Барические системы

Выше сказано, что атмосферные фронты связаны с циклоном. Циклоны и антициклоны—крупные атмосферные вихри (во внетропических широтах). Они играют важную роль в общей циркуляции атмосферы, в формировании и изменении погоды, служат механизмом меж-широтного обмена (переноса) холодных и теплых масс воздуха на большие расстояния Диаметр их по горизонтали обычно 1000—2000, а нередко 3000 км и более Вертикальная протяженность их невелика и зависит от интенсивности и стадии развития. Мелкие образования, находящиеся в начальной стадии развития, обнаруживаются на высотах до 2—4 км, а развившиеся — до 15—20 км и более.

Вихревая форма циркуляции в циклонах и антициклонах определяется полем давления. В циклонах атмосферное давление наиболее низкое в центре, а к периферии растет. В антициклонах, наоборот, в центре давление наибольшее, а к периферии уменьшается. Течение воздуха в первом случае направлено против часовой стрелки от периферии к центру, а во втором — по часовой стрелке (в северном полушарии) от центра к периферии (рис. 7).

В соответствии с характером циркуляции воздух, втекающий у поверхности земли в систему циклона, поднимается вверх и в средней и верхней тропосфере растекается. Если из-за растекания убыль массы воздуха превалирует над втеканием его в нижнем слое, то давление падает, т. е. циклон углубляется.

В результате подъема воздух в развивающихся циклонах охлаждается; водяной пар конденсируется, образуются облака и выпадают осадки. Поэтому для циклонов характерна пасмурная с осадками погода.

В системе антициклона воздух у поверхности земли растекается от центра к периферии. Одновременно на высотах идет приток воздуха от периферии к центру. Если количество втекающего на высотах воздуха больше вытекающего в нижнем слое, то давление воздуха растет, и антициклон усиливается. Нисходящие движения воздуха в развивающихся антициклонах приводят к адиабатическому нагреванию его. В результате водяной пар удаляется от состояния насыщения, и облака рассеиваются. Поэтому в антициклонах преобладает малооблачная погода (рис. 8).

Жизнь каждого циклона и антициклона характеризуется обычно тремя стадиями: возникновением, развитием и старением. Продолжительность каждой колеблется от нескольких часов до нескольких суток. Если же условия циркуляции не способствуют развитию циклона и антициклона, они не проходят всех стадий и быстро исчезают. Условия для возникновения и развития циклонов, как и антициклонов, определяются изменчивостью, или, как обычно говорят, нестационарностью воздушных течений, которая возникает под влиянием многих факторов. Главный среди них — изменение горизонтального градиента температуры и давления, криволинейная форма изобар (линий, соединяющих точки с одинаковым давлением), неоднородность поверхности земли, сила трения и др.

Причиной возникновения термических циклонов является, например, неравномерное нагревание подстилающей поверхности и образование устойчивых местных восходящих движений воздуха над сравнительно большими площадями в радиусе 100—200 км, а также появление местных областей падения давления. В малоградиентном барическом поле легко появляется замкнутая циклоническая циркуляция. При благоприятных условиях, когда в систему такого циклона входит фронт, он может получить дальнейшее развитие и превратиться в обычный фронтальный циклон (рис. 9).

С момента возникновения и до стадии наибольшего развития циклона давление в его центре понижается. Скорость падения давления на единицу расстояния, или горизонтальный градиент давления, возрастает, и ветры усиливаются, нередко до штормовых. Атмосферные фронты обостряются, осадки выпадают наиболее интенсивно. Затем циклон ослабевает и заполняется, т. е. давление в его центре растет, ветры ослабевают, фронты размываются, осадки уменьшаются и постепенно прекращаются.

В центре циклонов, располагающихся над Европой, Давление составляет часто 990—1000 мб (миллибар — единица измерения атмосферного давления, выраженная в единицах силы — динах. 1 мб = 1000 дин/см², 1 мб == 0, 75 мм рт.ст. Давление 990—1000 мб соответствует 742—750 мм рт. ст. Изредка оно понижается до 940—950 мб. В таких циклонах ветер достигает разрушительной силы.

В антициклонах с момента образования и до максимального их усиления давление растет, а с момента старения падает, и антициклон разрушается. В этот период давление воздуха в их центре начинает понижаться, ветры ослабевают, нередко появляется облачность и местами даже выпадают осадки. В центре развивающихся антициклонов давление часто достигает 1030— 1040 мб, а в отдельных случаях превышает 1060 мб. Такие антициклоны нередки зимой над Сибирью.

Скорости перемещения циклонов и антициклонов колеблются в широких пределах. В начальной стадии развития низкие циклоны и антициклоны перемещаются со скоростью около 40—50 км/ч, в соответствии со скоростью ведущего потока. В отдельных случаях скорость перемещения достигает 100 км/ч. В поздней стадии, когда циклоны и антициклоны превращаются в высокие барические образования, скорость их перемещения резко падает, и они становятся малоподвижными. При этом центр их часто описывает неправильную петлеобразную траекторию.

В системе подвижного циклона холодный фронт расположен в тыловой его части, а теплый — в передней. Поэтому, когда циклон приближается к какому-либо пункту, сначала температура повышается, затем заметно понижается. В период углубления циклона, когда давление в центре 'понижается, атмосферные фронты обостряются. Это вызывает, как указывалось выше, обильные и продолжительные осадки. Процессы эти сильнее выражены в центральной и передней части циклона, в зоне теплого фронта (см. рис. 9). В тыловой части воздух поднимается медленно, а на периферии отмечается даже его опускание. В большинстве случаев падение давления говорит о приближении циклона и ухудшении 'погоды. Рост давления свидетельствует об удалении циклона, приближении антициклона и улучшении погоды. Но не всегда это правило оказывается в силе. Иногда погода ухудшается и с ростом давления, а улучшается при его 'падении. Погода зависит не только от изменения давления, но и от влагосодержания воздуха, скорости его вертикальных движений и других причин.

Парящая погода наиболее благоприятна в антициклонах. В последних наблюдается малооблачная сухая погода и лишь в заключительной стадии их развития возможны внутримассовые грозы. Они не опасны для полетов. Грозовые очаги следует обходить со стороны ветра. Впереди циклонов и вблизи их ядра нет парящих условий. Лишь в тыловой значительно удаленной от их центра области возможны слабые восходящие потоки, если подстилающая поверхность прогревается.

Кроме основных, различают еще промежуточные, или вторичные, барические системы с незамкнутыми изобарами ложбина — вытянутая в виде желоба от центра циклона полоса пониженного давления, располагающаяся между двумя областями повышенного давления; гребень (отрог) — вытянутый клином от центра антициклона и располагающийся между двумя областями пониженного давления; седловина — барическая область между двумя крест-накрест расположенными циклонами и антициклонами (рис. 10).

Погода в области ложбины обычно циклонического характера. Часто вдоль оси ложбины располагается фронт (теплый, холодный, окклюзия), разделяющий две, а в случае окклюзии — три воздушные массы. Таким образом, погода в области ложбины прежде всего определяется свойствами фронта и воздушных масс, образующих его. Ложбина перемещается вместе с циклоном, с которым связана. Нередко она вращается вокруг циклона против часовой стрелки, особенно если скорость циклона уменьшается. Погода в области гребня (отрога) аналогична погоде антициклона. Гребень смещается вместе с антициклоном, с которым тот связан, и вращается вокруг него по часовой стрелке, особенно если малоподвижен. В области седловины летом в неустойчивой воздушной массе развиваются мощные кучевые и кучево-дождевые облака, сопровождающиеся ливневыми осадками и грозами. Парящая погода здесь бывает лишь кратковременно, и длительные, а также маршрутные полеты исключаются.

СИНОПТИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ, БЛАГОПРИЯТСТВУЮЩИЕ ПАРЯЩИМ ПОЛЕТАМ НА ПЛАНЕРЕ. КАРТЫ ПОГОДЫ

Организация полетов на планерах в значительной мере зависит от погоды. Готовясь к ним, спортсмены должны тщательно изучить состояние погоды в районе полетов. Надо хорошо разбираться в физической сущности атмосферных процессов, создающих различные условия погоды, и знать, какие синоптические условия благоприятствуют полетам на планерах.

Практика проведения планерных соревнований и тренировок показывает, что окончательное решение для выбора упражнения определяют синоптические условия в районе предстоящих полетов. Так, для полетов на абсолютную дальность и на дальность с посадкой в заранее намеченном пункте необходимо, наряду с условиями для развития конвекции, иметь на огромном расстоянии сильные попутные или попутно-боковые ветры. Полеты на дальность над равнинами целесообразно проводить под конвективными облаками. Скоростные полеты по треугольным маршрутам и полеты в цель с возвращением к месту старта обычно выполняются при слабых ветрах.

К наиболее типичным синоптическим положениям, благоприятным для полетов на дальность в Центральной части Европейской территории страны следует отнести крайнюю периферию тыловой части обширного высокого и малоподвижного циклона с центром над Коми АССР или Южным и Средним Уралом. В этом случае в тылу циклона за холодным фронтом, сместившимся в крайние южные районы, распространяется гребень или антициклон. Большие барические градиенты в тылу циклона создают во всей нижней половине тропосферы сильный горизонтальный 'перенос воздуха. Мощный северный или северо-западный поток распространяется вплоть до Черного или Каспийского морей (скорость часто превышает 60—80 км/ч).

Передняя часть гребня и особенно районы с циклонической кривизной изобар характеризуются развитием кучевой и мощно-кучевой облачности, начинающей образовываться рано утром. Эта конвективная облачность Обычно не достигает ливневой или грозовой стадии, так как на некоторой высоте вершины облаков растекаются под задерживающим слоем. Основная причина ранней конвекции при данном синоптическом положении — динамическая турбулентность, возникающая благодаря большому изменению скоростей ветра в слое от поверхности земли до высоты 600—1000 м. Интенсивная динамическая турбулентность способствует подъему воздуха до уровня конденсации. Выше него, как правило, достаточно условий для влажно-адиабатической конвекции, так как фактические вертикальные градиенты температуры в холодной воздушной массе равны влажно-адиабатическим или превышают их.

Парящие полеты на дальность возможны также в восходящих потоках перед холодным фронтом или перед фронтом окклюзии. Лучше всего использовать для них восходящие потоки квазистационарных холодных фронтов, на которых образовался ряд волновых возмущений. Полеты в таких случаях должны проходить вдоль фронта и на некотором расстоянии от фронтальных грозовых облаков. Однако опасайтесь попасть в кучево-дождевые облака.

Скоростные полеты по треугольным маршрутам и в цель с возвращением лучше всего проводить в малоградиентных барических областях, представляющих собой разрушающиеся высокие теплые и малоподвижные антициклоны, где днем до.высоты 2000—2500 м возникает сухоадиабатический градиент температуры, а в верхних слоях градиенты близки к влажно-адиабатическим. Следует, однако, иметь в виду, что во второй половине дня и в разрушающихся антициклонах часто наблюдается мощная кучевая и кучево-дождевая облачность, иногда сопровождающаяся «сухими» грозами.

Малоподвижные области повышенного давления летом редки. Подвижные антициклоны и барические гребни, перемещающиеся за фронтом, встречаются чаще всего. В них также создаются хорошие условия для термической конвекции, особенно на участках, где непрерывно 'переносится относительно холодный воздух. Эти гребни и антициклоны преимущественно формируются в морском умеренном и морском арктическом воздухе. На Европейскую часть СССР они смещаются с западных или северо-западных районов Атлантики.

Для того чтобы иметь наглядное представление о синоптическом положении и составить прогноз погоды на день, необходимо ознакомиться с картами погоды. Метеорологические станции регулярно наблюдают за облачностью (количеством, формой и высотой), видимостью, температурой и влажностью воздуха, направлением и скоростью ветра, атмосферным давлением и за такими явлениями, как туман, дымка, гроза, осадки и т. д. Наблюдения ведутся через каждые 3 ч, начиная с 00 ч московского декретного времени. Станции, предназначенные для обслуживания авиации, ведут наблюдения через 1 ч, а иногда и чаще. Температуру, атмосферное давление, влажность, направление и скорость ветра на различных высотах наблюдают аэрологические станции методом радиозондирования атмосферы. Радиозонды выпускают в 03; 09; 15 и 21 ч московского декретного времени. На станциях трехразового радиозондирования

подъемы зондов чаще всего делаются в 03, 15 и 21 ч, а двухразового — в 03 и 15 ч. Результаты наблюдений зашифровывают специальными кодами и телеграфируют в метеорологические центры. Там телеграммы раскодируют и наносят на бланки географических карт определенным образом. Они называются картами погоды, или синоптическими. По фототелеграфу их передают в местные обсерватории, бюро погоды, авиационные метеорологические станции.

Сведения о погоде в пункте наблюдения, сообщаемые в телеграмме, наносятся на приземную карту по схеме, приведенной на рис. 11. Кружком обозначена метеорологическая станция. Значения буквенных символов и порядок нанесения метеорологических данных на карту погоды следующие.

N — общее количество облаков в баллах (наносят в кружочке станции в соответствии с гр. 2 табл. 3);

dd — направление ветра;

ff — скорость ветра в срок наблюдения (направление ветра обозначено стрелкой. Ее «острие» — кружок станции; оперение — скорость, причем длинное перо — 5 м/с, короткое — 2, 5 м/с; если скорость ветра 1 м/с — стрелка без оперения, скорость ветра 25 м/с — зачерченный треугольник. Когда на метеостанции тихо, ее кружок обводится еще одним кружком);

VV - горизонтальная видимость в цифрах кода, например: 5—0, 5 км, 10—1 км, 15—1, 5 км, 40—4 км, 56—6 км, 57—7 км, 60—10 км, 70-20 км и т. д.;

WW —погода во время наблюдения или за последний перед наблюдением час (наносится на карту согласно коду КН=01). Для обозначения погоды в срок наблюдения или за последний час существует 99 различных символов (см. табл. 3) Если явление окончилось до наблюдения, но отмечалось в последний час, то значок выносится за квадратную скобку влево:

ррр —атмосферное давление на уровне моря в мб с десятыми долями, без цифр, обозначающих сотни и тысячи (Если давление выше 1000 мб, то отбрасывают первые две цифры; при давлении менее 1000 мб отбрасывают первую девятку. Как прочесть давление на станции? Следует знать: если первая цифра в давлении более 5, то добавляется 9 сотен, если менее 5, то 10 сотен Например: 036 читаем 1003, 6 мб, 987—998, 7 мб);

+-рр —общее изменение давления за последние 3 ч в целых и десятых долях мб. Знак ± соответствует росту или падению давления;

а — характеристика барометрической тенденции

(Например : давление падало неравномерно.

Наносится согласно гр. 9 табл. 3);

— температура воздуха в целых градусах Цельсия (Отрицательная обозначается знаком минус. Температуру рекомендуется наносить красной тушью);

— экстремальная температура (На картах за 09 ч наносят минимальную, а за 21 ч—максимальную температуру суток. Также рекомендуется наносить красной тушью);

TdTd — значения точки росы в целых градусах Цельсия (Точка росы — температура, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, начинает конденсироваться);

W — характеристика прошедшей погоды в промежутке между наблюдениями (Наносится согласно гр. 4 табл.3);

RR — осадки (если были) за последние 12 ч в мм (Наносятся зеленой тушью);

Nh — количество облаков нижнего яруса, а при их отсутствии среднего яруса в цифрах кода (Например, код 7 означает 9 баллов облачности, код — 8—10 баллов, 9—туман. Наносится на карту согласно табл. 3);

Cl— форма облаков нижнего яруса, высота которых указана кодом (Наносится значками, помещенными в гр. 6 табл. 3);

h_sh_s—высота нижней границы облаков (Наносится кодом согласно табл. 3. Например, код 6 означает высоту нижней границы облаков 1000—1500 м);

См—форма облаков среднего яруса. (Наносится соответствующим значком согласно гр. 7 табл. 3);

—форма облаков верхнего яруса (Согласно гр. 8 табл 3. Рекомендуется наносить красным цветом).

На рис. 12 «изображена» типичная летняя погода. Облачность кучево-дождевая 8 баллов, с высотой основания 600—1000 м. Наблюдались также перистые облака В срок наблюдения была гроза с дождем при видимости 4 км. Атмосферное давление, приведенное к уровню моря, равнялось 1004, 5 мб, величина барической тенденции — 1, 8 мб, давление падало неравномерно. Температура воздуха 24° С, точка росы 20° С. В момент наблюдения ветер юго-восточный 16—18 м/с. Между сроками наблюдения отмечались ливневые осадки. За последние 12 ч выпало 8 мм осадков.

Составлению прогноза предшествует «вычерчивание» карт и в первую очередь проведение изобар. Они помогают определить распределение давления на уровне моря, в частности, положение циклонов, антициклонов и других ба1рических систем. Изобары проводят простым черным карандашом в виде непрерывных линий через 5 мб (на картах небольшого района — через 2, 5 мб). В центре каждого циклона на карте погоды ставится Н (низкое), а в центре антициклона — В (высокое). Изолинии барических тенденций проводят через 1 мб тонкими прерывистыми линиями. В центре области падения давления красным карандашом ставится буква П (падение), а рядом справа внизу проставляется величина максимального понижения давления с точностью до десятых долей мб. В центре области роста давления синим карандашом ставится буква Р (рост) и проставляется «величина максимального роста давления Зона обложных осадков на карте закрашивается зеленым цветом, туманов — желтым, остальные явления погоды (гроза, ливневой дождь, морось и др.) отмечаются красным или зеленым цветом в соответствии с условными знаками на карте, но крупнее.

Атмосферные фронты имеют огромное значение для диагноза и прогноза погоды. Как уже известно, фронты бывают холодными, теплыми и сложными (фронты окклюзии). В свою очередь, они делятся на главные и вторичные в зависимости от значимости в общей циркуляции атмосферы. Главные фронты разъединяют воздушные массы различного географического происхождения (например, воздух умеренных и тропических широт). Имея большую горизонтальную протяженность, они обычно характеризуются значительной разностью температур между воздухом по обе стороны от фронта («теплым» и «холодным»). С ними связано образование циклонов. Вторичные фронты разделяют две части воздушные массы одного и того же географического происхождения, но имеющие несколько различные характеристики, в частности — температуры, влажности, силы и направления ветра. Фронты, которые мало изменяют свое положение (они обычно почти параллельны изобарам), называются малоподвижными или стационарными. На картах погоды теплый фронт проводят красным, а холодный — синим карандашом. Фронт окклюзии проводят коричневым. Малоподвижный обозначают с одной стороны красным, а с другой — синим карандашом Вторичные фронты обозначают прерывистой линией соответствующего цвета.

Как уже говорилось, благоприятные условия для полетов планеров бывают в антициклонах, их гребнях и в тыловых частях циклонов (последние — для полетов на дальность). Вблизи малоподвижных фронтов, а также при приближении циклонов нет условий для парящих полетов В последнем случае давление падает И погода резко ухудшается. Перистая облачность уплотняется, переходит в перисто-слоистую, затем в высокослоистую Начинается обложной дождь Иногда, при разрушающихся антициклонах, утром появляется высококучевая и слоисто-кучевая облачность, постепенно покрывающая все небо. Если она не связана с фронтом, она рассеивается к 10—11 ч, реже — к 12—13 ч. После ее рассеивания почва быстро прогревается, и возникают кучевые облака.

По наземным картам погоды нельзя предвидеть в полной мере характер развития конвективной облачности и термиков. Этому помогает анализ вертикального зондирования атмосферы, поскольку на развитие вертикальных движений в атмосфере больше всего влияет распределение температуры и влажности с высотой.