Зв’язок між полем температури і струминними течіями

У главі четвертій говорилося про тісний зв’язок між полями температури та вітру. Вітер на будь-якому рівні можна розглядати як суму двох складових: вітер на нижньому рівні і прирощення вітру, пропорційне горизонтального градієнта (величиною зміни на одиницю відстані) середньої температури нижнього шару. Друга складова зазвичай грає велику роль у створенні струминних течій. Тому чим більше горизонтальні градієнти температури між теплим і холодним повітрям, тим сильніше струминну течію.

У відповідності з характером поля температури між поверхнею землі і рівнем максимуму швидкостей в струменевих течіях зазвичай відбувається зростання швидкості від дворазового до 10-кратного і більше. Зокрема, в системі струменів над Європою і північчю Атлантики характерне збільшення швидкості вітру між поверхнями АТ850 і АТ300 (приблизно між 1,5 і 9 км) поблизу осі струменевих течій ілюструється у таблиці 17.

З таблиці випливає, що в системі струминних течій у 71% випадків відбувалося 2-4-кратне наростання швидкостей вітру і лише у 29% випадків збільшення середньої швидкості було більш ніж у 4 рази. Як видно, збільшення швидкості вітру з висотою в тропосфері коливається в широких межах.

Аналіз приземних карт погоди показав, що струминних течій зі слабким наростанням швидкості вітру в тропосфері біля поверхні землі відповідає система глибоких циклонів, коли найбільші горизонтальні контрасти температур вже знаходяться на їх периферії. При великих величинах горизонтальних контрастів температури в тропосфері характерно швидке наростання швидкості вітру з висотою в системі струменя. У цих випадках у поверхні землі спостерігається поглиблення циклону або посилення антициклону.

У випадках з дворазовим збільшенням вітру контрасти температури під віссю струменя досягають в тропосфері (шар 850— 300 мб) до 5-10° на 1000 км. При багаторазовому збільшенні швидкості вітру контрасти температури під струменем в нижній і верхній тропосфері перевищують 10-20° на 1000 км.

Таким чином, виникнення і еволюція струменевих течій тісно пов’язані з збільшенням і змінами горизонтальних градієнтів температури під віссю струменевої течії. Дослідження показали, що зміни градієнта абсолютного геопотенціалу на АТ-300 і горизонтальні градієнти температури шару ВІД 300/1000 однакові за знаком і близькі за величиною.

Температура на карті АТ5оо є репрезентативною для встановлення величин контрастів. На цій поверхні зазвичай виявляється згущення ізотерм. Для встановлення контрастів температури можна користуватися і картою АТ-300, коли вісь струменя розташована вище цієї поверхні.

Положення осі струменевої течії знаходиться у відповідності з напрямком горизонтального градієнта температури поперек струменя. Для цього користуються деякими правилами. Якщо на даній изобарической поверхні низькі значення температури знаходяться зліва, а високі — праворуч від струменевої течії (якщо дивитися в напрямку потоку), то вісь струменя знаходиться вище рівня цієї поверхні. Якщо на даній изобарической поверхні низькі температури знаходяться справа від струменевої течії, а високі температури зліва, то вісь струменя знаходиться нижче рівня цієї поверхні. Отже, до рівня зміни напрямку горизонтального градієнта температури на зворотне швидкість вітру з висотою зростає і максимальні швидкості в струмені збігаються з рівнем вирівнювання температури. Вище цього рівня швидкості в струмені зменшуються. Тому вісь струменевої течії лежить поблизу тропопаузи (зазвичай під нею), оскільки при переході з тропосфери в стратосферу напрямок градієнта температури змінюється на зворотне. Це відноситься до всіх струменям: тропосферних (внетропическим і субтропічним) і стратосферным.

Один з випадків сильних струменевих течій спостерігався в Європі 13 лютого 1962 р. На західній і південній перифериях циклону над Скандинавією (в смузі між півднем і Гренландії

Вертикальний розріз атмосфери в 15 годин 3 травня 1965 р. по лінії Калінінград – Алма-Ата

Україною) швидкості вітру на висоті близько 9 км досягали 250-300 км/год, тобто спостерігалося сильне струминну течію. Циклон цей легко виявити на приземної карті погоди, наведеної на малюнку 49. Він виник і заглибився разом з посиленням ‘фронтальної зони і струменевої течії між холодним повітрям в системі циклону над Скандинавією і теплим повітрям в антициклоні над Атлантикою. Різниці температури між ними на всіх висотах були значними (15-20°).

Струменеві течії зазвичай зображують на вертикальних розрізах атмосфери. Приклад такого розрізу наведено на малюнку 59. На розрізі є дві струменя. Обидві вони пов’язані із фронтальними зонами і фронтами.

На вертикальному розрізі суцільними тонкими лініями зображені изотахи — лінії однакових швидкостей вітру, пунктиром — ізотерми, жирними лініями — атмосферні фронти, жирної майже горизонтальною лінією — тропопауза. Буквами позначено напрямок вітру, вертикальними стрілками — переважають висхідні та низхідні рухи повітря.

Вертикальний розріз показує, що над районом Мінськ-Рязань в тропосфері знаходиться найбільш холодне повітря. Схід Уральська повітря значно тепліше. Якщо на поверхні 700 мб над Смоленськом і Мінськом температура дорівнює -17°, — 19°, то над Актюбінському вона досягає +4°, а над Джамбулом навіть +10°. Холодні і теплі маси повітря розділені двома фронтами, один з яких перетинає поверхню землі поблизу Пензи, інший — у Актюбінська. В зоні фронтів швидкість вітру зростає з висотою. Над Пензою, при слабкому вітрі у землі, на поверхні 300 мб (9 км) швидкість вітру перевищує 180 км/ч. Тут знаходиться вісь струменевої течії. Інше струминне протягом знаходиться над Актюбінському. Зростання швидкості вітру з висотою спостерігається і в зоні фронту над Калінінградом. В зоні фронтів штрихами показано хмар і випадання опадів.

Вище тропопаузи вітри з висотою слабшають через зменшення горизонтальних градієнтів температури і тиску в нижній стратосфері. Неважко помітити, що в районах облакообразования відбувається підйом (стрілки, спрямовані вгору), а в інших районах, де має місце опускання (стрілки, спрямовані вниз) повітря, стоїть ясна погода.

Струменеві течії відіграють важливу роль у режимі атмосферної циркуляції, будучи як би її головними артеріями. Знання особливостей їх структури, швидкостей, зрушень вітру й інших характеристик важливо для авіації. При польотах в напрямку струменя відбувається виграш і, навпаки, проти напряму струменя — відповідний програш у часі. Для безпеки польотів важливо знати характер турбулентності атмосфери на рівні великих швидкостей вітру, так як в зоні великих зрушень вітру польоти протікають неспокійно.

ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Наука і культура України