Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Учение об атмосфере. Учебное пособие-1
.pdf
6. Движение воздуха в атмосфере
осадки. При спуске на подветренном склоне нагрев происходит сухоадиабатически (1 °С/100 м). При высоте гор 1000, 2000 и 3000 м
нагрев воздуха будет соответственно на 4, 8 и 12°С при малой высоте уровня конденсации. Безоблачная при этом погода обусловливает
дальнейший нагрев воздуха солнечной радиацией, что приводит к
значительному повышению температуры воздуха на подветренной
стороне хребта (особенно летом) и к большим отклонениям температуры от ее стандартных значений. Это затрудняет, в сочетании
с нисходящими потоками, преодоление гор, так как уменьшается
практический потолок и грузоподъемность летательных аппаратов.
Бора – это сильный и порывистый ветер, достигающий силы ура-
гана. Он образуется зимой за счет обвала холодного воздуха через
перевалы невысокого горного хребта. Усиливается в сужениях рельефа. Наступает стремительно с резким похолоданием и шквалами.
Наблюдается там, где невысокий горный хребет, высотой 300–600 м,
отделяет от моря континентальные плоскогорья, над которыми накапливается плотный холодный воздух и устанавливается область
высокого давления (антициклон). Над морем формируется теплый
циклон. На наветренной стороне хребтов возникают восходящие
движения, а на подветренной – нисходящие, так что холодный воздух устремляется под теплый. Именно так развиваются процессы
при новороссийской боре. В этом случае над югом Урала располагается антициклон с температурами воздуха от –20 до –30 °С, а над
Черным морем – циклон с температурами воздуха 0–10°С. Большой
контраст температур и перепад давлений приводит к штормовым
ветрам в районе Новороссийска, когда в сторону моря устремляются потоки холодного воздуха.
Кроме новороссийской, наиболее известны адриатическая, но-
воземельская, кизеловская бора. Явление боры связано с северо-восточным ветром в Венеции, северным – в Греции. Стоковые ветры
характерны для оз.Байкал и ряда других районов земного шара.
В районах развития боры наблюдаются сильный сдвиг ветра и
сильная турбулентность, что вызывает болтанку воздушных судов.
Кроме того, в зоне боры могут наблюдаться обледенение в полете и
обмерзание на стоянках как воздушных, так и морских судов.
111
112
Горно-долинные ветры – это ветры между горным хребтом и
долиной, которые имеют хорошо выраженный суточный ход. Днем
верхняя часть хребта нагревается солнцем, и нагретый воздух поднимается вверх. На место уходящего воздуха из долин происходит
подток более холодного воздуха. Это и есть долинный ветер днем,
направленный из долин к горам или ветер склонов (нагретых).
Ночью в первую очередь охлаждаются вершины хребтов, и холодный воздух, как более плотный, стекает вниз в долины. Такой поток воздуха с высоких мест в долину называется горным (ночным)
ветром.
Горно-долинные ветры – это результат совместного действия
радиационных, циркуляционных, орографических и ландшафтных
факторов погоды и климата. Наблюдаются они во всех горных системах. В зоне горно-долинных ветров отмечаются сдвиги ветров, положение которых изменяется в течение суток. Эти сдвиги вызывают
болтанку ЛА.
Афганец – это очень сильный и пыльный западный или югозападный ветер в восточных Каракумах и в Сурхандарьинской
области. Его продолжительность составляет от нескольких часов
до двух суток. Воздушный поток направлен вверх по долинам рек
Амударьи, Сырдарьи, Вахша. В случаях незначительного ухудшения
видимости полет воздушного судна сопровождается болтанкой, а
посадка и взлет очень затруднены как из-за сдвига ветра, так и из-за
возникающего опрокидывающего момента при ветре справа у вертолетов. Песок забивается во все складки одежды и щели техники,
оказывает воздействие на экипаж, засоряя глаза и все тело.
Бриз – это ветер с суточной периодичностью по берегам морей и
больших водоемов (озер). Дневной (морской) бриз направлен с моря
на нагретое побережье, а ночной (береговой) – с выхоложенного
побережья на море. Слой, охваченный бризом, по толщине составляет несколько сотен метров. Выше наблюдается перенос воздуха
в обратном направлении (антибриз). Вместе они создают замкнутую циркуляцию. Ее протяженность по горизонтали составляет до
100км в сторону суши и столько же в море. Возникает дневной бриз
в утренние часы, когда Солнце начинает нагревать сушу и воздух
над ней значительно быстрее, чем над морем. Поскольку в теплом
Учение об атмосфере: учебное пособие
6. Движение воздуха в атмосфере
воздухе давление с высотой понижается медленнее, чем в холодном,
то на некоторой высоте (в несколько сотен метров) давление над
сушей окажется выше, чем на той же высоте над морем. Появится
барический градиент (перепад давления), который заставит воздух
на этих высотах перемещаться в сторону моря, а над сушей возникнут восходящие потоки нагретого воздуха. Над морем происходят
увеличение массы воздуха и повышение давления. Возникший барический градиент в нижнем слое заставит воздух перемещаться с
моря в сторону суши. Это и есть дневной бриз. При этом компенсирующие нисходящие потоки воздуха над морем замыкают бризовое
кольцо. Ночью вследствие сильного выхолаживания суши возникает противоположная циркуляция.
Хотя скорости бриза невелики и составляют 3–5 м/с, однако на-
личие вертикальных потоков, противоположных по знаку, вблизи
береговой линии и противоположных горизонтальных потоков в
пограничном слое атмосферы вызывает сдвиг ветра и, следовательно, болтанку воздушных судов, а также способствует перераспределению примесей.
6.8. Понятие об общей циркуляции атмосферы
113
Основными факторами, влияющими на формирование клима-
та Земли, являются солнечная радиация, циркуляция атмосферы и
характер подстилающей поверхности. При их совместном влиянии
формируется климат в различных районах земного шара. Количество поступающего солнечного тепла зависит от ряда факторов.
Определяющим является угол падения солнечных лучей. Поэтому
на низких географических широтах поступает значительно больше
солнечной энергии, чем на средних и тем более высоких широтах.
Общей циркуляцией атмосферы называют замкнутые течения
воздушных масс в масштабах полушария или всего земного шара,
приводящие к широтному и меридиональному переносу вещества и
энергии в атмосфере. Главной причиной возникновения воздушных
течений в атмосфере служит неравномерное распределение тепла
на поверхности Земли, что приводит к неодинаковому нагреванию
почвы и воздуха в различных поясах земного шара. Таким образом,
114
солнечная энергия является первопричиной всех движений в воздушной оболочке Земли. Кроме притока солнечной энергии к важнейшим факторам, вызывающим возникновение ветра, относятся
также вращение Земли вокруг своей оси, неоднородность подстилающей поверхности и трение воздуха о почву. В земной атмосфере
наблюдаются воздушные движения самых различных масштабов–
от десятков и сотен метров (местные ветры, микро- и мезомасштабные неоднородности) до сотен и тысяч километров (циклоны, антициклоны, муссоны, пассаты, планетарные фронтальные зоны).
Простейшая схема глобальной циркуляции атмосферы была составлена более 200 лет назад. Ее основные положения не потеряли своего значения и до сих пор [2, 16].
Современные принципы классификации форм атмосферной
циркуляции северного полушария связаны с именами Вангенгейма
и Гирса. Воздушные массы постоянно перемещаются вокруг земного
шара. На скорость их движения влияют неравномерность поступления солнечной радиации и поглощение ее различными участками
подстилающей поверхности и атмосферы, вращение Земли, термическое и динамическое взаимодействие атмосферы с подстилающей
поверхностью, в том числе и взаимодействие с океаном.
Атмосфера получает тепло путем поглощения солнечной радиации, за счет конденсации водяного пара и благодаря теплообмену
с подстилающей поверхностью. Поступление скрытой теплоты в
атмосферу зависит от подъема влажного воздуха. Так, тропическая
зона Тихого океана является мощным источником тепла и влаги
для атмосферы. Значительная теплопередача от поверхности океана
происходит зимой там, где холодные воздушные массы приходят в
районы теплых морских течений.
Одним из наиболее крупномасштабных звеньев общей циркуляции атмосферы является циркумполярный вихрь. Его формирование обусловлено очагами холода в полярной области и очагами
тепла в тропической зоне. Циркумполярное движение и его проявление – западный перенос – являются устойчивой и характерной
особенностью общей атмосферной циркуляции. В1930-е были начаты обстоятельные исследования общей циркуляции атмосферы путем деления всех синоптических процессов на элементарные (ЭСП)
Учение об атмосфере: учебное пособие
6. Движение воздуха в атмосфере
и обобщение их в трех формах циркуляции: западной (W), восточной (Е) и меридиональной (С). Процессы западной формы (W) характеризуются развитием зональных составляющих циркуляции и
быстрым смещением с запада на восток барических образований.
При развитии меридиональных форм циркуляции, когда формируются стационарные волны большой амплитуды, наблюдаются
процессы формы Е и С. Распределение воздушных течений на земном шаре тесно связано с распределением давления, температуры
и характером циклонической деятельности. Следовательно, в распределении ветра у Земли должна быть определенная зональность.
Но фактические направления ветров зимой и летом отличаются от
реальных ветров в зональной схеме. Наиболее четкую зональность
имеют ветры в приэкваториальной зоне. В северном полушарии зимой и летом преобладают ветры северо-восточного направления,
а в южном – ветры юго-восточного направления – пассаты. Яснее
всего пассаты выражены над Тихим океаном. Над материками и
вблизи них пассаты нарушаются другой системой течений– муссонами, которые возникают из-за циклонической деятельности, связанной с большим перепадом температуры между морем и сушей.
Зимой муссон направлен с континента на океан, а летом – с океана
на континент. Муссонный перенос воздушных масс представлен в
прибрежных районах Восточной Азии и, в частности, в Приморье.
Воздушные массы перемещаются как у поверхности Земли, так и на
больших высотах от Земли и не только в горизонтальном направлении, но и в вертикальном. Несмотря на то, что вертикальные скорости движения воздуха малы, они играют важную роль в обмене
воздуха по вертикали, образовании облаков, осадков и других погодных явлений. Анализ синоптических карт показал, что температурные контрасты полюс – экватор неравномерно распределены по
широте. Наблюдается сравнительно узкая зона, где сконцентрирована значительная часть энергии атмосферной циркуляции. Здесь
отмечаются максимальные значения барических градиентов и скоростей ветра. Для таких областей было введено понятие высотной
фронтальной зоны (ВФЗ), а связанные с ней сильные западные ветры стали называть струйными течениями, или струями. Обычно
скорость ветра вдоль оси струи превышает 30 м/с, вертикальный
115
116
градиент скорости ветра превышает 5 м/с на 1 км, а горизонтальный
градиент скорости достигает 10 м/с и более на 100 км. ВФЗ занимает большие географические пространства: ширина ее 800–1000 км,
высота 12–15 км и длина 5–10 тыс. км. ВФЗ включает в себя обычно
один или несколько фронтов и является местом возникновения подвижных фронтальных циклонов и антициклонов, перемещающихся
по направлению основного (ведущего) потока. В периоды сильного
развития меридиональности процессов ВФЗ как бы «извивается»,
огибая высотные гребни с севера и ложбины с юга [2, 11, 15].
Общая циркуляция атмосферы представляет собой систему
крупномасштабных воздушных течений над земным шаром. Эта
система доступна изучению с помощью ежедневных синоптических
карт, а также находит отображение на средних многолетних картах
для земной поверхности и тропосферы.
Учение об атмосфере: учебное пособие
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основной задачей учебной дисциплины «Учение об атмосфере»
являлось дать понятие о таких характеристиках атмосферы, как
метеорологические величины и явления погоды, радиация, термодинамика. Кроме того, рассмотрены основы статики и динамики
атмосферы. Показано, что существенное влияние на развитие атмосферных процессов оказывают фазовые переходы воды в атмосфере.
Знание метеорологических основ актуально для оценки условий
погоды как для производства полетов ЛА, так и для повседневной
деятельности человека, а также оценки уровней загрязнения атмосферы и перераспределения примесей по вертикали и горизонтали.
Изучение основ синоптической метеорологии позволяет выявить
части барических образований, определяющих условия погоды и
способствующих концентрации примесей у подстилающей поверхности (антициклон, его гребень, теплый сектор циклона) и способствующих переносу примесей по вертикали (тыл циклона, его передняя часть).
Изучение данной дисциплины позволит выпускникам вузов ис-
пользовать полученные знания в практической работе во многих отраслях хозяйства. Это обусловлено тем, что эффективность работы
большинства из них в значительной степени зависит от состояния
атмосферы (все виды транспорта, сельское хозяйство, строительство, энергетика и другие).
Знания, полученные в данном курсе, будут использоваться при
изучении других специальных дисциплин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Акселевич В. И. Современные метеорологические и экологические проблемы больших городов. LAP LAMBERT Academic
Publishing RU. Saarbrucken, Deutschland, 2016. 92 p.
2. Астапенко П. Д. Вопросы о погоде. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.
390 с.
3. Астапенко П. Д., Баранов А. М., Шварев И. М. Погода и полеты самолетов и вертолетов. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. 280 с.
4. Атлас облаков / под ред. А. Х. Хргиана. Л.: Гидрометеоиздат,
1978. 268 с.
5. Безуглая Э. Ю., Расторгуева Г. П., Смирнова И. В. Чем дышит
промышленный город? Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 256 с.
6. Борисенков Е. П. Климат и деятельность человека. М.: Наука,
1982. 133 с.
7. Борисенко М. М. Торнадо, смерчи, тромбы // Человек и стихия. 1986. С. 133.
8. Воробьев В. И. Синоптическая метеорология. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 568 с.
9. Вулканы, стратосферный аэрозоль и климат Земли / М. Л. Асатуров, М. И. Будыко, К. Я. Винников и др. Л.: Гидрометиздат,
1986. 256 с.
10. Гущин Г. П., Мазуров Г. И., Омелько В. А. Новые данные о влиянии струйных течений на распределние суммарного озона //
Труды ГГО им. А. И. Воейкова. № 445. Л.: Гидрометеоиздат, 1980.
С. 30–39.
11. Данилов-Данильян В. И. Изменение климата: взгляд из России. М., 2003. 120 с.
12. Дмитриев В. В., Дмитриев Н. В., Воскресенская В. А., Фролова А. Д., Кожеко Ю. Р. Развитие методологии интегральной
оценки экологической целостности геосистем // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2014. №8 (часть 1). С. 78–86.
13. Задачник по общей метеорологии. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 312 с.
14. Климатический справочник СССР. Вып. 1–34. Л.: Гидрометеоиздат, 1960–1970.
Список литературы
15. Климатология / О. А. Дроздов и др. Л.: Гидрометеоиздат, 1989.
586 с.
16. Кобышева Н. В., Акентьева Е. М., Галюк Л. П. Климатические риски и адаптация к изменениям и изменчивости климата в технической сфере. СПб.: Издательство Кириллица,
2015. 216 с.
17. Кондратьев К. Я. Об изменениях глобального климата. Г.:
«Про Русь», 2002. 328 с.
18. Кондратьев К. Я. Спутниковая климатология. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 263 с.
19. Краткий климатический справочник по странам мира / под
ред. Е. П. Борисенкова. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 240 с.
20. Мазуров Г. И., Белогуб В. П., Мазурова Н. Н. Не затуманим ли
планету // Материалы международного научного конгресса.
СПб., 1998. С. 128.
21. Мазуров Г. И., Нестерук В. Н. Метеорологические условия и
полеты вертолетов. СПб.: Гидрометеоиздат, 1992. 256 с.
22. Матвеев Л. Т. Физика атмосферы. СПб.: Гидрометеоиздат,
2000. 778 с.
23. Облака и облачная атмосфера. Справочник / под ред. И. П. Мазина, А. Х. Хргиана. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 648 с.
24. Охрана окружающей среды. Владимиров А. М., Ляхин Ю. И.,
Матвеев Л. Т., Орлов В. Г. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 424 с.
25. Прох Л. З. Словарь ветров. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 312 с.
26. Психрометрические таблицы. Л.: Гидрометеоиздат, 1998.
356 с.
27. Рамад Ф. Основы прикладной экологии. Л.: Гидрометеоиздат,
1981. 544 с.
28. Российский гидрометеорологический энциклопедический
словарь. Т. 1 / под ред. А. И. Бедрицкого. СПб.: Летний сад,
2008. 334 с.
29. Смышляев С. П., Зименко П. А., Горелов Е. А. Исследование
долгопериодных трендов содержания атмосферного озона с
использованием модельной ассимиляции спутниковых данных // Материалы Итоговой сессии Ученого совета РГГМУ.
СПб., 2005. С. 68–69.
119
120
30. Стихийные бедствия. Изучение и методы борьбы / под ред.
С. Б. Лаврова, Л. Г. Никифорова. М.: Прогресс, 1978. 440 с.
31. Торгунаков Е. А., Мазуров Г. И., Акселевич В. И. Безопасность
жизнедеятельности. СПб.: Изд-во СпбУУЭ, 2012. 444 с.
32. Хайруллин К. Ш., Карпенко В. Н. Биоклиматические ресурсы России // Сб. Климатические ресурсы и методы их представления для прикладных целей. СПб.: Гидрометеоиздат,
2005. С. 25–46.
33. Хромов С. П., Мамонтова Л. И. Метеорологический словарь.
Л.: Гидрометеоиздат, 1974. 568 с.
Учение об атмосфере: учебное пособие
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]