Периодические и местные ветры

Изменчивость ветра.

Ветер является одной из важнейших характеристик состояния атмосферы, основные элементы которой подвержены годовым, суточным и другим периодическим и непериодическим колебаниям. Все движения воздуха в атмосфере всегда турбулентны, вследствие чего направление и скорости ветра обладают изменчивостью. Резкие колебания направления и скорости ветра называются порывами ветра, а особенно сильные из них – шквалами. При шквале ветер внезапно и кратковременно (несколько минут) резко усиливается (часто до штормового) и затем ослабевает. При этом, как правило, меняется и его направление. В подавляющем большинстве случаев шквалы связаны с атмосферными фронтами (особенно с холодными) и с кучево-дождевой облачностью на них.

Изменяется ветер и с высотой. С ростом высоты величина силы трения уменьшается и скорость ветра растет, а его направление все больше совпадает с направлением геострофического ветра, т. е. с изобарами. Теоретические расчеты показывают, что непосредственно в приводном слое (50 м) атмосферы скорость ветра возрастает пропорционально логарифму высоты, а направление его меняется мало.

Выше этого слоя скорость ветра резко возрастает, приближаясь к скорости градиентного ветра на высоте слоя трения (1000-1500 м).

Колебания интенсивности турбулентного обмена над водной поверхностью в течение суток обычно невелики, поэтому суточные колебания скорости и направления ветра в приводном слое незначительны и не превышают, как правило, 0,5 м/с. Кроме указанных, известно большое число воздушных течений небольшой горизонтальной протяженности, характерных для определенных географических районов. Это так называемые местные ветры. Они могут быть проявлением местных циркуляций либо представлять собой изменения крупномасштабных движений атмосферы под влиянием орографических особенностей местности. О местных ветрах подробно описывается в гидрометеорологических очерках лоций. Здесь мы приведем краткую характеристику наиболее известных периодических и местных ветров.

Уже с середины XVII в. мореплавателям были известны в общих чертах закономерности в зональной структуре преобладающих ветров в Мировом океане. Современная наука дает объяснение этой закономерности в зональной структуре атмосферного давления по поверхности Земли (§8).

Рис. 17. Пассаты

Издавна известны морякам устойчивые в своем постоянстве или смене направлений ветры: пассаты, муссоны, бризы и др.

Пассаты – это устойчивые ветры тропиков северо-восточного в северном и юго-восточного в южном полушариях направлении, дующие на обращенной к экватору стороне субтропического центра действия атмосферы (рис. 17). Скорость пассатов невелика – в среднем 5–8 м/с у земной поверхности. Условия распределения атмосферного давления меняются в тропиках мало, поэтому пассаты обладают большой устройчивостью направления. Однако в течение сезона субтропический центр действия атмосферы может претерпевать определенные перестройки. Так, обычно над каждым океаном обоих полушарий в субтропиках формируется по одному антициклону. На ежедневных же картах погоды их может быть больше – часто два, иногда три над каждым океаном; над южной частью Тихого океана – до четырех. Вследствие этого пассаты обоих полушарий могут менять указанные выше направления. Аналогичное воздействие на направление пассатов может оказывать миграция центров субтропических антициклонов. Поэтому пассаты в одном и том же месте могут менять северо-восточное направление на восточное и юго-восточное, затем снова на северо-восточное и т. д.

Муссоны – сезонные ветры, наиболее выраженные и устойчивые в тропических широтах, возникающие из-за термической неоднородности океан–суша. Муссоны, как и все другие воздушные течения на Земле, связаны с циклонической деятельностью. Режим тропических муссонов заключается в сезонном изменении положения субтропических антициклонов и экваториальной депрессии. Устойчивость муссонов связана с устойчивым распределением атмосферного давления в течение каждого сезона, а их сезонная смена – с коренными изменениями в распределении давления от сезона к сезону. Суммарные барические градиенты резко меняют направление от сезона к сезону, а вместе с этим меняется и направление преобладающих ветров.

Если по обе стороны от экватора находится океан, то сезонные смещения субтропического центра действия атмосферы невелики и муссоны не получают особого развития, например над Тихим океаном.

Другое дело с материками. Над Африкой, например, атмосферное давление меняется от января к июню очень сильно. Над центральными районами Африки летом господствует область повышенного давления, а зимой – гребень азорского антициклона; над южной Африкой зимой – также антициклон, а летом – глубокая депрессия. В связи с этим направление барических градиентов над побережьем тропической Африки от сезона к сезону меняется резко в широкой зоне, что и является здесь причиной муссонных ветров.

Особенно ярко выражена муссонная циркуляция в бассейне Индийского океана, где сезонные изменения температуры полушарий здесь усилены огромным материком Евразии к северу от экватора, прогретым летом и сильно охлажденным зимой. Зимний муссон в бассейне Индийского океана называют северо-восточным, а летний – юго-западным. На востоке Китая и в Корее зимний муссон – северный или северо-западный, а летний – южный или юго-восточный. Это зависит от структуры барического поля и направления изобар и, следовательно, направления барических градиентов (рис. 18).

Бризы – реверсивные ветры побережий морей и океанов, имеющие полусуточную периодичность смены направления. Особенно ярко выражены бризы над побережьями в зоне действия субтропических антициклонов, где они наблюдаются во все сезоны года. В умеренных и высоких широтах бризы наблюдаются лишь в теплое время года. Например, на Черном, Азовском и Каспийском морях бризы наблюдаются с.апреля по сентябрь.

Бризовая циркуляция объясняется перестройкой барического поля днем и ночью над сушей и морем. Термическая неоднородность моря и суши приводит к смене направления барических градиентов и, следовательно, к смене направления ветра (рис. 19).

Скорость морского бриза несколько выше скорости берегового и составляет 3–5 м/с (в тропиках до 8 м/с). Особенно отчетливо выражены бризы в ясную, безветренную погоду, что характерно для центральных районов антициклонов. Бризовая циркуляция захватывает слой тропосферы до 1–2 км по вертикали и распространяется в глубь моря или суши на десятки километров от береговой линии. Морской бриз снижает на 2–3° среднюю температуру воздуха и повышает влажность на 10–20 %.

Бора – сильный и порывистый ветер, дующий с невысоких гор в сторону теплого моря. Бора относится к так называемым катабатическим ветрам, связанным со стоком холодных плотных воздушных масс по склонам гор в сторону моря.

Ветры, подобные Новороссийской и Новоземельской боре, известны во многих других морях Мирового океана: Бакинский норд на Каспийском море, мистраль – на Средиземноморском побережье Франции, нортсер – в Мексиканском заливе (Мексика, США) и др.

Причиной боры является прохождение холодного фронта через прибрежные хребты. Холодный воздух резко переваливает через невысокие горы (особенно ветер усиливается на перевалах) и низвергается плотным потоком в сторону близкого теплого моря.

В проливах, узкостях, фиордах при плавании вдоль берегов, у мысов, оконечностей островов и пр. могут быть особенности ветрового режима, связанные с береговым (угловым) эффектом. Подробно об этих особенностях изложено в гидрометеорологических очерках лоций.

При образовании мощных кучево-дождевых (грозовых) облаков, что возможно в условиях особо сильной неустойчивости воздушных масс, могут зарождаться вертикальные вихри небольшого диаметра. Зарождающиеся вихри над морем называют смерчами, а над сушей – тромбами (в США – торнадо). Смерч имеет вид темного облачного столба диаметром в несколько десятков метров (торнадо - до 100–200 м), опускающегося в виде воронки от нижнего основания облака до поверхности воды или суши. Скорости ветра в смерче достигают 50–100 м/с и при сильной вертикальной составляющей могут вызвать катастрофические разрушения. Близость атмосферных фронтов может стимулировать процесс смерчеобразования, особенно в континентальном тропическом воздухе (в США в морском тропическом воздухе с Мексиканского залива).

Схема общей циркуляции атмосферы.

Атмосфера Земли находится в постоянном движении. Воздушные течения отличаются как по скорости, так и по направлениям. Тесное взаимодействие с подстилающей поверхностью, свойства которой быстро меняются во времени и пространстве, приводит к тому, что мгновенная картина движения атмосферы оказывается необыкновенно сложной.

Построение средних ежедневных, сезонных и многолетних синоптических карт позволяет выявить общие (преобладающие) закономерности атмосферных движений. Система макромасштаб-ных воздушных течений над земным шаром носит название общей циркуляции атмосферы.

Выявление основных закономерностей общей циркуляции атмосферы является научной основой как долгосрочных, так и краткосрочных прогнозов погоды.

В настоящее время установлено, что причиной устойчивых, сохраняющихся особенностей общей циркуляции атмосферы является зональность в распределении давления (§ 8) и связанная с ней циклоническая деятельность на планете.

Зональные переносы, проявляющиеся в тропосфере, характеризуются преобладающими восточными ветрами в тропической зоне (пассаты), западными ветрами в умеренных широтах и опять восточными в субполярных и полярных широтах (рис. 20).

Вопросы для самоконтроля:

1. Причины возникновения ветра. Что такое барический градиент? Поясните его составные части.

2. Какие силы влияют на характеристику барического градиента?

3. Что такое геострофический и градиентный ветер?

4. В чем суть шкалы Бофорта?

5. Какие типы воздушных потоков Вы знаете?

6. Что собой представляют местные ветры?

7. В чем особенность распределения ветра на земном шаре?