Месячные и годовые аномалии давления



 

Средние месячные величины давления за один и тот же ка­лендарный месяц в разные годы различны. Они могут значи­тельно отличаться от многолетней средней этого месяца, т. е. от его климатической нормы.

Отклонение средней величины давления в отдельный месяц определенного года от многолетней средней того же месяца называют месячной аномалией давления. Месячные аномалии особенно велики зимой (в 2—3 раза больше, чем летом); на океанах больше, чем на материках; в высоких широтах больше, чем в низких. Это значит, что режим атмосферного давления на материках менее изменчив от года к году, чем на океанах, а в тропиках менее изменчив, чем в средних и высоких широтах.

Средние месячные аномалии давления над Европой и Атлан­тикой в субполярных широтах порядка 5—6 мб зимой и 2—3 мб летом. В средних широтах они 3—4 мб зимой и 1—2 мб летом. В тропиках Атлантического океана они около 1 мб в оба сезона. При этом на суше они несколько меньше, чем на море.С удалением в глубь материка месячные аномалии давле­ния убывают. Так, в Ленинграде средняя месячная аномалия давления в зимние месяцы 6 мб, в Свердловске 5 мб, в Барнауле 3 мб, в Нерчинске 2,5 мб. Точно так же и в более низких широ­тах: на Азорских островах 3 мб, в Палермо 2 мб, в Тбилиси 1,5 мб.

Выше приведены средние месячные аномалии. В отдельные годы месячные аномалии, конечно, могут быть значительно больше. Так, в Исландии наблюдались отклонения среднего ме­сячного давления от многолетней нормы на 42 мб, в Париже — на 27 мб, на Азорских островах — на 14 мб.

Средние годовые значения давления в отдельные годы также отклоняются от многолетнего среднего, создавая годовые ано­малии. Последние меньше, чем месячные аномалии. Средняя го­довая аномалия давления в высоких широтах порядка 1,5—2 мб, в средних широтах порядка 1 мб, в низких менее 0,5 мб. В от­дельные годы годовые аномалии могут быть гораздо больше. В Исландии наблюдались годовые аномалии до 9 мб, в Па­риже— до 5 мб, в Барнауле — до 6 мб, в Тбилиси — до 3 мб

Месячные аномалии давления имеют один и тот же знак над обширными площадями земной поверхности. Если в каком-ни­будь пункте среднее месячное давление было, например, ниже нормы, то и в соседних местах, хотя бы и не по всем направле­ниям от данного места, оно было также ниже нормы. Иначе го­воря, аномалии давления имеют пространственное протяжение. Это понятно, так как они связаны с такими особенностями ци­клонической деятельности, которые наблюдаются на больших пространствах.

Нам осталось рассмотреть географическое распределение атмосферного давления. Однако мы обратимся к нему позже, в главе седьмой, в связи с общей циркуляцией атмосферы. Дело в том, что распределение атмосферного давления и распределе­ние воздушных течений над Земным шаром находятся в самой тесной связи, и потому целесообразно рассматривать их сов­местно.

Теперь же мы обратимся к общим вопросам, связанным с вет­ром,т. е. с переносом воздуха относительно земной поверхности.

Скорость ветра

 

Как нам уже известно из главы второй, ветром называют движение воздуха относительно земной поверхности, причем, как правило, имеется в виду горизонтальная составляющая этого движения. Однако иногда говорят о восходящем или о нисходя­щем ветре, учитывая также и вертикальную составляющую. Ветер характеризуется вектором скорости. На практике под скоростью ветра подразумевается только числовая величина ско­рости; именно ее мы будем в дальнейшем называть скоростью ветра, а направление вектора скорости — направлением ветра.

Скорость ветра выражается в метрах в секунду, в километрах в час (в особенности при обслуживании авиации) и в узлах (в морских милях в час). Чтобы перевести скорость из метров в секунду в узлы, достаточно умножить число метров в секунду на 2.

Существует еще оценка скорости (или, как принято говорить в этом случае, силы) ветра в баллах, так называемая шкала Бо­форта, по которой весь интервал возможных скоростей ветра де­лится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с раз­личными его эффектами, такими, как степень волнения на море, качание ветвей и деревьев, распространение дыма из труб и т. п. Каждая градация по шкале Бофорта носит определенное назва­ние. Так, нулю шкалы Бофорта соответствует штиль, т. е. пол­ное отсутствие ветра. Ветер в 4 балла, по Бофорту называется умеренным и соответствует скорости 5—7 м/сек; в 7 баллов — сильным, со скоростью 12—15 м/сек; в 9 баллов — штормом, со скоростью 18—21 м/сек; наконец, ветер в 12 баллов по Бофор­ту— это уже ураган, со скоростью свыше 29 м/сек.

Различают сглаженную скорость ветра за некоторый не­большой промежуток времени, в течение которого производятся наблюдения, и мгновенную скорость ветра, которая вообще сильно колеблется и временами может быть значительно ниже или выше сглаженной скорости. Анемометры обычно дают зна­чения сглаженной скорости ветра, и в дальнейшем речь будет идти именно о ней.

У земной поверхности чаще всего приходится иметь дело с ветрами, скорости которых порядка 4—8 м/сек и редко пре­вышают 12—15 м/сек. Но все же в штормах и ураганах уме­ренных широт скорости могут превышать 30 м/сек, а в отдельных порывах достигать 60 м/сек. В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/сек, а отдельные порывы — до 100 м/сек. В маломасштабных вихрях (смерчи, тромбы) возможны скоро­сти и более 100 м/сек. В так называемых струйных течениях в верхней тропосфере и в нижней стратосфере средняя скорость ветра за длительное время и на большой площади может дохо­дить до 70—100 м/сек.

Скорость ветра у земной поверхности измеряется анемо­метрами разной конструкции. Чаще всего они основаны на том, что давление ветра приводит во вращение приемную часть при­бора (чашечный анемометр, мельничный анемометр и пр.) или отклоняет ее от положения равновесия (доска Вильда).По скорости вращения или величине отклонения можно определить скорость ветра. Есть конструкции, основанные на манометриче­ском принципе (трубка Пито). Имеется ряд конструкций само­пишущих приборов — анемографов и (если измеряется также и направление ветра) анеморумбографов. Приборы для измере­ния ветра на наземных станциях устанавливаются на высоте 10—15 м над земной поверхностью. Измеренный ими ветер и называется ветром у земной поверхности.

Об измерении ветра в вы­соких слоях атмосферы го­ворилось в главе первой.

Направление ветра

 

Нужно хорошо запом­нить, что, говоря о направ­лении ветра, имеют в виду направление, откуда он дует. Указать это направление можно, назвав либо точку горизонта, откуда дует ве­тер, либо угол, образуемый направлением ветра с мери­дианом места, т. е. его азимут. В первом случае различают 8 основных румбов гори­зонта: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-за­пад, запад, северо-запад — и 8 промежуточных румбов между ними: север-северо-восток, восток-северо-восток, восток-юго-во­сток, юг-юго-восток, юг-юго-запад, запад-юго-запад, запад-се­веро-запад, север-северо-запад (рис. 68). 16 румбов, указываю­щих направление, откуда дует ветер, имеют следующие сокра­щенные обозначения, русские и международные:

 

С N В E Ю S 3 W
CCB NNE ВЮВ ESE ЮЮЗ SSW ЗСЗ WNW
CB NE ЮВ SE ЮЗ SW СЗ NW
BCB ENE ЮЮВ SSE ЗЮЗ WSW ССЗ NNW

 

Произносится: N — норд, E — ост, S — зюйд, W — вест.

Рис. 68. Румбы горизонта

 

Если направление ветра характеризуется углом его с мери­дианом, то отсчет ведется от севера по часовой стрелке. Таким образом, северу будет соответствовать 0° (360°), северо-востоку 45°, востоку 90°, югу 180°, западу 270°. При наблюдениях над ветром в высоких слоях атмосферы направление его, как правило, указывается в градусах, а при наблюдениях на назем­ных метеорологических станциях — в румбах горизонта.

Направление ветра определяется с помощью флюгера, вра­щающегося около вертикальной оси. Под действием ветра флю­гер принимает положение по направлению ветра. Флюгер обычно соединяется с доской Вильда.

Так же как и для скорости, различают мгновенное и сгла­женное направление ветра. Мгновенные направления ветра значительно колеблются около неко­торого среднего (сглаженного) направления, которое определяет­ся при наблюдениях по флю­геру.

Однако и сглаженное направ­ление ветра в каждом данном месте Земли непрерывно меняет­ся, а в разных местах в одно и то же время оно также различ­но. В одних местах ветры раз­личных направлений имеют за длительное время почти равную повторяемость, в других — хоро­шо выраженное преобладание одних направлений ветра над дру­гими в течение всего сезона или года. Это зависит от условий об­щей циркуляции атмосферы и от­части от местных топографических условий.

Рис. 69. Роза ветров.

 

При климатологической обработке наблюдений над ветром можно для каждого данного пункта построить диаграмму, пред­ставляющую собой распределение повторяемости направлений ветра по основным румбам, в виде так называемой розы ветров (рис. 69). От начала полярных координат откладываются на­правления по румбам горизонта (8 или 16) отрезками, длины которых пропорциональны повторяемости ветров данного на­правления. Концы отрезков можно соединить ломаной линией. Повторяемость штилей указывается числом в центре диаграммы (в начале координат). При построении розы ветров можно учесть еще и среднюю скорость ветра по каждому направлению, умно­жив на нее повторяемость данного направления. Тогда график покажет в условных единицах количество воздуха, переносимого ветрами каждого направления.

Для представления на климатических картах направление ветра обобщают разными способами. Можно нанести на карту в разных местах розы ветров. Можно определить равнодействую­щую всех скоростей ветра (рассматриваемых как векторы) в данном месте за тот или иной календарный месяц в течение многолетнего периода и затем взять направление этой равнодей­ствующей в качестве среднего направления ветра. Но чаще опре­деляется преобладающее направление ветра. Именно, опреде­ляется квадрант с наибольшей повторяемостью. Средняя линия этого квадранта принимается за преобладающее направление.

Линии тока

 

Ветер, как всякий вектор, можно изобразить стрелкой, причем длина стрелки должна характеризовать числовую вели­чину скорости, а направление — то направление, куда ветер дует. Например, в случае северо-восточного ветра стрелка должна быть направлена на юго-запад.

Рис. 70. Линии тока.

 

Пространственное распределение ветра, стало быть, является векторным полем. Его можно представать графически разными способами. Наиболее наглядно поле ветра представляется с по­мощью линий тока,аналогичных, например, силовым линиям в магнитном поле. В каждой точке поля, в которой ветер известен, его наносят стрелкой, имеющей то направление, куда дует ветер. Затем на карте проводят линии тока так, чтобы направ­ление ветра в каждой точке поля совпадало с направлением ка­сательной к линии тока, проходящей через эту точку. Линии тока проводят тем ближе друг к другу, чем больше скорость ветра в данном участке поля. Таким образом, на карте полу­чается система линий тока (рис. 70), при первом взгляде на которую можно заключить, как именно течет воздух в данной области в данный момент.

Нужно помнить, что линии тока для определенного срока наблюдений представляют собой именно моментальный снимок с поля ветра.

Рис. 71. Точки сходимости и расходимости (вверху) и линии сходимости и расходимости (внизу).

 

Не следует смешивать их с путями (траекториями) воздушных частиц. Дело в том, что с течением времени поле ветра изменяется и, стало быть, меняется распределение линий тока. Каждая воздушная частица за некоторое время проделы­вает свой путь в меняющемся поле ветра, и поэтому ее путь не совпадает с линиями тока, построенными для одного определен­ного момента. Только если поле ветра установившееся, т. е. если с течением времени распределение скоростей в поле не меняется, линии тока и траектории воздушных частиц будут совпадать. Для этого необходимо, как будет показано дальше, чтобы и барическое поле с течением времени не менялось.

Линии тока можно строить и для средних условий, например по преобладающим направлениям ветра или по равнодействующим ветра за многолетний период.

В некоторых местах на карте линии тока сближаются, сходятся, в некоторых - расходятся. Бывает, что линии тока сходятся в одной точке - точке сходимости, как бы вливаясь в нее с разных сторон, или, наоборот, они расходятся по всем направлениям от одной точки — точки расходимости. Бывают и та­кие случаи, когда линии тока вли­ваются в одну линию — линию схо­димости — или, напротив, расходятся от одной линии — линии расходимости (рис. 71).

Рис. 72. Односторонняя линия сходимости.

 

Если на поле с линией сходимости налагается переносное движение, то может получиться, что линии тока направлены к линиям сходимости только с одной стороны, а с другой выходят из этой линии, как показано на рис. 72. Такую линию сходимости называют односторонней.

Рис. 73. Связь сходимости (слева) и расходимости (справа) с вертикальными движениями (в вертикальном разрезе).

 

Легко понять, что сходимость линий тока должна сопрово­ждаться восходящим движением стекающегося воздуха, а расхо­димость, напротив, нисходящим движением растекающегося воздуха (рис. 73). Сходимость или расходимость может быть при­суща полю ветра в силу распределения давления. Частично ли­нии тока могут сходиться или расходиться вследствие влияния трения на движущийся воздух (см. дальше). Кроме того, схо­димость или расходимость может быть связана с топографией или орографией подстилающей поверхности. Если воздух течет по суживающемуся руслу, например между горными хребтами, линии тока сходятся; если по расширяющемуся руслу — расхо­дятся.

 

Порывистость ветра

 

Ветер постоянно и быстро меняется по скорости и направ­лению, колеблясь около каких-то средних величин. Причиной этих колебаний (пульсаций, или флуктуации) ветра является турбулентность, о которой говорилось в главе второй. Колеба­ния эти можно регистрировать чувствительными самопишущими приборами. Ветер, обладающий резко выраженными колеба­ниями скорости и направления, называют порывистым. При осо­бенно сильной порывистости говорят о шквалистом ветре.

При обычных станционных наблюдениях над ветром опре­деляют среднее (сглаженное) направление и среднюю его ско­рость за промежуток времени порядка нескольких минут. При наблюдениях по флюгеру Вильда наблюдатель должен в тече­ние двух минут следить за колебаниями флюгарки и в течение двух минут за колебаниями доски Вильда, а в результате опре­делить среднее (сглаженное) направление и среднюю (сглажен­ную) скорость за это время. Чашечный анемометр дает возмож­ность определить среднюю скорость ветра за любой конечный промежуток времени.

Однако представляет интерес также и изучение порывистости ветра. Порывистость можно характеризовать отношением ампли­туды колебаний скорости ветра за некоторый промежуток вре­мени к средней скорости за то же время; при этом берется либо средняя, либо наиболее часто встречающаяся амплитуда. Под амплитудой подразумевается разность между последовательными максимумом и минимумом мгновенной скорости. Есть и другие характеристики изменчивости, в том числе и направленияветра.

Порывистость тем больше, чем больше турбулентность. Следовательно, она сильнее выражена над сушей, чем над морем; особенно велика в районах со сложным рельефом местности; больше летом, чем зимой; имеет послеполуденный максимум в суточном ходе.

В свободной атмосфере турбулентность может приводить к болтанке самолетов. Болтанка особенно велика в сильно раз­витых облаках конвекции. Но она резко возрастает и при от­сутствии облаков в зонах так называемых струйных течений.

 

Влияние препятствий на ветер

 

Всякое препятствие, стоящее на пути ветра, будет как-то на него влиять, возмущать поле ветра. Такие препятствия могут быть и крупномасштабными, как горные хребты, и мелкомас­штабными, как здания, деревья, лесные полосы и т. д. Прежде всего препятствие отклоняет воздушное течение: оно должно либо обтекать препятствие с боков, либо перетекать через него сверху. При этом горизонтальное обтекание происходит в боль­шей степени. Перетекание происходит тем легче, чем неустойчи­вее стратификация воздуха, т. е. чем больше вертикальные градиенты температуры в атмо­сфере. Перетекание воздуха через препятствия приводит к очень важным следствиям, таким, как увеличение об­лаков и осадков на навет­ренном склоне горы при восходящем движении воз­духа и, наоборот, рассеяние облачности на подветренном склоне при нисходящем дви­жении.

Рис. 74. Орографическое усиление ветра.

 

Обтекая препятствие, ве­тер перед ним ослабевает, но с боковых сторон усиливается, особенно у выступов препятствий (углы зданий, мысы бере­говой линии и пр.). Линии тока в таких местах сгущаются. За препятствием скорость ветра уменьшается, там имеется ветровая тень.

Очень существенно усиливается ветер, попадая в суживаю­щееся орографическое ложе, например между двумя горными хребтами. При продвижении воздушного потока его поперечное сечение уменьшается; а так как сквозь уменьшающееся сечение должно пройти столько же воздуха, то скорость возрастает (рис. 74). Этим объясняются сильные ветры в некоторых райо­нах; например, северные ветры во Владивостоке сильнее, чем в районах, расположенных севернее его. Тем же объясняется и усиление ветра в проливах между высокими островами и даже на городских улицах.

Перед препятствием и за ним иногда создаются так называе­мые наветренные и подветренные вихри.

Влияние полезащитных лесных полос на микроклиматиче­ские условия полей связано в первую очередь с тем ослаблением ветра в приземных слоях воздуха, которое создают лесные полосы. Воздух перетекает поверх лесной полосы, и, кроме того, скорость его ослабевает при просачивании его сквозь просветы в полосе. Поэтому непосредственно за полосой скорость ветра резко ослаблена. На более далеком расстоянии за полосой ско­рость ветра увеличивается. Однако первоначальная, неослаблен­ная скорость ветра восстанавливается только на расстоянии, рав­ном 40—50-кратной высоте деревьев полосы, если полоса ажур­ная (несплошная). Влияние сплошной полосы распространяется на расстояние, равное 20—30-кратной высоте деревьев и меньше.

 


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 211; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ