Струйные течения – это сравнительно узкие зоны сильных ветров в верхней тропосфере и нижней стратосфере. Границей СТ обычно считается скорость ветра равная 30 м/с (100 км/час), вертикальный сдвиг скорости ветра от 5 до 10 м/с и более на 1 км высоты, горизонтальный сдвиг скорости ветра 10 м/с и более на 100 км. Струйное течение напоминает сильно сплюснутую трубу, высота которой 1-5 км, ширина 500-1000 км и длина – тысячи километров. Иногда СТ огибает весь земной шар.

Струйные течения образуются в зонах сближения теплых и холодных воздушных масс, гда создаются значительные градиенты давления и температуры, расположенных между высотными циклонами и антициклонами.

Максимальные скорости достигают 350км/час, над Японией до 700км/час. Интенсивность СТ имеет ярко выраженный характер. В холодное время струйные течения усиливаются, в летнее – ослабевают.

В зависимости от высоты расположения различают тропосферные и стратосферные струйные течения. Тропосферные СТ возникают когда поверхность главного атмосферного фронта простирается до тропопаузы, а разность температур воздушных масс, лежащих по обеим сторонам фронта, составляет 8-10° и более.

Тропосферные СТ по географическому признаку подразделяются на внетропические , субтропические и экваториальные .

Внетропическими являются струйные течения умеренных широт, связанные с полярным фронтом, а арктическое СТ связанное с арктическим фронтом. Их преобладающим направлением является западное, а интенсивность подвергается непрерывным изменениям. Ось внетропического СТ располагается в тёплом воздухе, обычно на 1-2км ниже тропопаузы. Она лежит впереди приземной линии тёплого фронта на расстоянии 400-500км и позади линии холодного фронта на расстоянии 100-300км. Перемещается СТ с атмосферным фронтом.

Левая сторона СТ (по направлению потока) более холодная, располагается вдоль высотной области пониженного давления и называется циклонической или холодной. Правая сторона относительно теплее левой, располагается вдоль высотной области повышенного давления и называется антициклонической или тёплой. На внешних границах СТ в связи с торможением воздушного потока более спокойным воздухом наблюдаются большие градиенты (перепады) скорости ветра. Резкие его изменения вызывает образование турбулентных зон. Такие зоны более опасны и интенсивны на левой циклонической стороне СТ (под действием двух задерживающих слоев – тропопаузы и фронтальной поверхности) На правой, антициклональной стороне, турбулентные зоны встречаются реже, здесь турбулентность бывает слабой или умеренной.

По отношению к атмосферным фронтам ось струйного течения не остаётся постоянной. В стадии волны ось СТ почти не искривлена и располагается левее линии фронта, в стадии молодого циклона на оси СТ отмечается изгиб, при этом ось СТ находится слева приземного центра циклона. В процессе окклюдирования циклона ось СТ испытывает ещё больший изгиб, при этом ось СТ пересекает фронты значительно правее приземного фронта.

Субтропическое СТ образуется на северной периферии субтропических антициклонов зимой между 25 и 35°с.ш., а летом между 35 и 45° с.ш. На участках большой протяженности (тысячи км) она имеет устойчивое западное направление. Зачастую в холодную половину года субтропическое СТ опоясывает весь земной шар. Ось СТ располагается над тропопаузой на высоте 12км. Тропопауза в зоне субтропического СТ претерпевает разрыв. На сравнительно небольшом расстоянии разница в её высоте при переходе их холодного в тёплый воздух может достигать 4-5км. Ширина субтропического СТ около 1500км, вертикальная протяженность 8-12км, по сравнению с внетропическим СТ является более устойчивым и интенсивным.

Экваториальные СТ образуются в экваториальных районах на южной периферии высоких субтропических антициклонов и имеют восточное направление.

Стратосферные СТ – оно образуется зимой на широте Полярного круга и имеют западное направление, ось находится на высоте около 50км, а нижняя часть охватывает всю среднюю и верхнюю атмосферу. Средняя скорость в этом СТ на высотах 20-25км составляет около 200км/час. Возникновение этого СТ объясняется наличием больших контрастов температуры в стратосфере на границе смены дня и ночи. В период полярной ночи (в январе высота ночи над Северным полюсом достигает 440км) Стратосферный воздух в Арктике выхолаживается и оказывается значительно холоднее стратосферного воздуха южнее Полярного круга. В связи с этим возникают большие горизонтальные градиенты температуры между умеренным и арктическим воздухом.

Турбулентность в зоне СТ.

На холодной стороне СТ горизонтальный сдвиг ветра составляет 12-14м/с на каждые 100км, на тёплой он равен 10м/с. Вертикальный сдвиг ветра в СТ составляет 5-10м/с на 1000м высоты, но может достигать и 25-30м/с. Наличие таких градиентов приводит к турбулентность в области СТ. Толщина возмущенных слоёв составляет 300-600мЮ иногда увеличиваясь до 1-3км, ширина обычно не превышает 100км, в длину – несколько сотен километров. Величина перегрузок при болтанке не превышает 0,5 – 1g, но иногда отмечаются случаи до 2g. В этих случаях сильная болтанка затрудняла управление самолётом или приводила к более тяжёлым последствиям.

Нередко болтанка в СТ наблюдается в области расположения Ci и Cc, образующихся на правой стороне СТ, несколько ниже его иси. Слева от оси облака образуются реже, вдоль оси облака отсутствуют. Ось СТ является границей между облачными системами по обе стороны СТ.

Турбулентные зоны зачастую бывают при ясном небе и называются ТЯН.

СТ может быть обнаружено по изменению угла сноса ВС и изменению температуры. При входе самолёта в левую сторону СТ происходит быстрый рост температуры (2-3° на 100км пути) и левый снос. При входе в СТ с правой стороны температура понижается (1-2° на 100км пути) и наблюдается правый снос. При полёте вдоль СТ температура воздуха не изменяется, а увеличивается путевая скорость (при попутном ветре) или уменьшается (при встречном ветре).

При попадании в зону болтанки, связанной с СТ, изменяют высоту полёта на 300-400м или уклоняются от маршрута на 50-70км. Высоту полёта рекомендуется изменять снижением, если полёт происходит на высотах более 8км, а на меньших – уходом вверх. Уклоняться от маршрута наиболее безопасно на правую (антициклональную) сторону струйного течения.

При предполётной консультации следует знакомиться с картой максимальных ветров, с картами барической топографии и вертикальными разрезами атмосферы.

Карты погоды и их анализ.

5.1 Карты погоды. Приземные и высотные. Использование международного метеорологического кода КН-01. Анализ приземных карт .

Изучение погодных процессов на большой территории наиболее эффективно проводить с помощью специальных карт, на которые условными знаками нанесены результаты одновременных метеороло­гических или аэрологических (высотных) наблюдений. Такие карты получили название синоптических (от греческого слова «синоптикос» - одновременно обозревающий).

Синоптическая карта, на которую нанесены данные наблюдений у поверхности земли, называется приземной картой погоды, а карта с нанесенными данными аэрологических наблюдений - высотной или аэрологической. Приземная карта погоды - это метеорологическая карта, которая отражает фактическое состояние погоды у поверхности земли в конкретный момент времени на определенной площади. Карты погоды бывают основные и кольцевые.

Основные карты составляются в 00, 06, 12 и 18 ч среднего гринвич­ского времени (UTC). Эти карты охваты­вают огромные территории и позволяют анализировать атмосферные процессы на расстояниях протяженностью в несколько тысяч километ­ров.

На АМСГ по основным картам прогнозируют крупномасштабные процессы, такие как образование и перемещение циклонов и антицик­лонов, перемещение атмосферных фронтов. По этим картам - составляют прогнозы погоды на срок 24...36 ч, а также прогнозы погоды по маршру­там большой протяженности.

Кольцевые карты (кольцовки) составляют через каждые 3 ч: в 00,03, 06,09,12,15, 18 и 21 ч по Гринвичу.

Это карты сравнительно небольших районов - от нескольких сотен
до тысячи километров, по этим картам уточняют прогнозы погоды на несколько часов, а также составляют предупреждения о возникновении опасных для авиации явлений погоды.

Сведения о погоде наносят на основные и кольцевые карты в виде цифр и условных знаков (символов) в строго определенном порядке вокруг кружка станции в соответствии с кодом КН-01.

На синоптические приземные карты погоды вокруг кружка (пункта) станции данные наносятся цифрами кода и условными знаками.

TTTtT- температура воздуха, целые (TT) и десятые доли(tT) градуса Цельсия;

TdTdtd- точка росы, целые (TdTd) и десятые доли(td) градуса Цельсия;

VV- горизонтальная видимость;

h(hh)- высота облаков нижнего яруса;

Nh- количество облаков нижнего яруса в октах;

PPP- давление воздуха приведенное к уровню моря, в гПа;

рр – величина барической тенденции за последние три часа;

а - характеристика барической тенденции;

N – общее количество облаков;

W – погода между сроками наблюдения;

CL – форма облаков нижнего яруса;

CM – форма облаков среднего яруса;

CH – форма облаков верхнего яруса;

dd – направление ветра у поверхности земли (откуда дует);

ff – скорость ветра обозначается оперением;

ww – атмосферные явления погоды с срок наблюдения или в течение последнего часа перед сроком наблюдения;

Sn – знак отрицательного значения температуры воздуха, точки росы, барической тенденции.

Характер погоды над какой-либо территорией определяется свойствами воздушных масс, положением атмосферных фронтов и видом барических систем. Задачей анализа является прослеживание движения воздушных масс, установление характера их стратификации, выявлению барических систем и определение траекторий их перемещения, а также уточнение положения и типа фронтальных разделов. Полное пространственное представление об атмосферных процессах можно получить, используя в анализе весь комплекс аэросиноптического материала, имеющегося на АМСГ.

Анализ погоды обычно начинается с анализа приземных синоптических карт – основных и кольцевых, затем карт барической топографии, аэрологических диаграмм, карт максимальных ветров, карт тропопаузы и авиационных карт АКП.

Анализ приземных карт погоды начинается с их «подъёма». На карте выделяются зоны обложных, моросящих и ливневых осадков, районы кучево-дождевых облаков и грозовой деятельности, районы занятые туманом, метелями, пыльными бурями и другими явлениями.

Затем проводятся линии равных значений барических тенденций. В центральной части области роста давления проставляется синим цветом буква Р и максимальная величина роста давления, в центральной части падения – буква П красным цветом и наблюдаемая величина падения давления. Линии равных значений барических тенденций называются изаллобарами или изотенденциями. Затем проводятся изобары – линии равных давлений, выявляются основные формы барического рельефа – циклоны, антициклоны, ложбины, гребни, седловины. Центры циклонов и антициклонов обозначаются буквами Н и В соответственно.

Все эти этапы являются подготовительными для анализа атмосферных фронтов.

Для анализа атмосферных фронтов сначала изучают их положение по приземным картам предшествующих сроков, а затем на основании анализа барического поля, полей ветра, температуры, влажности, распределения облачных систем, зон осадков и изаллобарических областей определяют положение фронта и его тип. При этом учитываются все факторы, которые могут привести и изменению погодных условий в зоне фронта в зависимости от времени года и суток, характера распределения давления, температуры и т.п.

Анализ фронтов не исчерпывается определением их положения на приземной карте, а используются карты барической топографии, аэрологические диаграммы и другие материалы, как спутниковая информация, бортовая погода.

Карты барической топографии используются в комплексе с приземными картами, что позволяет достаточно полно проанализировать процессы и явления погоды, которые наблюдаются не только у земли, но и на различных высотах.

Для анализа используют карты АТ850, АТ700, АТ500, АТ400, АТ300, АТ200 и АТ100Гпа поверхности. Для анализа температурного режима нижней тропосферы используются карты ОТ500/1000 . Изогипсы на этой карте в то же время являются изотермами средней температуры нижнего 5-километрового слоя тропосферы. Для уточнения положения атмосферных фронтов используется карта АТ850, на которой лучше чем на приземных картах обнаруживаются фронтальные поверхности по контрастам температур и другим элементам. Для выявления расположения и характеристики высотных фронтальных зон и связанных с ними струйных течений используются карты АТ300, АТ200, реже АТ500.

Высотную фронтальную зону по этим картам можно обнаружить по участкам с наибольшим сгущением изогипс и изотерм, на которых наблюдаются наиболее сильные ветры, иногда превышающие 100 км/час – струйное течение.

Обычно зоны интенсивной турбулентности располагаются в местах резкой расходимости воздушных потоков, особенно если эти зоны связаны со СТ, а передняя часть зоны расходимости располагается над холодным фронтом.

При анализе синоптических процессов используется аэрологическая диаграмма, по которой можно получить некоторые данные.

Для прогноза развития синоптических процессов учитывается суточный и годовой ход метеоэлементов (суточный ход температуры, ветра, зимой – отрицательных температур, летом – высоких). Учитывая изменения, обусловленные прохождением атмосферных фронтов, развитием циклонических и антициклонических образований. Одним из этапов является прогноз смещения барических образований:

1. Циклоны перемещаются в направлении изобар его тёплого сектора, оставляя тёплый воздух справа;

2. Центр циклона движется параллельно линии соединяющей центр падения давления с центром роста в сторону падения.

Если при этом отрицательные тенденции располагаются только в передней части циклона, не захватывая его центральную часть, а в тылу наблюдается рост той же интенсивности, то это указывает на быстрое смещение циклона.

Если отрицательные тенденции захватывают центр циклона и теплый сектор, это указывает на его углубление, вероятное обострение фронтов, увеличение мощности облаков и интенсивности осадков.

3. Если же циклоны или антициклоны имеют общую замкнутую изобару, то их центры совершают вращательное движение друг относительно друга у циклонов против часовой стрелки, у антициклонов – по часовой стрелке.

4. Ложбина перемещается вместе с циклоном, с которым она связана, и вращается вокруг циклона против часовой стрелки.

5. Гребни перемещаются вместе с антициклоном и вращаются вокруг антициклона по часовой стрелке.

При использовании карт барической топографии для анализа применяются следующие правила:

1. Приземные центры барических систем перемещаются в направлении воздушного потока течений (ведущего потока), наблюдающихся в данный момент над этими центрами, на высотах 3-6 км, т.е. в направлении изогипс на АТ700 и АТ500.

При этом скорость перемещения центров приземных барических образований будет составлять 0,7 от скорости ветра на АТ700 и 0,5 от скорости ветра на АТ500.

2. Высокие циклоны (AZn) c вертикальной осью остаются малоподвижными и заполняются (разрушаются). Большой наклон оси указывает на быстрое перемещение барического образования.

3. Циклоны углубляются, если над ними на картах АТ700 и АТ500 наблюдается расходимость потоков; заполняются, если имеется сходимость потоков.

4. Антициклоны и гребни усиливаются, если над ними на картах АТ700 и АТ500 наблюдается сходимость потоков, и разрушаются, если есть расходимость потоков.

Для прогноза перемещения фронта применяется карта АТ700, каждая точка на приземной линии фронта перемещается вдоль изогипс, проходящих над этой точкой со скоростью 0,8 для теплых и 0,9 для холодных фронтов от скорости ветра на этой изобарической поверхности.

Таким образом, определяя скорость и направление перемещения барических образований и атмосферных фронтов, составляется прогноз синоптического положения, т.е. будущее расположение атмосферных объектов. Учет эволюции атмосферных фронтов и барических систем является важным элементом при разработке синоптического положение и прогноза погоды, причем прогноз погоды исходит из основного принципа, что с перемещением воздушных масс и фронтов переносятся с определенными изменениями свойственные им условия погоды. Поэтому в первом приближении принимаются те значения метеоэлементов, откуда ожидается перемещение фронта и перенос воздушной массы.

5.2 Карты барической топографии. Их анализ. Карты тропопаузы.

Карты барической топографии (БТ) составляют по данным радио­зондирования в 00, 12, UTC. По этим картам определяют метеорологические условия на различных высотах, а также уточняют анализ погоды у поверхности земли. Карты БТ составляют для поверх­ностей равного давления, которые называются изобарическими.

Изобарические поверхности не параллельны уровню моря. В зависимости от распределения давления на уровне моря и от распре­деления температуры воздуха они или поднимаются несколько вверх (над антициклоном и в области тепла), или опускаются вниз (над циклоном и в области холода) относительно своей средней высоты. Высота изобарической поверхности выражается в геопотенциальных метрах 1 или декаметрах (десятках метров). Изобарических поверхно­стей в атмосфере можно выделить бесконечное множество. На практи­ке обычно выделяют несколько, их называют стандартными, или главными. В зависимости от уровня отсчета высоты изобарической поверхности эти карты подразделяют на карты абсолютной топографии (AT) - высота изобарической поверхности отсчитывается от уровня моря и карты относительной топографии (ОТ) - высота отсчитывается от любой ниже расположенной изобарической поверх­ности или от поверхности земли. На практике составляют только одну ОТ500/1000

1 Геопотенциальный метр отличается от линейного не более чем на 0,3 %.

.

Изобарические поверхности и карты барической топографии

Карты абсолютной топографии составляются для следующих изобарических поверхностей:

850гПа,Нср≈1,5км (слой1…2км)

700 гПа, Нср ≈ 3 км (2…4км)

500 гПа, Нср ≈ 5 км (4…6км)

400 гПа, Нср ≈ 7 км (6…8км)

300 гПа, Нср ≈ 9 км (8…10км)

200гПа,Нср≈ 12 км (10…12км)

100гПа,Нср≈ 16 км (12…14км)

На карты AT наносят следующие данные:

Здесь ННН - высота изобарической поверхности, геопотенциальные декаметры (гп. дкм); t - температура воздуха на высоте данной изобарической поверхности, °С; Δtd- дефицит точки росы, указывается цифрой. Направление δ и ff скорость ветра и наносят так же, как на приземную карту:

Точки с одинаковой высотой данной изобарической поверхности соединяют на картах AT плавными черными линиями, которые назы­ваются изогипсами (изос - равно, гипса – высота).

После проведения изогипс на картах AT выделяются высотные центры барических систем. Высотные циклоны и антициклоны очерче­ны замкнутыми изогипсами. В циклоне высота изобарической поверх­ности к центру уменьшается, а в антициклоне высота изобарической поверхности к центру увеличивается.

С помощью карт AT определяют следующие параметры.

1. Направление и скорость ветра в том районе, где данные о ветре отсутствуют, т. е. направление и скорость градиентного ветра, харак­теристики которого зависят от направления и густоты изогипс.

2. Струйное течение (СТ). Это - ветровой поток со скоростью
100 км/ч (30 м/с) и больше, который простирается на несколько тысяч
километров по горизонтали. Иногда СТ опоясывает весь земной шар.
Ось СТ (максимальная скорость) располагается на 1,5...2 км ниже
тропопаузы.

3. Зоны облачности и обледенения. На изобарических поверхно­стях 850,700 и 500 гПа облачность вероятна при Δtd ≤ 2 °С;

на изобарических поверхностях 400, 300 и 200 гПа облачность вероятна при Δtd ≤ 4°С;

4. Зоны болтанки (_/\_ - умеренная; -сильная). Если на не­большом участке маршрута резко меняется направление или скорость ветра или то и другое вместе, то при полете на этом участке маршрута будет наблюдаться болтанка;

5. Ведущий поток. Это господствующее направление ветра над данным районом в средней тропосфере (в слое 3 – 6 км) Его определяют по картам АТ-700 и АТ-500. По ведущему потоку определяется направление и скорость перемещения основных барических систем, а также скорость перемещения атмосферных фронтов.

6. Вертикальная мощность циклонов и антициклонов.

7. Положение атмосферных фронтов и воздушных масс.

8. Эволюция приземных циклонов и антициклонов

Карты тропопаузы.

Карты тропопаузы составляют по данным радиозондирования в 00 и 12 ч по Гринвичу. Они дают представление о пространственном положении тропопаузы.

На карты наносят следующие данные:

Здесь РРР- давление на самом нижнем уровне тропопаузы; t- температура воздуха на уровне тропопаузы, °С; Δtd - дефицит точки росы, указывается цифрой кода (так же, как на картах AT).

Направление δ и скорость ветра наносят так же, как на приземную карту. По карте тропопаузы при полетах на высоких эшелонах можно определить, где ВС будет пересекать тропопаузу, и ее наклон.

В местах, где наклон тропопаузы равен или больше 1/300 будет наблюдаться сильная болтанка. Пересекать тропопаузу в таких районах не рекомендуется.

Струйные течения различной интенсивности:и повторяемости наблюдаются почти над всеми районами земного шара. По широтным зонам и высоте расположения оси отличают следующие виды струйных течений: внетропические, субтропические, экваториальные и стратосферные. Каждому из них присущи свои характерные особенности, отличающие их друг от друга.

Внетропические струйные течения являются составной частью высотных фронтальных зон, образующихся между высокими теплыми антициклонами и высокими холодными циклонами. Они отличаются большей подвижностью, а интенсивность их подвергается непрерывным изменениям. Высота максимального ветра располагается чаще всего на уровне 8-10 км зимой и 9- 12 км летом. Скорости ветра на оси струи колеблются в широких пределах, в зависимости от величин горизонтальных градиентов температуры в нижележащих слоях воздуха. Наиболее часто максимальные скорости ветра достигают 150-200 км/час, но в отдельных случаях превышают 300 км/час и более. Величина контрастов температуры во фронтальной зоне, в слое 300 над 1000 мб обычно колеблется в пределах 10-15°, но иногда превышает и 20°.

Зимой величины контрастов температуры и скоростей ветра в среднем больше, чем летом.

Субтропические струйные течения образуются на северной периферии субтропических высоких и теплых антициклонов. Они являются менее подвижными, чем внетропические, и подвергаются заметным перемещениям в зависимости от характера и интенсивности междуширотного обмена воздуха; ось струи располагается на уровне 11-13 км. Зимой и особенно летом контрасты температуры до верхней тропосферы с высотой возрастают. При формировании и усилении струйного течения тропопауза претерпевает разрыв. Ось струи обычно располагается между тропопаузой тропической на высотах 16-17 км и тропопаузой средних широт на высотах 9-12 км.

Зимой струя находится большей частью между 25-35° с. ш, летом - севернее на 10-16°, а местами и больше. Средние скорости ветра на оси струи достигают 150-200 км/час. Распределение скоростей ветра вдоль широт различно. Максимальные скорости ветра наблюдаются зимой над восточными окраинами материков и прилегающими частями океанов. В частности, над Японскими островами скорости ветра нередко превышают 300-400 км/час. Субтропическая струя наиболее слабо выражена над восточными районами Атлантического и Тихого океанов. Она здесь усиливается при меридиональных преобразованиях термобарического поля атмосферы, сопровождающихся адвекцией холода в низкие широты.

Экваториальные восточные струйные течения образуются, на южной периферии высоких субтропических антициклонов (в северном полушарии). Западные экваториальные струи обнаружены зимой а 80° з. д. и 11° с. ш. на уровне 200 мб. Средняя скорость их не менее 100 км/час. Летом их интенсивность возрастает, на широтах 10-20°, на том же уровне летом в различных частях северного полушария обнаружены восточные экваториальные струи. Особенно интенсивны они на юге Азии. Слабые восточные струи в экваториальной зоне обнаружены и на

Тихом океане. Наиболее сильная восточная струя находится на юго-западной периферии летнего высокого антициклона над Северной Африкой и Аравией. Здесь на 15-20° с. ш. и 45°.в. средняя скорость ветра на уровне 150 мб превышает 100- 120 км/час.

Стратосферные струйные течения обнаружены зимой на высотах 25-35 км между 50 и 70° с. ш. Вследствие непрерывного лучеиспускания и охлаждения воздуха в слое озона в условиях полярной ночи за полярным кругом формируется высокий и холодный циклон с большими контрастами температуры на периферии. В зоне этих контрастов температуры возникают сильные ветры западного направления. Наибольшее усиление струи происходит в декабре - январе. В марте западные ветры на этих высотах ослабевают и в конце мая переходят на восточные.

Переход ветра на восточные происходит вследствие установления нового режима лучистого теплообмена в слое озона в условиях полярного дня. В результате прогревания воздуха летом, в противоположность зиме, над арктическими районами на высотах 30-40 км возникает мощный антициклон. Стратосферное восточное струйное течение располагается на южной периферии этого антициклона. Максимальные скорости струи заметно меньше зимнего стратосферного западного струйного течения.

Таким образом, формирование западных и восточных струйных течений в стратосфере носит сезонный характер и определяется радиационными условиями, накладывающими определенный отпечаток на термическое поле сезона. Приведенные на рис. 19 и 20 кривые распределения температуры с высотой над различными широтами, как и средние разности температуры между экстремальными сезонами вдоль различных меридианов (см. рис. 22 и 23), объясняют причины формирования запашного стратосферного струйного течения в холодное время года и восточного летом. Кривые распределения температуры с высотой показывают, что зимой наибольшие междуширотные разности температуры приходятся на приземный слой. С высотой разности температуры убывают и вблизи уровня поверхности 200 мб они достигают минимума. Здесь в атмосфере между экватором и полюсом существует положение, близкое к изотер мин. Летом междуширотные разности температуры также убывают с высотой и вблизи уровня поверхности 200 мб достигают минимума. Выше указанных уровней температура с высотой зимой и летом вновь возрастает.

По условиям радиационного режима в нижней стратосфере зона наибольших горизонтальных градиентов, как и струйное течение, должна опоясывает земной шар между 50-70° с. и ю. щ. Однако, согласно данным распределения температуры и давления, сезонные струйные течения в стратосфере зимой располагаются не строго вдоль широт, а в значительной мере повторяют структуру термобарического поля тропосферы, известной по средним месячным картам барической топографии (ОТ 500 1000).

На рис. 63 представлена средняя абсолютная топография поверхности 25 мб для января над Северной Америкой.

Из сопоставления рис. 63 (АТ 25) с рис. 37 (АТ 500) легко установить на обеих картах близкое сходство в конфигурации изогипс (на карте АТ 25 высоты обозначены в футах). Однако густота изогипс, а следовательно, скорости течений значительно больше на поверхности 25 мб, что объясняется возрастанием разности температур между средними и высокими широтами в нижней стратосфере.

В июле картина несколько иная (рис. 64). На той же поверхности 25 мб над высокими широтами находится область высокого давления, на периферии которой образуется восточное струйное течение. Наибольшие скорости струи наблюдаются между 55 и 75° с. щ. Здесь они заметно меньше, чем зимой. Переход западных ветров на восточные происходит в слое между уровнями 18 и 22 км. Поэтому, естественно, что структура поля АТ 25 и АТ 500 совершенно различна. На уровнях поверхностей 500 и 300 мб основное направление переноса западно-восточное, а на уровнях 50 и 25 мб, наоборот, восточно-западное. Несмотря на резкое различие между структурой поля AT в тропосфере и стратосфере, влияние нижних слоев воздуха на формирование

поля АТ 25 весьма существенно. В частности, над тропосферным гребнем над западом Северной Америки (рис. 64) антициклон более интенсивный, а над тропосферной ложбиной достаточно слабый.

Следовательно, на формирование среднего сезонного поля геопотенциала в стратосфере, на уровнях 25-30 им заметное влияние оказывает температурное поле тропосферы, обусловленное притоком тепла от подстилающей поверхности. Более того, ежедневные высотные карты погоды показывают, что крупные барические образования, отчетливо выраженные в тропосфере, обнаруживаются и на высотах 25-30 км. Это указывает на то, что характер циркуляции атмосферы, представляемый по картам AT в средней и верхней тропосфере, с высотой ослабевает медленно и основные воздушные потоки охватывают значительную толщу стратосферы.

На рис. 65-67 представлены карты абсолютной топографии поверхностей 500, 100 и 30 мб за ночь 7 декабря 1957 г. Из их сопоставления можно определить, что черты поля давления и воздушных течений в средней тропосфере хорошо выражены на уровне поверхности 100 мб, а частично даже на уровне 30 мб.

В частности, следы высокого холодного циклона над Балканами и Малой Азией и теплого антициклона над Атлантикой обнаруживаются на уровне 30 мб, т. е. на высотах около 24. км.

Летом в связи с прогреванием воздуха в стратосфере труднее обнаружить общие черты между барическим полем в тропосфере и на уровне 30 мб.

Выше были рассмотрены основные виды известных в настоящее время струйных течений и их особенности. Кроме основных видов, существует деление их по дополнительным признакам, как, например, деление на фронтальные и нефронтальные, континентальные и океанические и т. п.

Деление струйных течений на фронтальные и нефронтальные лишены серьезного основания. Любые струйные течения связаны

с атмосферными фронтами, с тем лишь различием, что в одних случаях фронты легко обнаруживаются у поверхности земли, а в других оказываются размытыми.

Однако и в тех и в других случаях положение атмосферных фронтов всегда можно определить в поле температуры в тропосфере.

Очень часто фронты у поверхности земли размываются в субтропиках, так как зафронтальный холодный воздух здесь быстро прогревается и теряет начальные свойства. Это послужило поводом для отнесения субтропического струйного течения к нефронтальным. В действительности в системе субтропической струи в зоне наибольших контрастов температуры всегда можно найти фронт, если он даже размыт в слоях, близких к поверхности земли. Процесс размывания фронтов в низких широтах можно проследить по ежедневным приземным и высотным картам погоды. Особенно быстро фронты размываются в теплое время года над сушей. Анализ данных наблюдений показал, что вертикальным турбулентным переносом быстро прогреваются лишь нижние слои тропосферного воздуха. С высотой процесс трансформации ослабевает. Поэтому разность температур в верхней тропосфере и вызванное ею струйное течение сохраняются продолжительное время. Фронты, обнаруженные в стратосфере, тоже определяются по контрастам температуры. С зонами расположения этих фронтальных зон и фронтов тесно связаны стратосферные струйные течения.

Деление струйных течений на океанические и континентальные также не оправдано. Основанием для такого деления послужило различие в возрастании скорости течений от уровня градиентного ветра до оси струи над океанами и материками. Было обнаружено, что в системе струйных течений над Северной Атлантикой ветер с высотой усиливается в меньшее число раз, чем над северо-западной Европой. Однако позднее было установлено, что это явление локальное. В частности, вблизи западного побережья Севера Тихого океана возрастание ветра с высотой происходит интенсивнее, чем над прилегающей территорией азиатского материка.

В заключение приведем схемы расположения всех видов струйных течений над северным полушарием зимой и летом (рис. 68 и 69). Они построены на основании анализа распределения струйных течений за последние годы.

Из рис. 68 и 69 видно, что наиболее мощны субтропические струйные течения и наиболее четко выражена их повторяемость на материках. Над восточными частями океанов сильное субтропическое струйное течение появляется спорадически, преимущественно зимой, при циклоническом преобразовании высотных деформационных полей и изоляции (блокирования) высоких циклонов в районе Азорских островов над Атлантикой и северо-западнее Калифорнии - над Тихим океаном. Спорадически возникающие струйные течения на схемах изображены прерывистыми линиями, а зоны внутрисезонных перемещений струй - штриховкой.

На юго-востоке Азии и Северной Америки внетропические струи обычно сливаются с субтропическими и образуют широкую зону ветров с осью струи на уровне 10-13 км на юге и 8- 10 км на севере зоны (рис. 68).

В соответствии с большими контрастами температуры наиболее мощные струи зимой чаще всего наблюдаются над указанными районами, а также над Аравией, Северной Индией и Британскими островами. На схемах в ряде мест приведены данные о преобладающих высотах струй и величины средних максимальных скоростей ветра в них. Наиболее сильные субтропические струйные течения наблюдаются зимой над Японскими островами и востоком Южного Китая, где средние скорости ветра на высотах 10-13 км достигают 260-320 км/час. Большие скорости ветра здесь объясняются значительными горизонтальными контрастами температуры в тропосфере, обусловленными сильно охлажденным материком Азии и примыкающими теплыми водами Тихого океана и интенсивной циклонической деятельностью.

В аналогичных условиях находится юго-восточная часть Северной Америки и, частично, район между Исландией и Британскими

островами, где сильные струйные течения постоянны во все сезоны года.

Преобладающее западное направление течений присуще струям субтропическим и внетропическим. Однако в соответствии с преобразованиями термобарического поля атмосферы, внетропические струйные течения подвергаются значительным междуширотным перемещениям. Разветвления внетропических: струй над Европой и Ланей и другими районами указывают, что они здесь не отличаются таким постоянством, как субтропические струйные течения.

Отметим, что над Европой и Западной Азией зимой обнаруживаются две струи, в то время как над Дальним Востоком и частотно над восточной половиной Северной Америки вследствие слияния образуется лишь одно мощное струйное течение, это объясняется распределением материков и океанов с соответствующими условиями притока тепла и формированием поля температуры тропосферы. Развивающаяся в этих условиях циклоническая деятельность способствует усилению субтропического струйного течения. На схемах изображены также стратосферные и экваториальные струйные течения. Стратосферные западные струйные течения зимой располагаются на высотах 25-30 км.

Летом положение струйных течений заметно изменяется. Как следует из рис 69 зона субтропических струйных течении повсеместно смещается к северу на 10-15° меридиана, а вблизи экваториальной зоны местами возникают восточные экваториальное струйные течения. В частности, над Южной Аравией средняя скорость восточных струй на уровне 13-15 км достигает более 100 км/час. Слабые восточные потоки наблюдаются на 20-25 0 с. ш. на Тихом океане.

Субтропические струйные течения хорошо выражены над Северной Америкой, передней и Средней Азией. Над Японскими островами по сравнению с зимой они значительно слабее. Внетропические тропосферные струи наблюдаются над Европой Северной Америкой и севером Азии.

Наконец, на этой же летней схеме изображено стратосферное восточное струйное течение на уровне 25-30 км. Оно возникает в теплое время года в связи с установлением в нижней стратосфере нового режима лучистого теплообмена в условиях полярного дня.

Когда я слышу «страшилки» о глобальном потеплении, я напоминаю очередному пророку близкой гибели человечества о том, что во время одной только летней грозы выделяется энергия 13 атомных бомб вроде той, что была сброшена на Хиросиму. А уж об энергии ураганных ветров и говорить не приходится. Так что жалкие потуги цивилизации несравнимы с могучими силами природы. Ох, правильно говорил один из героев бессмертного романа Я.Гашека: «Что представляет собой капитан Венцель по сравнению с великолепием природы?» Далековато еще человечеству до того, чтобы загадить свою планету до невозможности проживания на ней!

Источником энергии грандиозных процессов, происходящих в атмосфере, является, конечно, Солнце. А причиной возникновения этих процессов – то, что солнечная энергия падает на поверхность Земли неравномерно. Ближе к экватору поверхность суши и поверхность океана прогреваются гораздо сильнее, чем у полюсов. В результате такой неравномерности, в атмосфере возникают воздушные потоки, переносящие тепло от более теплых к менее теплым районам Земли. Это – следствие фундаментального закона, который называется вторым началом термодинамики.

Воздух нагревается в более жарких местах, становится легче и поднимается вверх, на высоту 9-12 километров. Выше теплый воздух подняться не может из-за противодействия силы тяжести. Но и быстро охладиться он не в состоянии – слишком велик запас тепла. Поэтому воздушные потоки отклоняются к полюсам, туда, где прохладнее.

Однако до полюсов они дойти не успевают, где-то в районе 30 градусов северной или южной широты, воздух, наконец, охлаждается, опускается к поверхности Земли и теперь понизу следует в более теплые районы, то есть снова к экватору. Так образуются постоянные ветры, пассаты. Они дуют в юго-западном направлении в северном полушарии и в северо-западном направлении в южном. Смещение ветров на запад – следствие вращения Земли.

От полюсов холодный воздух движется вдоль поверхности земли туда, где теплее, то есть в южные широты. При этом он постепенно нагревается и где-то в районе 60-й широты начинает подниматься вверх, до границы тропосферы, на высоту около 9 километров. На этой высоте теплый воздух возвращается к полярным областям, постепенно отдавая свое тепло. Возле полюса он, охлажденный, спускается к поверхности земли, чтобы снова двигаться в более нагретые области.

Между этими двумя круговыми воздушными потоками возникает еще один, промежуточный. В нем холодный воздух, не успевший нагреться в районе 30 градусов широты, движется, постепенно нагреваясь, вдоль поверхности Земли и, достаточно нагревшись, поднимается вверх. По границе тропосферы он возвращается на юг, где, охладившись, вновь опускается к земной поверхности.

В местах, где эти круговые воздушные потоки соприкасаются, происходит взаимодействия холодных и теплых воздушных фронтов. В результате этого взаимодействия у поверхности Земли проливаются дожди, возникают грозы, а также ураганы, штормы и смерчи.

Что происходит на больших высотах, где тоже сталкиваются холодные и теплые воздушные фронты? Влажность здесь очень маленькая, поэтому ни дождь, ни снег, ни град здесь идти не будут. А вот грандиозные ураганные «воронки» здесь возникают с легкостью. Но направлены они не вертикально, как у поверхности Земли, а горизонтально. Поэтому они работают, как гигантские вентиляторы, создавая тонкие полосы завихряющегося воздуха, которые называются струйными течениями.

Струйные течения представляют собой узкие области высотой около 2 километров. Их ширина составляет от 40 до 160 километров. Этакие воздушные «трубы», по которым несется воздух со скоростью 400 – 500 километров в час. Длина струйного течения может быть самой разной в зависимости от скорости воздуха. Бывает, что одно струйное течение опоясывает земной шар в районе 30-х и 60-х широт. Бывает, что одно длинное струйное течение разбивается на несколько более коротких струйных течений.

Струйные течения в земной атмосфере метеорологи впервые зарегистрировали в 1883 году. В этом году произошло катастрофическое извержение вулкана Кракатау в Индонезии. Тучи дыма и вулканического пепла поднялись на стратосферные высоты – более 12 километров. Часть пепла и пыли была захвачена струйными течениями, что сделало эти течения хорошо видимыми с поверхности Земли.

В 1920 году японский метеоролог Васабуро Оиши запускал метеорологические воздушные шары с вершины горы Фудзи и обнаружил, что по достижении высот около 9 – 10 километров их резко уносит в восточном направлении. Оиши повезло, поскольку одно из струйных течений проходит как раз над Японией. Но его работы были практически неизвестны в других странах. Поэтому струйные течения повторно открыли американские летчики в 1945 году. «Летающие крепости» B-17 и B-29 летали на высотах свыше 10 километров со скоростью около 500 километров в час. На таких высотах они были недоступны для тогдашних истребителей, и американцы использовали эти самолеты для бомбардировки целей на Японских островах. Оказалось, что полет к месту бомбежки занимал гораздо больше времени, чем обратный полет. Более того, некоторые бомбардировщики, попадая в струйный поток, скорость ветра в которых достигала 400 – 500 километров в час, попросту «зависали», не в силах продвинуться вперед!

Современные пассажирские самолеты летают на высотах свыше 10 километров. Иногда они используют струйные течения для того, чтобы ускорить полет в направлении с запада на восток. Однако самолеты летят рядом, стараясь не попадать в само течение. Ведь здесь поток завихряется, в результате чего, самолет начинает сильно «болтать»

Циркуляция атмосферы - система замкнутых течений воздушных масс, проявляющихся в масштабах полушарий или всего земного шара. Подобные течения приводят к переносу вещества и энергии в атмосферекак в широтном, так и в меридиональном направлениях, из-за чего являются важнейшим климатообразующим процессом, влияя на погоду в любом месте планеты.

Основная причина циркуляции атмосферы - солнечная энергия и неравномерность её распределения на поверхности планеты, в результате чего различные участки почвы, воздуха и воды имеют различную температуру и, соответственно, различное атмосферное давление (барический градиент). Кроме Солнца на движение воздуха влияет вращение Земли вокруг своей оси и неоднородность её поверхности, что вызывает трение воздуха о почву и его увлечение.

Воздушные течения по своим масштабам изменяются от десятков и сотен метров (такие движения создают локальные ветра) до сотен и тысяч километров, приводя к формированию в тропосфере циклонов,антициклонов, муссонов и пассатов. В стратосфере происходят преимущественно зональные переносы (что обуславливает существование широтной зональности). Глобальными элементами атмосферной циркуляции являются так называемые циркуляционные ячейки - ячейка Хадли, ячейка Феррела, полярная ячейка.

струйное течение - сильный ветер в виде узкого воздушного потока в верхнейтропосфере или нижней стратосфере, на тропопаузе, для которого характерны большие скорости (обычно на оси более 30 м/с) и градиенты более 5 м/с на 1 км по высоте и более 10 м/с на 100 км по горизонтали.

Высотное струйное течение связано с высотными фронтальными зонами. Имеет эллиптическое по форме вертикальное поперечное сечение. Размеры ВСТ по горизонтали - сотни километров в ширину и тысячи километров в длину, по вертикали - 2-4 км. Скорости ветра в ВСТ изменяются вдоль струи, причем очаги максимальных скоростей на оси ВСТ перемещаются по ветру. Струи перемещаются в виде извивающихся «воздушных рек» и в основном направлены к востоку, но могут иметь меридиональное и ультраполярное направление.

Высотные струйные течения являются звеньями общей зональной циркуляции атмосферы.

Пасса́т (от исп. viento de pasada - ветер, благоприятствующий переезду, передвижению) -ветер, дующий между тропиками круглый год, в Северном полушарии с северо-восточного, в Южном - с юго-восточного направления, отделяясь друг от друга безветренной полосой. На океанах пассаты дуют с наибольшей правильностью; на материках и на прилегающих к последним морях направление их отчасти видоизменяется под влиянием местных условий. ВИндийском океане, вследствие конфигурации берегового материка, пассаты совершенно меняют свой характер и превращаются в муссоны.

Благодаря своему постоянству и силе в эпоху парусного флота пассаты наряду с западными ветрами были основным фактором для построения маршрутов движения судов в сообщении между Европой и Новым Светом.

Муссо́н (от араб. موسم(«mixon») - время года , посредством фр. mousson ) - устойчивые ветра, периодически меняющие свое направление; летом дуют с океана, зимой - с суши; свойственны тропическим областям и некоторым приморским странам умеренного пояса (Дальний Восток). Муссонный климат характеризуется повышенной влажностью в летний период.

Летом муссоны дуют с океана на материки, зимой - с материков на океаны; свойственны тропическим областям и некоторым приморским странам умеренного пояса (например, Дальний Восток) . Наибольшей устойчивостью и скоростью ветра муссоны обладают в некоторых районах тропиков (особенно в экваториальной Африке, странах Южной и Юго-Восточной Азии и в Южном полушарии вплоть до северных частей Мадагаскара и Австралии). В более слабой форме и на ограниченных территориях муссоны обнаруживаются и в субтропических широтах (в частности, на юге Средиземного моря и в Северной Африке, в области Мексиканского залива, на востоке Азии, в Южной Америке, на юге Африки и Австралии).

СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ, ИХ КЛ АССИФИКАЦИЯ, УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И ПОЛ ЕТОВ В НИХ

Струйным течением (СТ ) называется узкая зона сильных вет ров со скорост ью

100 км/ч (30 м/с) и более большой горизонт альной протяженности.

Максимальная скорост ь ветра наблюдает ся в цент ральной части СТ, которая называется осью СТ . Вправо и влево от оси скорость ветра уменьшается. При эт ом горизонт альные сдвиги ветра могут достигать 10 м/с и более на 100 км расстояния, а вертикальные – 5…10 м/с и более на 100 м высоты.

СТ могут наблюдаться как в тропосфере (т ропосферные СТ), так и в ст ратосфере

(стратосферные СТ). При этом тропосферные СТ бывают: внет ропические, субтропические и экваториальные.

В Северном полушарии тропосферны е СТ направлены, как правило, с запада на восток,

но иногда они могут от клоняться к югу или к северу.

В поперечном сечении СТ может быть представлено в виде сильно сплющ енной

“т рубы” (рис. 10.2).

Рис. 10.2. Схематическое изображение струйного течения

Тропосферны е СТ наблюдают ся на высотах 7…11 км. Ось СТ обычно располагается на

1,5…2,0 км ниже т ропопаузы.

На террит ории СНГ СТ чаще образуются в холодное время года. Максимальная

скорость ветра (до 300 км/ч и более) наблюдается над Дальним Востоком, над остальной т еррит орией она достигает поряд ка 200 км/ч.

Наиболее интенсивными и устойчивыми являются субт ропические СТ. Максимальные скорости (650…750 км/ч и более) наблюд аются над Японией и Тихим океаном.

Для СТ характерно неодинаковое распределение т емперат уры и давления на правой и

левой сторонах (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Распределение температуры и дав ления в струйном течении

На правой стороне от оси находит ся ТВ и наблюдается высокое давление, поэтому э та сторона называется антициклонической или теплой. На левой стороне нах одится ХВ и наблюдается низкое давление, поэтому эта сторона называется циклонической и холодной. Такое распределение температуры и давления в СТ объясняется тем, что в ХВ барическая ступень значительно меньше, чем в ТВ. Поэтому, на высотах низкое давление буд ет наблюдаться в ХВ, а высокое – в ТВ. А так как СТ – эт о ветер, т о в Северном пол уш арии оно направлено таким образом, чтоб ы слева ост авалось низкое давление и, следовательно, ХВ, а справа – высокое давление и ТВ.

Внетропические СТ связаны с главными атмосферными фронтами и высот ными фронт альными зонами (ВФЗ). Процесс образования СТ можно объяснить следующим образом (рис. 10.4). Больш ие контрасты температуры (8°С…10°С и более), наблюдаемые по обе ст ороны фронта, являются причиной возникновения больших горизонтальных градиент ов давления, а значит, и силы горизонтального барического град иента. Под воздействием эт ой силы начинается восходящее движение ТВ по фронтальной поверхности. При эт ом, чем больше конт раст температ уры, тем интенсивнее движение. В верхних слоях тропосферы ТВ встречает мощный задерживающий слой – тропопаузу. Тропопауза сверху, а фронтальная поверхност ь снизу образуют своего рода воздушные барьеры, ограничивающие свободный подъем ТВ. Под напором поднимающихся снизу масс воздуха верхний ТВ, “зажатый” с одной стороны тропопаузой, а с другой – фронтальной поверхностью, приобрет ает большую скорость и проносится вдоль ВФЗ как бы вдоль своеобразной аэ родинамической трубы. Восход ящие д вижения ТВ могут “поднимат ь” тропопаузу над СТ. По этому на левой стороне СТ т ропопауза, как правило, имеет очень крутой наклон.

Ось СТ, в основном, параллельна атмосферным фронтам, с кот орыми оно связано. Если

СТ связано с ТФ, то оно располагает ся в верхней тропосфере вперед и приземной линии теплого фронта на расстоянии 400…500 км. Если же участ ок СТ связан с ХФ, то СТ располагается в верхней тропосфере позади приземной линии ХФ на расстоянии 100…300 км (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Синоптические условия образов ания струйного течения

СТ могут наблюдаться при ясном небе, но иногда они сопровождаются облаками верхнего яруса, которые располагаются преимущ ественно на правой стороне СТ. Сильными ветровыми потоками облака расчленяются на отдельные полосы, которые быстро перемещаются и своим движением указывают направление С Т. Облака обы чно располагаются ниже оси СТ на несколько сотен метров. В облаках возможна болтанка ВС, интенсивность которой можно определить по внешнему виду облаков – чем “неспокойнее” их вид, тем сильнее болт анка.

Наиболее опасным явлением в зоне СТ является возникновение на его периферии очагов т урбулентности. Причиной возникновения этих очагов является сильное торможение СТ на его внешних границах окружающим более спокойным возд ухом. В связи с резким т орможением пот ока образуются сд виги ветр а, приводящие к вихреобразованию. При этом очаги турб улентности черед уются со спокойными участками, их интенсивность и местоположение непрерывно изменяются. Наиболее интенсивными и опасными турбулентные очаги бывают на левой, циклонической стороне СТ, где горизонтальные сдвиги ветра в

1,5…2 раза больш е, чем на правой стороне (рисунки 10.5 и 10.6).

Рис. 10.5. Вихреобразование в струйном течении

Р ис. 10.6. Повторяемость болтанки в различных частях струйного течения

При от сут ствии облаков, ТЯН, вызывающая сильную болтанку, может начаться внезапно д ля экипажа и привест и к т яжелым последст виям. Опасная болт анка в зоне СТ наб людает ся в тех районах, гд е горизонт альные сдвиги вет ра более 6 м/с на 100 км расст ояния, и/или верт икальные – более 3 м/с на 100 м высот ы. Толщина слоя сильной б олтанки, как правило,

Самые благоприятные условия для полетов наблюдаются в цент ральной части СТ и на

его правой стороне. Но при этом необходимо учитыват ь, чт о при полет ах в СТ на высотах, б лизких к потолку, от клонение ВС в ст орону повыш ения температуры пред ставляет опасност ь, так как не исключена возможность его выхода в область значительных положительных от клонений температуры от стандартной атмосферы. В эт их сл учаях ВС может оказаться на высот е выше предельно допустимой, его уст ойчивост ь и управляемость б уд ут нарушаться, оно может непроизвольно терять высоту и “проваливаться”. Если при э том в атмосфере происход ят вертикальные пульсации ветра, ВС может попасть на критические углы атаки и срывные режимы.