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

снижением высоты до 430—435 м в районе Мархотского пере­ вала, длина которого около 1,5 км. На северо-востоке Мархотский перевал обрывается к морю и полого спускается к равни­ нам Северного Кавказа.

Когда севернее района располагается мощный холодный ан­ тициклон, на южной окраине его развиваются сильные северовосточные ветры. До настоящего времени считалось, если хо­ лодный воздух из антициклона переваливает зимой Мархотский

перевал, то за ним происходит падение холодного плотного воз-

Нм б)

Рис. 152. Схема строения боры.

а — старая схема, б — схема автора. А — зона местного усиления ветра, Hj и Н2~~ нижняя и верхняя границы инверсионного слоя, Б — схематический профиль Мархот­ ского перевала, // — Новороссийск, М — Мархотский перевал.

духа с высоты 435 м. При этом в массе воздуха развивается до­ полнительная скорость ветра, подобная скорости падения воды в водопаде.

На рис. 152 приведена схема боры, взятая нами из «Курса метеорологии» (под редакцией П. Н. Тверского (1951).

Добавочную скорость ветра можно подсчитать. При устано­ вившемся стекании более плотного воздуха с возвышенности

418

высота верхнего уровня холодного слоя над основанием возвы­ шенности.

Новороссийская бора наиболее ярко выражена зимой. При этом температура понижается до —20° и ниже, скорость ветра у моря бывает в среднем не менее 20 м/сек., а в отдельных слу­

чаях доходит 'в Новороссийске до 35—40, а на Мархотском пе­ ревале до 50—м/сек.

Рис. 153. Профили температуры воздуха (а) и скорости ветра (б) в Новороссийске.

1 — при боре, 2 — при отсутствии боры, 3 — Мархотский перевал.

Бора — чисто местное явление. Над морем и в стороны по бе­ регу бора распространяется всего на несколько километров. Для

в дни, предшествовавшие боре за ноябрь, декабрь и январь пе­ риода 1953—1956 гг., и метеорологические наблюдения за те же сроки на Мархотском перевале (435 м над уровнем моря). К со­

жалению, при больших скоростях ветра радиозонды не выпуска­ лись, но отобранные случаи должны дать общую картину строе­ ния нижнего слоя атмосферы при слабой боре.

Для хотя бы частичной характеристики ветрового режима на Мархотском перевале используем базисные шаропилотные

наблюдения, проведенные Т. Н. Клади (1929).

На рис. 153 дан профиль t и v в Новороссийске при боре и при отсутствии боры и профиль v для Мархотского перевала

при о>8 м/сек., по наблюдениям Т. Н. Кладо. В синхронные

с Новороссийском сроки на Мархотском перевале у земли V —

=19 м/сек. и t =—6°,1.

ВНовороссийске максимум v при боре будет у земной по­

верхности или вблизи ее (50 м) с резким уменьшением v почти до уровня 2,0 км, откуда снова начинается рост скорости и на­ правление ветра переходит в западное. Температура воздуха понижается в среднем до 'высоты 340 м, выше, до уровня при­ мерно 900 м, наблюдается инверсия и далее нормальное падение

температуры. Направление ветра 45° остается постоянным до слоя инверсии, в слое инверсии и выше—до 1,5 км направление ветра сохраняется примерно 60° с небольшими колебаниями,

с 1,5 км наблюдается резкий поворот ветра и с 2—2,5 км уста­ навливается западный поток.

Северо-восточные ветры на Мархотском перевале всегда примерно на 30% больше, чем в Новороссийске, и, по наблюде­

ниям Т. Н. Кладо (1929), они также имеют максимум скорости

уземли, а величина v быстро уменьшается с высотой, особенно

впервых 150—-200 м. В зимних антициклонах у земной поверх­ ности создается мощная инверсия, которая затрудняет переме­ щение воздуха по вертикали, и при благоприятных условиях он устремляется через пониженные участки рельефа. Усиление ско­ рости ветра на Мархотском перевале вызвано сжатием воздуш­ ного потока при его прохождении через седловину, в которой расположена станция, в то же время на ближайших точках кряжа Варада с отметками 610—640 м скорости ветра всегда значительно меньше.

Между воздухом, выхоложенным над сушей, и теплым воз­

духом над морем создаются контрасты плотности, например, по подсчетам автора, на уровне 435 м средняя плотность воздуха при боре на Мархотском перевале была р = 1,26 кг/м3 и над Но­

вороссийском р = 1,22 кг/м3.

Т. Н. Кладо приведены значения отрицательных величин от­ клонений вертикальной ’скорости шара от теоретической wT. Эта величина может служить характеристикой нисходящих потоков.

Отношение w/v для Н = 2 м получено путем экстраполиро­ вания. На Мархотском перевале, почти как правило, при силь­ ных ветрах шар-пилот в течение первых 2—3 'мин. уходил ниже линии горизонта и его вертикальные углы — отрицательны. Это

указывает, что нисходящие потоки—наибольшие у земной по­ верхности склона и уменьшаются с высотой. Считая величину

420

склоне w = 13—14 м/сек., на уровне 50 м w = 7—8 м/сек. и на уровне 150 м w = 2—3 м/сек.

Хотя результатов температурного зондирования на Мархот-

ском перевале не было в распоряжении автора, но можно счи­ тать, что до уровня 0,2—0,25 км над перевалом вследствие интенсивного турбулентного перемешивания инверсии темпера­

туры не будет. Поскольку скорости ветра быстро уменьшаются при движении воздуха в сторону Новороссийска, то никакого воздухопада при боре не имеется. При опускании воздуха про­ исходит его адиабатическое нагревание порядка 1°/100 м, и, сле­ довательно, перехода тепловой энергии в динамическую не наблюдается. При боре над Мархотским перевалом часто наблюдается туман, который при опускании воздуха рассеи­ вается, и над Новороссийском обычно наблюдается или высокая

сушей воздуха с фронтальной зоной над морем, но в некоторых

случаях холодный фронт может располагаться по кряжу Ва­ рада, тогда слой выхоложенного воздуха над Новороссийском будет сравнительно невысок — примерно 0,2—0,4 км, но строение боры от этого не должно измениться.

При слабой боре иногда сверху холодного располагался теплый воздух, что отчетливо видно по данным радиозондиро­ вания (табл. 133).

421

видно, при боре величина коэффициента турбулентного обмена К имеет максимум где-то вблизи земли на Я — 50 м и быстро

уменьшается с высотой, достигая минимума в слое инверсии.

В летнее время вследствие того, что к морю будет стекать сильно прогретый над континентом воздух, бора в Новорос­ сийске может принимать характер' фёна.

Наличие боры отмечено также на крутых склонах Новой Земли, на побережье Истрии и Далмации и в других пунктах. Шаропилотные наблюдения в Триесте, топографические усло­ вия которого сходны с Новороссийском, где также наблю­ дается бора, проведенные Мазеллем (Mazelie Е., 1916), пока­ зали также резкое убывание скорости ветра с высотой до не­ которого уровня.

Ветров, сходных по строению с Новороссийской борой,

можно ожидать и в ряде других горных районов. При зимних антициклонах над горными плато, площадью не менее несколь­

ких кв. километров, могут формироваться массы выхоложен­

ного воздуха. При благоприятных синоптических условиях этот выхоложенный воздух может прорываться в долины через по­ ниженные участки рельефа, например по ущельям горных рек.

Такой кратковременный сток воздуха с невысоких плато будет сопровождаться ветрами часто большой скорости с резкими

понижениями температуры и должен происходить примерно по постоянной траектории с небольшой зоной распространения.

Знание зон стока холодного воздуха имеет большое значение хотя бы при построении карт морозоопасности района. При

стоке холодного воздуха с высоко расположенных плато будет уже наблюдаться его значительное адиабатическое нагревание

с фёновым эффектом.

Ледниковый ветер

Местный ветер, дующий над ледником или снежным полем вниз по течению последнего или склону, будем называть лед­ никовым.

Охлаждающийся над снежными полями или ледниками воз­

его скорость возрастает. Первым описал ледниковый ветер М. Вагнер (1860) по материалам своих наблюдений во время путешествия в Андах Эквадора. На склонах вулканического

конуса Чимбарасо этот ветер может достигать огромной силы.

X. Тольнер (Tollner, 1931) привел несколько примеров

422

наблюдений ледникового ветра на метеорологических станциях,

в 1938 г. на Безингийском леднике (метеорологические наблю­ дения) и в 1946 г. на леднике Цейской долины (метеорологиче­ ские и аэрологические наблюдения).

Приведем краткие выводы из этих работ А. X. Хргиана, при­

менимые для ледниковых долин с высокими горными хребтами Кавказа.

В ледниковых долинах в течение большей части суток наблюдается ледниковый ветер, достигающий наибольшей силы

в темную половину суток. Явление ледникового ветра ярче

всего выражено при ясной антициклонической погоде, но во

многих случаях он перекрывает собой градиентные ветры

инаблюдается и при иных типах погоды.

Вночные часы ледниковый ветер проникает глубоко вниз"

вдолину, в дневные — долинный ветер оттесняет его и охва­ тывает даже часть языка ледника. Днем между холодным воз­ духом ледника и теплой влажной массой, наступающей в виде долинного ветра, образуется поверхность раздела, наклоненная

всторону верховьев ледника, отмеченная иногда интенсивной:

конденсацией влаги.

Ледниковый ветер является относительно теплым ветром,,

втягивающим теплые массы воздуха, нагретые над склоном:

ледниковой долины. Постоянно положительная температура над ледником создает интенсивное расположение слоев и спо­

над ледником играет поступление теплого воздуха из долины,, частично смешивающегося у поверхности раздела со струей ледникового ветра.

Максимальная скорость ледникового ветра наблюдается на’

очень малой высоте, всего около 2 м над льдом. Это распреде­ ление скорости резко отличает его от других местных ветров,

так же как очень быстрое уменьшение скорости с высотой. Над потоком ледникового ветра наблюдается обратный поток до­ вольно значительной скорости, являющийся продолжением до­ линного ветра.

Образование тумана у границы области ледникового ветра указывает на то, что здесь происходит интенсивное смешение двух воздушных потоков.

Вертикальная мощность ледникового ветра над Цейским ледником была всего 45—ПО м.

423

Ледниковый ветер при своем движении как бы всасывает потоки воздуха с окружающих скалистых склонов гор. В ре­ зультате летом температура воздуха над Цейским ледником всегда значительно выше 0°; наблюдения с помощью термо­ графа показали, что она испытывает все время резкие и боль­

шие колебания. Это значит, что в нижнем слое налицо доста­ точно большая турбулентность и теплообмен. По приближенной оценке А. X. Хргиана, поток воздуха отдает льду Безингийского

ледника 250 кал/см2 в сутки, что соответствует таянию слоя

.льда примерно 3,5 см. Ледниковый ветер имеет первостепен­ ное значение для процесса таяния ледника.

Автором исследования ледникового ветра были проведены в августе 1940 г. на Ледовом лагере. Ледовый лагерь был рас­ положен на высоте 3,9 км над уровнем моря на южном пологом склоне Эльбруса. С северной половины горизонта Ледового ла­ геря лежат вечные фирновые снега, покрывающие ледники склонов Эльбруса. С юга местность более круто обрывается к долинам рр. Азау и Терскола и представляет весьма сложное сочетание глубоких долин с мощными изрезанными горными

хребтами. В августе 1940 г. на Ледовом лагере проходила гра­ ница между снежными полями Эльбруса и открытой почвой.

Приведем некоторые выдержки из работы автора (1952 а). На Ледовом лагере ветры северной четверти горизонта север­ ный, северо-восточный и северо-западный могут быть отнесены

к ледниковым ветрам. Но здесь, помимо ледникового ветра,

могли наблюдаться и другие местные ветры, например ветры горных склонов. Направление ветров горных склонов в ночное время, а также утром и вечером может совпадать с направле­ нием ледникового ветра и тем самым вносить значительные из­

менения в его структуру. Только в дневные часы ледниковый ветер может наблюдаться как самостоятельный поток воздуха.

По наземным наблюдениям на Ледовом лагере получается,

и 25/VIII. В остальные дни ледниковый ветер либо отсутство­ вал, либо наблюдался в отдельные короткие промежутки вре­ мени, что характеризует его неустойчивость в условиях Ледового лагеря.

По записям термографа хорошо заметно изменение темпе­ ратуры воздуха при появлении или прекращении ледникового ветра, а именно при появлении ледникового ветра температура воздуха заметно понижается. При прекращении возрастает

в отдельных случаях почти на 3°. Относительная влажность

увеличивается на 10—15% при появлении ледникового ветра и соответственно уменьшается при его прекращении.

Суточный ход скорости ветра, температуры и влажности

воздуха за 20/VIII, когда в течение всех суток, судя по напра­

влению ветра у земли, наблюдался ледниковый ветер, показы-

424

вает, что скорость ветра достигала максимума 10 м/сек. в 2— 4 часа и резко уменьшилась после восхода солнца, днем ветер был почти постоянным по скорости в пределах 3—4 м/сек. Тем­ пература воздуха имела сравнительно небольшой суточный ход,

ночью она держалась около 1°, толыко с 10 час. отмечалось ловышение температуры воздуха с максимумом около 5° в 15 час.

По наблюдениям на Ледовом лагере подтверждается отме­ ченное А. X. Хргианом временное повышение температуры воз­ духа между 19 и 21 час., очевидно, за счет кратковременного

90—100%, днем уменьшилась до 60%. При ветрах южной поло­ вины горизонта величина относительной влажности понижается

до 30—40%.

Считая, что только в дневные часы ледниковый ветер может

наблюдаться как самостоятельный поток воздуха, рассмотрим результаты шаропилотных наблюдений за период от 9 до 19 час. Из трех дней с шаропилотными наблюдениями ледни­ ковый ветер более или менее отчетливо был выражен только 9

425

духа с ледников при слабо выраженном барическом поле с ма­ лыми горизонтальными градиентами давления служило указа­ нием на развитие ледникового ветра.

По данным как наземных, так и аэрологических наблюде­ ний можно отметить большие колебания в направлении потока с ледника. Следует также отметить малые скорости леднико­ вого ветра в дневные часы, всего в пределах 1—2 м/сек., причем в большинстве случаев, как и у А. X. Хргиана, наблюдается уменьшение скорости ветра с высотой. Высота распространения

ледникового ветра невелика, а сам ветер весьма неустойчив. Она составляла 9/VIII по наблюдениям в период с 13 до 17 час.— 300 м с очень резкими колебаниями, опускаясь до 50 м. Даль­ нейших наблюдений в этот день не было, поэтому проследить

картину его развития ночью не представилось возможным. Ха­ рактерным является появление в 16 час. слоя Frst на границе ледникового ветра. На следующий день 10/VIII ледниковый ветер наблюдался от 10 до 13 час., максимальная высота его была в 13 час. и составляла 100 м, в 12 час. ледниковый ветер

наблюдался только у самой земли очень тонким слоем. Между

13 и 14 час. ледниковый ветер прекратился. Скорость леднико­ вого ветра в этот день была, как у земли, так и на высотах, 2 м/сек. 11/VIII ледниковый ветер наблюдался в дневные часы

только у самой поверхности и уже с высоты 50 м присутствия его обнаружено не было.

Например, 10/VIII появление ледникового ветра с 11 до 13 час. отразилось на температуре и влажности воздуха. Эти данные приведены в табл. 135.

Таблица 135

Изменение температуры и влажности воздуха при ледниковом ветре

10/VIII

Смена направления ветра с южной четверти горизонта на

северную вызвала понижение температуры воздуха с учетом суточного нагревания почти на 3° и повышение относительной

влажности на 10—15%.

Схема ледникового ветра дана на рис. 154.

Наземные наблюдения над ледниковым ветром почти всегда

426