Понять небо
Шрифт:
Теперь посмотрим на рисунок и представим Землю вращающимся диском. Так объект, вращающийся с диском и движущийся от центра имеет тенденцию замедлять движение (ученые называют это сохранением угловой скорости вращения). Когда он движется к центру, то имеет тенденцию ускоряться. Вы можете испытать это самостоятельно на детской площадке, на карусели, двигаясь от центра или к нему. Вы будете испытывать силу, уменьшающую или увеличивающую вашу скорость вращения. Вращаясь, фигурист с этой целью притягивает или разводит руки. Поток воздуха ведет себя так же. Когда он движется на юг, все дальше от оси вращения Земли, он замедляется и наоборот. Посмотрим снова на рисунок и мысленно начнем двигаться с воздухом от точки А.
Посмотрим, что происходит в точках В и D. Разберем такой пример: если вы ведете автомобиль по очень узкой загруженной полосе на широкой автостраде и автомобиль, идущий впереди, вдруг тормозит, то же приходится делать вам и всем водителям за вами. В результате, за первым автомобилем создается более плотная, с меньшими интервалами колонна. Примерно тоже происходит с молекулами, движущимися волнообразно вокруг Земли. Когда часть воздуха тормозится, следующий за ней воздух наталкивается на нее, увеличивая давление. Анализируя рисунок 58, можно сделать вывод, что воздух в точке В сдавливается, а в точке D разрежается.
Сдавливание воздуха в точке В называется конвергенцией. Этот эффект в верхних слоях приводит к увеличению давления у поверхности или к образованию гребней высокого давления.
Разрежение воздуха в точке D называется дивергенцией. Результатом этого разрежения является пониженное давление на поверхности под точкой D. Теперь мы видим, что основной причиной зон низкого давления на земной поверхности является особенность течения воздуха в верхних слоях. В дополнение можно привести аналогичное объяснение зон высокого давления.
Холодные фронты на поверхности имеют тенденцию изгибаться и вытягиваться под волной сверху. По показаниям нашего барометра или высотомера мы можем констатировать понижение или повышение давления.
Понижение давления говорит о приближении фронтов (и холодного, и теплого) или циклона, в то время, как повышение давления указывает на удаление фронта. Изменение от понижения к повышению указывает на проход фронта. Барометры маркированные "буря-дождь-переменно-ясно-сухо" используют связь изменения давления с фронтами и барическими системами. В главе 12 мы научимся предсказывать погоду, пользуясь барометром более детально.
МЕСТНЫЕ СИСТЕМЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ
Циклоны могут разрастаться до таких размеров, что покрывают полконтинента. Но они могут быть более мелкими и иметь другой механизм образования, не связанный с изменением течения воздуха в верхних слоях. Например, поверхность, которая нагревается больше, будет теплее, чем окружающая. Воздух прогреется и поднимется вверх. В этом месте сформируется местная зона низкого давления. Это важно для объяснения механизма образования бризов и других локальных течений. Подробнее это будет исследовано в главе 7.
В немного больших масштабах постоянные летние зоны пониженного давления в Калифорнии образуются над Американскими юго-западными пустынями. Серии таких зон возникают над восточными отрогами Скалистых гор и вдоль южных склонов швейцарских Альп. Зона низкого давления у Скалистых гор инициирует приток воздуха из бассейна Миссисипи. Эти ветры в летние месяцы пересекают всю территорию с востока на запад (см. рис. 59).
Рис. 59. Барическая
Из-за эффекта Кориолиса они поворачивают к северу, приводя к южным ветрам на Великих равнинах и увлекая на материк влажный воздух из Мексиканского залива, приносящий в Канзас и окружающие штаты грозы, бури, штормы. Аналогичным образом циклон возле Альп притягивает влажность, туманы и моросящие дожди на север Италии. Позднее мы изучим погоду в тропиках и продолжим разговор о локальных циклонах. Теперь мы знаем, что барические системы низкого и высокого давления всегда соседствуют и, взаимодействуя, создают ветры и определяют погоду. Давайте рассмотрим это более детально. На рисунке 60 показаны циклоны и антициклоны, их размещение и примерные границы. Летом антициклоны имеют тенденцию формироваться над водной поверхностью (она холоднее), а циклоны над сушей, зимой наоборот.
Рис. 60. Летние барические системы
В антициклоне у поверхности повышенное давление, это определяет направление ветров. Воздух движется от центра к периферии. В циклоне — картина обратная. Условно это можно изобразить, как показано на рисунке 61.
Рис. 61. Течения вокруг барических систем
Здесь потоки текут с высоких точек в низкие. Однако свои поправки вносит опять эффект Кориолиса.
В северном полушарии по токи доворачивают вправо. Поэтому в антициклоне воздух, двигаясь от центра поворачивает по часовой стрелке (если смотреть сверху). В южном полушарии эффект Корриолиса приводит к повороту влево и движению воздуха в антициклоне против часовой стрелки. Учитывая вышесказанное, можно предположить движение воздуха и в циклоне.
Это важно знать пилотам для определения ветра по синоптической карте, на которой нанесены фронты и барические системы.
Когда циклоны и антициклоны формируются из-за тепловых процессов (а не из-за циркуляции на высотах), они располагаются и взаимно поддерживают друг друга, как показано на рисунке 62.
Рис. 62. Модель циркуляции
Здесь мы видим более высокое давление на поверхности с перетеканием воздуха в зону меньшего давления. Наверху мы видим относительно высокое давление над низким, что толкает воздух для выравнивания давлений. Это течение продолжается до тех пор, пока действует прогрев. Важно обратить внимание, что воздух поступает или опускается сверху около высокого давления, в то время как он поднимается над низким давлением. Это основная модель движения в барических системах, вне зависимости от причин их возникновения. Воздух в антициклоне опускается, что приводит к сжатию, нагреву, уменьшению относительной влажности и увеличению стабильности. Воздух в циклоне поднимается, в результате он расширяется, охлаждается, увеличивается относительная влажность и уменьшается стабильность.