Струменеві течії і висотні фронтальні зони

На щоденних картах баричної топографії в середній і верхній тропосфері, як і в нижній стратосфері, виділяються перехідні зони між високими холодними циклонами і теплими антициклонами. Це — вже знайомі нам фронтальні зони, що характеризуються великою згущенням відносних і абсолютних ізогіпс. Висотні фронтальні зони в обох півкулях облямовують земну кулю. Переміщаючись уздовж цих фронтальних зон, легко виявити, що на одних ділянках ізогіпсі значно згущені і має місце збіжність потоків, а в інших, навпаки, ізогіпсі разрежены і потоки розходяться. Зони згущення ізогіпс, де сходяться потоки, називаються входом фронтальної зони, зони розрідження, де потоки розходяться,— дельтою.

До числа основних характеристик висотних фронтальних зон, крім градієнтів температури і тиску, а у нижній тропосфері і вологості, відноситься також і вітер. У фронтальних зонах дуже часто швидкості вітру на висотах перевищують 30 м/сек, або 108 км/год, тобто мають порядок швидкостей, прийнятих в якості критерію для визначення струменевих течій. Свою назву «струменеві» такі повітряні течії на висотах отримали в 40-х роках поточного століття. Вони являють собою сильні повітряні течії, як би струменя в середині повітряних потоків, що мають малі швидкості. Разом з висотними фронтальними зонами вони, посилюючись і слабшаючи, швидко зміщуються у внетропических широтах на сотні і тисячі кілометрів.

Струменеві течії зазвичай мають протягом кілька тисяч кілометрів, але інтенсивність їх не скрізь однакова. Посилення і ослаблення струменевих течій відбувається в залежності від процесів фронтогенеза і циклогенеза. При цьому навіть у разі меридіональних перетворень термобаричної поля атмосфери виникають дуже сильні струменеві течії мають довжину, що не перевищує 1-3 тисячі кілометрів. Від центру струменя, тобто її осі, швидкості вітру до периферії швидко зменшуються. Зміни градієнта швидкості, звані зрушенням вітру, в зоні струменевої течії досягають великих величин як в горизонтальному, так і у вертикальному напрямках.

За визначенням Аерологічної комісії Всесвітньої метеорологічної організації, струменевим течією називається сильний вузький потік з квазигоризонтальной віссю, розташований у верхній тропосфері або стратосфері і характеризується великими вертикальними і горизонтальними зрушеннями вітру, з наявністю одного або більше максимумів швидкостей вітру. Струменеві течії мають тисячу кілометрів у довжину, сотні кілометрів в ширину і кілька кілометрів в товщину.

Вертикальний зсув вітру становить 5-10 м/с на 1 км і бічний зсув — 5 м/с на 100 км. Нижня межа швидкості вітру вздовж осі 30 м/с (108 км/год).

Співвідношення масштабів показує, що струминне протягом являє сплюснутий, порівняно вузьку зону великих швидкостей вітру.

Струменеві течії характерні для всіх районів земної кулі. По висоті вони поділяються на тропосферные і стратосферні. У свою чергу тропосферные струменеві течії поділяються на струменеві течії помірних широт і субтропічні, з переважним західним напрямком потоків. Стратосферні струменеві течії взимку мають переважно західне, а влітку східний напрямок.

Струменеві течії помірних широт виникають між високими антициклонами і циклонами. Вони є найбільш рухливими, а по інтенсивності найбільш мінливі, у зв’язку з безперервним виникненням і розвитком циклонів і антициклонів. Висота осі струменя розташовується найчастіше на рівні 7-10 км взимку і 8-11 км влітку. Максимальні швидкості на осі струменя коливаються в широких межах, залежно головним чином від температурних контрастів у висотних фронтальних зонах. Середні максимальні швидкості вітру звичайно рівні 40-50 м/с, тобто є ураганними. Іноді спостерігаються швидкості, що перевищують 80-100 м/с.

Субтропічні струменеві течії в північній півкулі формуються на північній периферії високих субтропічних антициклонів. Вони є менш рухливими, але при меридіональних перетвореннях помітно переміщаються, змінюючи інтенсивність. Середні максимальні швидкості на осі струменя взимку місцями перевищують 50-60 м/с, влітку близько 30-40 м/сек. Висота осі струменів 12-14 км. Взимку субтропічна струмінь зміщується в бік тропіків і знаходиться здебільшого між широтами 25-35°. До літа вона зміщується на північ на океанах на 5-10°, на суші на 10-15°. Струменеві течії особливо інтенсивними у східних берегів материків Азії та Північної Америки і відносно слабкіше над східними районами Атлантики і Тихого океану.

Дослідження показали, що будь-струминне протягом виникає в результаті формування висотних фронтальних зон з великими горизонтальними градієнтами температури. Навіть субтропічні струменеві течії, які ряд авторів відносить до бесфронтальным, також пов’язані із фронтальними зонами. Підставою для віднесення їх до бесфронтальным, мабуть, послужило те, що дуже часто в системі цих струменів фронти біля поверхні землі бувають розмиті. Розмивання фронтів і зменшення контрастів температури в нижніх шарах тропосфери викликається швидким прогріванням холодного зафронтального повітря, що протікає над нагрітою поверхнею, що підстилає, субтропічної зони. Але і в цих випадках фронти досить виразно виявляються в середній і верхній тропосфері.

Внутрисезонные переміщення субтропічних струменевих течій, як посилення і ослаблення їх, тісно пов’язані з междуширотным обміном. Один з випадків внутрисезонного переміщення субтропічної струменя над Кавказом, супроводжувався розмиванням холодного фронту, показаний в роботі автора. Так, за період з 20 травня по 10 червня 1956 р. субтропічна струмінь з максимальними швидкостями до 200 км/год змістилася на південь більш ніж на 400 км. Вторгся за холодним фронтом повітря в шарах, близьких до поверхні землі, швидко прогрівся. На Північному Кавказі протягом цього періоду похолодання було відзначено не тільки на висотах, але і у поверхні землі. У Єревані значне зниження температури до 10° спостерігалося у всій тропосфері і вельми незначна — у приземному шарі повітря. Ще південніше, в Хаббании (поблизу Багдада), при загальному зниженні температури повітря в тропосфері в нижньому кілометровому шарі не відбулося помітного зміни температури.

Процес розмивання холодного фронту в нижній половині тропосфери характерний не тільки для фізико-географічних умов Кавказу і Вірменського нагір’я. Дослідження виникнення і переміщення струменевих течій над північчю Африки — Середземним морем, Індією — Середньою Азією, як і південніше 40° пн. ш., над Далеким Сходом, показало, що розмивання фронту в нижніх шарах і стійке збереження контрастів температури на висотах характерно і для цих районів. Як правило, розмиваючись у нижніх шарах, фронт продовжує існувати на висотах, хоча внаслідок низхідних рухів відбувається видалення повітря від стану насичення і не утворюються не тільки опади, але і хмари.

Характер розподілу вітру з висотою залежить головним чином від приземного барического поля і поля температури на висотах. Зокрема, над Атлантикою і Британськими островами орієнтування середнього барического градієнта у поверхні землі (азорський максимум — ісландський мінімум) близька до орієнтуванні барического градієнта в тропосфері при переважаючому тут західному потоці. У січні, судячи з середньої карті тиску, складова приземного барического градієнта вздовж Гринвіцького меридіана дорівнює 11 мб на 10° меридіана між широтами 50 і 60° с. ш. Тому в цих районах приземний баричний рельєф сприяє формуванню висотних фронтальних зон з сильними західними вітрами з порівняно малим наростанням швидкості вітру з висотою. Над Японією між широтами 30 і 40° пн. ш., де струменеві течії взимку спостерігаються дуже часто, складова барического градієнта уздовж меридіана 140° сх. д. в січні близька до нуля. Тому над районом Японії, який можна назвати океанічним, на нижніх рівнях спостерігаються зазвичай слабкі вітри з більшим наростанням швидкості з висотою.

Стратосферні західні струменеві течії посилюються при меридіональному перетворенні термобаричної поля взимку в широтної зоні 50-70° на висотах 25-30 км. В цих випадках виникають осередки великих швидкостей вітру. Влітку для цих висот характерні течії східного напрямку з найбільшими швидкостями в низьких широтах. Разом з тим найбільш значні швидкості вітру зазвичай спостерігаються на висоті близько 60 км у верхній і нижній стратосфері мезосфері. Взимку західні струменеві течії характеризуються середніми швидкостями до 100 м/с, а влітку східні — середніми швидкостями понад 60-70 м/сек. Згідно з атмосферною циркуляцією на цих висотах максимальні швидкості, особливо зимою та у перехідні сезони року, іноді перевищують 100-120 м/с, а над окремими районами відбувається зміна і напрямки струменевих течій. Так, взимку західні вітри можуть змінитися на східні та північно-східні.

Посилання на основну публікацію