах, где примыкающие к побережью горы образуют узкие проходы и ущелья, открытые со стороны моря,

морской бриз будет усиливаться долинным ветром, а берего­

вой бриз — горным.

Местные ветры береговой зоны открытых водоемов в зимнее

время

В зимнее время при низких температурах воздуха над не­

периодичности в смене направлений ветра и всегда напра­ влены в нижнем слое от суши на водоем. В литературе све­

дений о таких местных ветрах не имеется.

Эти ветры были исследованы автором в Мурманске над бе­ регом и Кольским заливом в январе — феврале 1953 и 1954 гг.

330

при наличии больших термических контрастов между незамер­

зающим водоемом и выхоложенной сушей и обычно в области высокого давления с малыми горизонтальными градиентами давления.

В зимнее время над незамерзающими фиордами типа Кольского залива создаются весьма большие контрасты тем­ ператур водной поверхности и окружающей суши. Эти конт­ расты вызывают различия и в температурах воздуха. Средние значения разности температур воздуха над незамерзающей

Обычно все фиорды, в том числе и Кольский залив, имеют

вид относительно узких и глубоких бухт длиной часто в де­ сятки километров, по сторонам которых расположены гряды холмов или невысоких горных хребтов. Наличие больших

контрастов в температурах водной поверхности и суши над

узкими длинными и глубокими бухтами создает благоприят­ ные условия для развития над фиордами местных циркуляций воздуха.

Местная циркуляция над Кольским заливом зимой имеет следующее строение: внизу над водной поверхностью воздуш­ ный поток направлен вдоль фиорда к морю, наверху поток обратного направления — от моря на сушу. Местная циркуля­ ция в фиордах зимой наблюдается далеко не всегда, в основ­ ном при относительно слабых скоростях ветра внизу над вод­ ной поверхностью до 5—6 м/сек. Усиление скорости ветра до 6—7 м/сек. вызывает прекращение местной циркуляции. Температуры воздуха, при которых наблюдается местная цир­

местная циркуляция над фиордами наблюдалась в 18% всех случаев с вертикальным зондированием атмосферы.

Следует заметить, что в районе наблюдений Кольский за­ лив был шириной 2—2,5 км и высотой боковых гряд холмов

120—150 м.

На рис. 118 приведены три вертикальных разреза атмо­ сферы в разные дни при наличии местных циркуляций над за­

ливом. Направление потока воздуха вдоль оси фиорда по высотам дано сплошными линиями со стрелкой, параллель­ ными водной поверхности. На этом рисунке хорошо выде­ ляются слои с двумя потоками — нижний вдоль фиорда, на­

правленный к морю, толщиной 100—150 м, и верхний проти­

331

к верхней совпадает с уровнем верхней границы гряды хол­ мов и характеризуется резкой сменой направления ветра.

Рис. 118. Вертикальные разрезы местных ветров над Кольским заливом.

а — промежуточный слой, с — градиентный ветер.

соте на плоскость, направленную по оси фиорда (рис. 118), дано для всех трех зондирований. Скорости ветра при местной циркуляции сравнительно невелики. Проекция скорости пере­

и скорости ветра в двух почти рядом расположенных пунктах

над фиордом (Л) и над сушей (S) за 26/1 и 14/11. Как видно из рис. 118, над сушей в те же сроки практически не отмечено никакого поворота ветра по высоте, что является подтвержде­ нием чисто местного образования циркуляции над фиордами.

332

Характерным также является, что при фиордовой циркуляции

направление градиентного ветра близко совпадает с напра­ влением верхнего компенсационного течения.

На рис. 118 приведено и распределение температуры воз­ духа по высоте водной поверхности для всех трех зондирова­ ний. Ход температуры воздуха в самом нижнем слое показы­ вает, что здесь наблюдается понижение температуры часто со сверхадиабатическими значениями вертикального температур­ ного градиента, вызванными прогревом воздуха при его дви­ жении вдоль теплой водной поверхности. В переходном слое

от нижней ветви местной циркуляции к верхней часто начинается

Рис. 119. Сток холодного воздуха со склонов в залив.

А — нижний поток, Б — верхний поток.

инверсия температуры с очень большими отрицательными значениями у, но с уровня начала обратной ветви местной циркуляции и выше, хотя и сохраняется инверсия темпера­ туры, но рост температуры ic высотой уменьшается.

В этой циркуляции, подобно горно-долинным ветрам, су­ ществует также интенсивный сток холодного воздуха со скло­ нов возвышенностей к фиорду, который иногда можно просле­ дить по наблюдениям за уравновешенным шаром. На рис. 119 приведена траектория одного из уравновешенных шаров. Ввиду наличия сверхадиабатических градиентов в нижнем слое мест­

ной циркуляции здесь часто наблюдаются значительные восхо­ дящие и нисходящие движения воздуха, под действием кото­ рых уравновешенный шар поднимался на высоту до 100—150 м

и попадал в промежуточный слой. В этом слое он перемещался к верхним склонам холмов и иногда у склона попадал в нисхо­ дящий поток холодного воздуха и вместе с ним опускался по склону до уровня водной поверхности. Боковые склоны фиорда, затрудняя обмен масс воздуха по горизонтали, создают здесь своего рода аэродинамическую трубу, скорость воздушного по­

333

тока в которой будет определяться, помимо величины горизон­ тального градиента давления, еще поперечным сечением фиорда и интенсивностью стока воздуха со склонов холмов.

Схема циркуляции над незамерзающими фиордами зимой

приведена на рис. 120. По этой схеме высота нижнего потока должна быть не выше уровня гряды холмов, расположенных с боков фиорда; при повышении высоты гряды холмов должна

возрастать и толщина нижнего потока. Примерно с верхней границы гряды начинается промежуточный слой между нижним и верхним течениями воздуха, в котором наблюдается поворот ветра почти на 180°. От уровня промежуточного слоя создается

верхность в виде стока холодного воздуха по склонам на водную поверхность. Сток воздуха вниз по склонам показан на рис. 120 пунктирными линиями. Здесь же приведено примерное распределение скорости ветра по высоте. Образуется фиордовая циркуляция при относительно слабых скоростях градиентного ветра в нижнем километровом слое и направлении градиент­ ного ветра, примерно совпадающем с направлением верхнего потока фиордового ветра. Данная циркуляция в зимнее время имеет ночью и днем одно и то же направление воздушного потока внизу к теплому морю.

В зимнее время вследствие больших термических контра­

стов между воздухом над сравнительно теплой незамерзшей

водной поверхностью реки и воздухом над охлажденным бере­ гом могут возникнуть циркуляции типа береговых бризов.

Такие циркуляции были обнаружены .автором над незамерз­

334

шей поверхностью р. Ангары и берегом в декабре 1955 г. Осо­ бенно отчетливо они наблюдались 17, 21 и 30/XII.

Температура воздуха на берегу в эти дни была отрицатель­ ной —18, —22°, температура воды в р. Ангаре 4—4°,5. Над водной поверхностью наблюдались конвективные потоки с вер­

тикальными скоростями до 60—70 см/сек. Взамен поднимаю­ щегося над теплой водной поверхностью воздуха отмечался сток холодного воздуха с берегов реки. Наиболее отчетливо

эта циркуляция выделялась при совпадении направлений гра­ диентного ветра с верхней ветвью циркуляции, когда нижняя

Рис. 121. Местная циркуляция р. Ангара — берег.

а — траектория движения шара в плане, б — вертикальный разрез траектории. 1 — ветер у земли, 2 — ветер на высотах.

ветвь местной циркуляции была направлена примерно в проти­ воположную сторону потоку общей циркуляции.

На рис. 121 приведена циркуляция берег — р. Ангара в плане и по вертикальному разрезу. Высота нижней ветви до начала обратного потока составляла 200—300 м. Подъем кон­ вективных струй продолжался до уровня начала слоя инверсии с большими значениями отрицательных у. Скорости потока воздуха с берега были 0,5—1,5 м/сек. на верхней ветви ско­ рость ветра возрастала до 2—3 м/сек. В зоне подъема воздуха

иногда до 0,9 м/сек. Этот вид циркуляции не является устойчи­ вым, она иногда меняется очень быстро, в основном по напра­

как правило, образуется в этот период над р. Ангарой. Туман испарения иногда переносится волнами и в разных направле­

335

ниях, что связано с нарушением или перестройкой местной цир­ куляции.

Аналогично рассмотренной местной циркуляции берег — р. Ангара в зимнее время в Арктике над широкими разводьями льда в море при его передвижках и наличии слабых ветров может образоваться такая же местная циркуляция, схема кото­

рой дана на рис. 97.

Холодный воздух, попадая со льда на теплую открытую по­ верхность моря, быстро нагревается и в виде конвективных струй поднимается вверх, образуя над полыньей шапку тумана.

Вместо уходящего вверх воздуха начинается интенсивный его приток с боков, в результате чего и образуется местная цирку­

ляция «лед — полынья». Для того чтобы эта циркуляция была

хорошо заметной, по аналогии с р. Ангарой размеры полыньи должны быть не меньше 1 км.

Иногда при временном усилении ветра местная циркуляция

нарушается и туман в виде волны или, как говорят на севере, «заряда» уносится в сторону на льды или на сушу.

Местные ветры равнинных пунктов

Местные ветры типа бризов могут образовываться не только в береговой зоне, но в некоторых случаях и в равнинных усло­ виях.

Соседство двух участков подстилающей поверхности с раз­ личными условиями нагревания может вызвать над ними обра­ зование местных ветров.

По метеорологическим наблюдениям отмечались местные ветры между полем и лесом; И. А. Гольцберг (1949) приводит случай местных ветров между лесными, полезащитными поло­ сами и полем, Н. А. Троицкий (1954)—пример образования

«городских бризов» между зелеными насаждениями и улицами,

благодаря которым в городе эффективные температуры в днев­

ные часы понижаются на 1°,5. Автор впервые исследовал с по­ мощью уравновешенных шаров и базисных шаропилотных наблюдений несколько видов таких местных ветров.

Местная циркуляция между пустыней и орошаемым оазисом.

Летом 1952 г. была проведена серия аэрологических наблюде­

ний в хлопковом совхозе Пахта-Арал, Южно-Казахстанской

стынных землях. Пункт наблюдений в Голодной Степи распо­ лагался на северо-запад от Пахта-Арала, на расстоянии около

25 км.

Совхоз Пахта-Арал представляет собой крупный оазис, окруженный почти со всех сторон неорошаемыми, полупустын­

336