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.

Влияние ветра на параметры движения ВС наиболее существенно при больших скоростях ветра, особенно в области струйных течений (СТ).
СТ – это перенос воздуха в виде узкого течения с большими скоростями, обычно в верхней тропосфере нижней стратосфере с осью вблизи тропопаузы. Максимальная скорость ветра (30 м/с и >) наблюдается на оси СТ. Изменение скорости ветра в области СТ обычно составляет 5-10 м/с на 1 км высоты и 10 м/с и > на 100 км в гориз-м направлении.

СТ образуются в зонах наибольшего сближения тёплых и холодных воздушных масс, где создаются значительные горизонтальные градиенты давления и температуры. Поскольку наибольшие контрасты температуры в зонах атмосферных фронтов наблюдаются в хол. половину года, то в этот период СТ наиболее активны.

Навигационное значение струйных течений трудно переоценить. С одной стороны, в зоне СТ часто возникают перистые и перисто-кучевые облака и интенсивная турбулентность, а с другой – сильный ветер в зоне СТ значительно изменяет скорость ВС.

Интенсивная турбулентность отмечается в основном на холодной (циклонической) стороне СТ, где градиенты температуры и ветра больше. На оси СТ сильная турбул-ть бывает значительно реже.

Если полёт в зоне СТ происходит против ветра, то путевая скорость резко уменьшается, если по ветру – увеличивается. При полёте на большие расстояния можно использовать СТ для сокращения времени полёта и для увеличения дальности полёта. В настоящее время есть методы, позволяющие по данным о поле ветра предложить наивыгоднейший маршрут, по которому ВС прилетит в пункт назначения или с наименьшей затратой времени, или с наименьшим расходом топлива. Всё сказанное свидетельствует о большом навигационном значении СТ.

22. Классификация воздушных масс (а)географическая (арктический, умеренный и тропический воздух, каждая из ВМ бывает континентальной или морской в зависимости от условий образования ); б)по условиям для развития конвекции (устойчивая и неустойчивая).

а) В зависимости от положения очага формирования воздуха в одном из основных термических поясов земного шара и с учетом характера подстилающей поверхности (океан или материк) выделяют следующие типы воздушных масс:

Арктический или антарктический воздух (АВ) - морской (мАВ) и континентальный (кАВ) - находится в северных и южных полярных областях льда и снега;

Воздух умеренных широт (УВ) - морской (мУВ) и континентальный (кУВ) - находится в умеренных широтах;

Тропический воздух (ТВ) - морской (мТВ) и континентальный (кТВ) - находится в областях пассатов северного и южного полушарий;

Экваториальный воздух (ЭВ) - находится у экватора между северными и южными пассатами.

Морской воздух отличается большой влажностью. Она повсеместно составляет около 80%. Кроме того, наблюдаются различия и в температурном режиме. В летнее время в умеренных широтах он будет холоднее континентального, а зимой - теплее.

Арктический и антарктический воздух, из-за преобладания ледяных полей и суши в высоких широтах, редко бывает морским арктическим (мАВ). Не делят на морской и континентальный экваториальным воздух, так как над сушей и над морем он одинаково теплый и влажный из-за огромного количества осадков.

б) Устойчивой называется воздушная масса, в ко­торой нет условий для развития восходящих движений воздуха (конвекции). Вертикальные движения могут воз­никать лишь в виде динамической турбулентности при го­ризонтальном движении воздуха. К такой воздушной мас­се обычно относятся теплые массы.

Неустойчивой называется воздушная масса, в ко­торой есть условия для развития восходящих движений воздуха (конвекции). К неустойчивым обычно относятся холод­ные массы.

23. Ветер – направление и скорость, классификация: слабый, умеренный, сильный, шторм, меняющийся, порывистый, шквал.

Ветер – это горизонтальное (адвективное) перемещение воздуха относительно земной поверхности, характеризуется направлением и скоростью.

Направление задается углом (или румбом δ=22,5 0 ), отсчитываемым от северного направления по часовой стрелке

Величина скорости задается оперением на стрелке (малое перо – 2,5 м/с, большое перо – 5 м/с, зачерненный треугольник – 25 м/с)

По величине скорости ветер различают:

1) < 3 м/с – слабый

2) 4-7 м/с – умеренный

3) 8-14 м/с – сильный

4) 15-19 м/с – очень сильный

5) 20-24 м/с – шторм

6) 25-30 м/с – жестокий шторм, ураган.

7) Меняющийся ветер – за 2 мин направление изменяется более, чем на 1 румб.

8) Порывистый – за 2 минуты ветер меняется на 4 м/с и более.

9) Шквал – кратковременное резкое усиление ветра до 20 м/с и более со значительным изменением направления.

24. Местные ветры: фен, бора, бриз, внутримассовый шквал, тромбы, смерчи, торнадо. Условия для авиации.

Местные ветры - ветры, характерные для определенных районов, связанных с особенностями местной орографии, соседством суша-вода и др.

1.Бриз – это ветер у береговой линии морей и небольших озер, имеющие резкую суточную смену направлений (слой 1-2 км).

Ночной бриз : Дневной бриз :

2.Фён (гармсиль) – теплый, сухой порывистый ветер, дующий с гор в долину.

Особенности:

1. Значительно повышает температуру (на 30 0 за несколько часов) и понижает влажность (до 4-5%).

2. Продолжительность – от нескольких часов до нескольких суток.

3. Вызывает сильную болтанку ВС.

3.Бора – сильный (V> 20 м/с) холодный порывистый ветер, дующий с низких горных хребтов в сторону теплого моря.

4.Шквалы - резкие кратковременные усиления ветра (до 20 м/с). Бывают внутримассовыми (в конвективных Cb) и Фронтальными (в нескольких местах вдоль ХФ 2 рода– линия шквалов).

P.S. Ci - перистые, Cs - перисто-слоистые, Cb – кучево-дождевые, Cu – кучевые,

Ns – слоисто-дождевые, St – слоистые.

Шкваловый ворот (ХФ) - вихрь с горизонтальной осью, возникающий в передней части грозового облака.

5.Тромб (смерч, торнадо) – особые маломасштабные вихри (d=1-100 м, h=1 км, скорость перемещения – 20-30 км/ч, время жизни – 1-10 мин, давление в центре снижено на 10-100 гПа).

Особенности:

1. Возникает в передней части грозового облака и проникает сверху до самой Земли;

2. Наблюдаются в умерен-й и тропич-й широтах в теплой и влажной неустойчиво стратифицированной ВМ;

3. Вращение воздуха вокруг оси как в циклоне с v=70-100 м/с;

4. Предположительно – разновидность грозового шквала;

5. Энергия типичного смерча радиусом 1 км и средней скоростью 70 м/с равна энергии эталонной атомной бомбы в 20 килотонн тротила.

6.Горно-долинные ветры (до 10 м/c) – выражены в теплый сезон, заполняют все сечение долины, вертикальная мощность – средняя высота хребтов.

25. Циклоническая деятельность. Этапы развития циклонов. Образование антициклонов. Условия полетов в разных частях циклонов и антициклонов, в зоне атмосферных фронтов.

Циклон – область пониженного давления, ограниченная замкнутыми изобарами с минимальным давлением в центре.

Антициклон – область повышенного давления, ограниченного замкнутыми изобарами с максимальным давлением в центре.

Согласно барическому закону ветра:

1) В циклоне циркуляция осуществляется против часовой стрелки, в антициклоне – по часовой стрелке.

2) Скорость ветра в циклоне в среднем больше по величине, чем в антициклоне.

НУЖНО ДОДЕЛАТЬ

26. Минимумы погоды.

Минимум погоды – термин, обозначающий предельные погодные условия, при которых разрешается выполнять полеты подготовленному командиру ВС, эксплуатировать ВС и использовать аэродром для вылета и посадки.

Минимум погоды определяется:

Высота нижней границы облаков(высотой принятия решения)

Видимостью(видимостью на ВПП)

P.S. Видимость на ВПП – максимальное расстояние, в пределах которого пилот ВС, находящегося на осевой линии ВПП, может видеть маркировку ее покрытия или огни, ограничивающие ВПП или обозначающие ее осевую линию.

Высота принятия решения – установленная относительная высота, на которой должен быть начат маневр ухода на второй круг в случае, если до достижения этой высоты командиром ВС не был установлен визуальный контакт с ориентирами для продолжения захода на посадку, а также если положение ВС в пространстве или параметры его движения не обеспечивают безопасной посадки.

В минимум погоды входят минимумы:

Аэродрома

Воздушного судна

Командира ВС

Вида авиационных работ

Минимумы аэродрома зависят от географического положения аэродрома и его оборудования системами посадки.

Состоит из минимумов:

1. для взлёта – это минимальные допустимы значения видимости на ВПП и высоты нижней границы облаков, при которых разрешается выполнять взлет на ВС данного типа.
2. для посадки – минимально допустимые значения видимости на ВПП и высоты принятия решения, при которых разрешается выполнять посадку на ВС данного типа.
3. тренировочного для взлета (1)
4. тренировочного для посадки (те же характеристики как и для пункта (2) только для тренировочных полетов.

Минимум воздушного судна обусловлены наличием и качеством специальной навигационной аппаратуры, имеющейся на борту ВС.

Состоит из минимумов:

1. для взлёта – минимально допустимые значения видимости на ВПП, позволяющие безопасно производить взлет на ВС данного типа.
2. для посадки – минимально допустимые значения видимости на ВПП и высоты принятия решений, позволяющие безопасно производить посадку на ВС данного типа.

Минимум командира ВС обусловлены и определяются личной подготовкой летчика.

Состоит из минимумов:

1. для взлёта – минимально допустимое значение видимости на ВПП, при котором командиру разрешается выполнять взлёт на ВС данного типа.
2. для посадки – минимально допустимые значения видимости на ВПП и высоте принятия решений(Высоте нижней границы облаков), при котрых командиру разрешается выполнять посадку на ВС данного типа.
3. для полета по правилам визуального полёта и особым правилам визуального полёта – минимально допустимые значения видимости и высоты нижней границы облаков, при которых командиру разрешается выполнять визуальные полёты на ВС данного типа.

Минимум вида авиационных работ – минимально допустимые значения видимости и высоты нижней границы облаков, при которых разрешается выполнение авиационных работ с применением правил полётов(визуальных или по приборам), установленных для данного вида работ.

1. первая категория (60м) , видимость на ВПП (800м) .
2. вторая категория – высота нижней границы облаков (менее 60м, но не менее 30м) , видимость на ВПП (менее 800м, но не менее 400м) .
3. третья категория – высота нижней границы облаков (менее 30м) , а видимость на ВПП (менее 400м) .

Делится на:

III-A – видимость на ВПП (не менее 200м) .

III-B – видимость на ВПП (не менее 50м) .

III-C – видимость на ВПП (равна 0 метров) .

P.S. При взлёте и посадке учитываются 3 минимума погоды: аэродрома, воздушного судна и командира ВС, из этих трёх выбирается наибольший .

При минимуме аэродрома 100х1000, минимуме ВС 50х500, минимуме командира ВС 80х1500, то этот летчик на этом самолете может сесть на этот аэродром при погоде не хуже чем 100х1500 .

27. Влияние температуры и плотности воздуха на тягу двигателя, потребную скорость, потолок самолета.

Зависимость располагаемой тяги от метеорологических условий определяет их влияние и на другие важные летно-технические характеристики самолета - максимальную скорость полета, скороподъемность, потолок самолета, а также на расход топлива.

Одной из важнейших летно-технических характеристик самолета является его потолок - наибольшая высота, на которую может подняться самолет при определенном режиме полета.

Различают:

Теоретическим потолком называется высота, на которой избыток тяги, и вертикальная скорость равны нулю.

Практическим потолком называется высота, на которой максимальная вертикальная скорость для реактивных самолетов равна 5 м/с, а для поршневых - 0,5 м/с.

Статическим потолком называется наибольшая высота горизонтального полета с постоянной скоростью.

Динамическим потолком называется наибольшая высота, достигаемая за счет использования кинетической энергии самолета, т.е. за счет потери скорости.

На этих высотах уменьшается расход топлива, увеличивается дальность полета. Если потолок самолета позволяет летать выше тропопаузы, то это, кроме указанных выше преимуществ полета вблизи потолка, способствует преодолению зон грозовой деятельности, интенсивной турбулентности, обледенения и других неблагоприятных метеорологических условий, наблюдающихся в тропосфере. Однако, следует иметь в виду, что вблизи потолка ухудшаются аэродинамические качества самолета, так как здесь используются большие углы атаки, потере устойчивости и управляемости. Потолок самолета зависит от физического состояния атмосферы. Он для большинства современных самолетов превышает высоту тропопаузы.

28. Опасные для ГА явления погоды (указать, где формируются указанное явление, и в чем опасность для полетов): Атмосферная турбулентность (термическая, орографическая, динамическая) и болтанка ВС. Турбулентность ясного неба (где наблюдается?). Сдвиги ветра и их влияние на взлет и посадку ВС. При каком значении сдвига ветра взлет и посадка запрещены? Обледенение ВС, методы борьбы. При какой скорости нарастания льда на несущих поверхностях ВС обледенение считается сильным? Грозовая деятельность. Классификация гроз, шквал. Статическое электричество.

Турбулентность

· Возникает при грозах, на АФ, при вертикальном сдвиге ветра ∆v/∆h (при радиационных, адвективных и орографических инверсиях), в зонах СТ при ясном небе (ТЯН на циклонической периферии), в горной местности (орографическая болтанка), в кучевых облаках, в неустойчивых ВМ.

· Вызывает перегрузки (отношение подъемной силы к силе тяжести), ухудшает управляемость ВС

По условиям образования различают:

1) Термическая турбулентность (неуст ВМ)

2) Динамическая турбулентность:

На приземных АФ при горизонтальных градиентах Т более 2 С на 100 км, горизонтальных градиентах скорости ветра - более 20 км/ч на 100 км,

Облачность

Вблизи главных (климатологических) фронтов (ПВФЗ, СТ), чаще это ТЯН, cиноптические ситуации со значительной сходимостью или расходимостью изогипс

3) Механическая (орографическая) турбулентность:

· (в результате трения воздуха о подстилающую поверхность), на наветренной стороне часто – сдвиг ветра, на подветренной – «ротор»),

· При устойчивой стратификации и v>10 м/с, возрастающей с высотой – горные волны с длиной волны 5-50 км, h=(3-4) Hхр, при высокой влажности – чечевицеобразные облака.

Размеры и повторяемость зон турбулентности

85-90% случаев: Δz <1000 м,

(В умеренных широтах Δz <500 м, Δl ~40 км 80%

Т/о вероятность попадания в болтанку при смене эшелона выше, чем при горизонтальном полете.

В тропосфере: наибольшая повторяемость турбулентности в слое 0-2 км (термическая и механическая турбу-лентность) и в слое 8-12 км (динамическая).

Интенсивность болтанки

Слабая - Δn < + 0,5 g на эшелоне

и Δn < + 0,3 g на глиссаде снижения

Умеренная - Δn < (0,5-1) g на эшелоне

и Δn < (0,3-0,4) g на глиссаде снижения

Сильная - Δn > 1 g на эшелоне

и Δn > 0,4 g на глиссаде снижения

Электризация

Поражение ВС э/ст разрядами происходит в Cb, Ns, Sc, St – при Е>10 6 В/м

Часты в зоне ХФ 1 рода, в Cb, не достигших стадии грозового облака;

Слабая электризация в Сi, St (ТФ, ХФ).

Возникновение радиопомех

Рыскание стрелок радиокомпасов,

Отказы бортовых радиолокаторов, антенн,

Повреждение обшивки

Аэрологические наблюдения помогли изучить многие особенности ураганных ветров на высотах – струйных течений в атмосфере.

На ежедневных картах барической топографии в средней и верхней тропосфере, как и в нижней стратосфере, обнаруживаются переходные зоны между высокими холодными циклонами и тёплыми антициклонами. Это уже знакомые нам фронтальные зоны. Высотные фронтальные зоны окаймляют земной шар в обоих полушариях.

К числу основных характеристик высотных фронтальных зон относят градиенты температуры, влажности, давления и ветра. Во фронтальных зонах очень часто скорости ветра на высотах превышают 30 м/с (108 км/ч).

Своё название струйные течения получили в 1940-х гг. Они представляют собой сильные воздушные течения (струи) в середине воздушных потоков, имеющих малые скорости. Они быстро перемещаются вместе с высотными фронтальными зонами, усиливаясь или ослабевая.

Струйное течение (по определению Аэрологической комиссии ВМО) – сильный узкий поток с квазигоризонтальной осью, расположенной в верхней тропосфере или стратосфере, и характеризующийся большими горизонтальными и вертикальными изменениями градиента скорости ветра с наличием одного или нескольких максимумов скорости ветра.

Длина струйного течения – порядка тысяч километров, ширина – сотен километров, вертикальная мощность – несколько километров. От оси струйного течения к его периферии скорости ветра быстро уменьшаются. Максимальные скорости ветра на оси могут достигать 50–100 м/с, за нижний предел условно принимается 30м/с. Изменение градиента скорости ветра называется сдвигом ветра . Сдвиг ветра в зоне струйных течений достигает больших величин, как в горизонтальном (10 м/с и более на 100 км), так и в вертикальном направлении (около 5–10 м/с на 1 км).

Струйные течения характерны для всех районов земного шара. По высоте расположения их делят на тропосферные и стратосферные.

Тропосферное струйное течение – перенос воздуха в виде узкого течения с большими скоростями ветра в верхней тропосфере или нижней стратосфере, с осью вблизи тропопаузы; в полярных широтах – также и на более низких уровнях.

Тропосферные струйные течения делятся на:

Струйные течения умеренных широт (полярно-фронтовые),

Субтропические струйные течения,

Арктические струйные течения.

Тропосферные струйные течения характеризуются западным направлением ветров в течение года.

Струйные течения умеренных широт возникают между высокими антициклонами и циклонами (рисунок 67). Они являются наиболее подвижными, а по интенсивности наиболее изменчивы. Высота оси струи располагается чаще всего на уровне 7–10 км зимой и 8–10 км летом. Максимальные скорости на оси изменяются в широких пределах в зависимости от контрастов температуры в высотных фронтальных зонах. Средние мах скорости ветра обычно равны 40–50 м/с, иногда превышают 80–100 м/с.

Рисунок 67 – Струйное течение умеренных широт

Субтропические струйные течения в Северном полушарии формируются на северной периферии высоких субтропических антициклонов. Они менее подвижны. Высота оси течения 12–14 км. Средний максимум скорости ветра зимой превышают 50–60 м/с, летом – 30–40 м/с. Зимой течения смещаются в сторону тропиков и находятся над широтами 25–35°. Летом она (зона течений) смещена к северу над океанами на 50–10°, над материками – на 10–15°. Струйные течения особенно интенсивны у восточных берегов Азии и Северной Америки и относительно слабее выражены над восточными районами Атлантики и Тихого океана.

Стратосферные струйные течения – струйные течения с осью выше тропопаузы. Такие течения наблюдаются на всех широтах. Среди них различают:

ü струйное течение на краю полярной ночи. Западное течение в верхней стратосфере и мезосфере планетарного характера, возникает зимой вблизи полярного круга, в зоне больших меридиональных градиентов температуры между приполюсной областью, где господствует полярная ночь, и более низкими широтами, где наблюдается суточная смена дня и ночи. Ось его расположена на высоте около 60 км.

ü летнее стратосферное струйное течение. Восточное струйное течение планетарного характера в стратосфере, оно возникает на обращённой к экватору периферии летнего стратосферного антициклона, ось его расположена в среднем на широте 45° и высоте около 60 км, средняя скорость ветра на оси около 50 м/с.

ü экваториальное струйное течение. Восточное струйное течение в стратосфере вблизи экватора (не далее, чем под 15–20° широты), его ось расположена на высоте около 20–30 км, максимум скорости ветра 50 м/с. Режим его неустойчив.

Струйные течения обычно изображают на вертикальных разрезах атмосферы. На них наносятся изотахи (линии равных скоростей ветра), изотермы, атмосферные фронты, тропопауза.

Струйные течения играют важную роль в режиме атмсферной циркуляции. Они – главные артерии атмосферы. Знание их особенностей важно для авиации, особенно для безопасности полётов.

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.

Воздушные потоки могут спровоцировать разрушительные погодные аномалии

Существуют такие погодные аномалии, которые предсказать заранее невозможно, например, из-за недостатка знаний о некоторых явлениях в атмосфере Земли. Европейская жара в 2003 году, засуха в Калифорнии в 2014-м, суперураган Сэнди в 2012-м – все эти катастрофические события, унёсшие немало человеческих жизней, были спровоцированы феноменом блокировки струйных течений. Но до сих пор учёные не могли найти убедительный способ объяснить происходящее.

Струйные течения впервые были обнаружены метеорологом Чикагского университета Карлом Россби в первой половине двадцатого века. Под этим термином понимаются узкие потоки сильного ветра (в среднем 45-50 метров в секунду) в верхней тропосфере и нижней стратосфере, имеющие довольно сложную структуру в горизонтальном и вертикальном направлениях. Практически одновременно с открытием струйных течений стало известно, что они могут весьма резко "тормозить".

И вот, наконец, геофизик Нобору Накамура (Noboru Nakamura) и его аспирантка Клэр Хуан (Clare Huang) связали события в единое целое. Интересно, что решением задачи стала математическая модель, описывающая своего рода образование автомобильной пробки на высокоскоростном многополосном шоссе.

Одной из проблем в описании процесса "торможения" стал подбор параметров, которые наиболее точно характеризовали бы движение воздушных масс. Авторам новой работы пришлось добавить несколько не использовавшихся ранее параметров, в частности, меандр, то есть степень извилистости струйного течения. (Подобная характеристика обычно используется при описании русла реки.)

Возвращаясь к аналогии с дорожным трафиком, исследователи обнаружили у струйного течения пропускную способность воздушных масс. Очевидно, что, когда пороговое значение этого показателя превышается, скорость потока снижается. Аналогичный эффект возникает при слиянии нескольких воздушных "магистралей".

В пресс-релизе университета учёные отмечают, что их неожиданно простая модель не только объясняет блокировку струйных течений, но и даёт долгожданную возможность её предсказать. Более того, речь идёт как о краткосрочном прогнозировании погоды, так и о моделях долгосрочного поведения воздушных масс в регионах, которые подвержены частым засухам или наводнениям.

"Это один из самых неожиданных моментов просветления в моей карьере учёного – поистине, дар от Бога, – говорит Накамура. – Очень сложно что-то прогнозировать, пока вы не поймёте, почему это происходит. Вот почему наша модель должна быть чрезвычайно полезна".

Немаловажно, что новая модель, в отличие от большинства современных климатических расчётов, оказалась проста с точки зрения вычислений. При этом авторы отмечают, что при её использовании стоит максимально внимательно отнестись к метеорологическим особенностям конкретного региона. В частности, в Тихом океане "воздушные пробки" могут рассасываться десятилетиями.

Более подробно с достижениями чикагских геофизиков можно познакомиться, прочитав их статью, опубликованную в издании Science.

Описание других важных открытий и исследований в области метеорологии и прочих климатических наук можно найти в соответствующем разделе проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru).

Интересно, почему отечественные климатологи и метеорологи всячески избегают упоминания волн Россби и Джет Стрима, как одного из определяющих факторов погодной кухни!?

Как видите, весеннее тепло в Центральной России, сопровождалось аномально холодной штормовой погодой в Европе. И объяснение этому, нехарактерное для сезона положение высотных струйных течений. Зато позже атмосферная ситуация изменилась в обратную сторону, в Европу пришло тепло, зато в Центральную Россию пошел заток арктического воздуха, принесший осадки и пониженную температуру. Вот как это выглядело:

Температурная карта конца мая.

Струйное течение в высоких слоях атмосферы. Вы видите, как его волны соответствуют затоку арктических масс.

Струйные течения в средних слоях атмосферы. Хорошо видно зарождение циклонов и антициклонов в изгибах джет стрима - в зависимости от их направления, по часовой или против часовой стрелке.

Будем надеяться, что анонсированная новым главой Минприроды реформа, улучшит качество прогнозов и приведет к более современным методам.

Минприроды предложило ликвидировать Росгидромет

Минприроды выступило с инициативой распустить Федеральную службу по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет). На ее основе планируется создать отдельную госкомпанию. Об этом сообщил глава ведомства Сергей Донской, передает «Интерфакс».

"В качестве приоритетной мы рассматриваем задачу по реформированию системы Росгидромета и создания на его базе соответствующей государственной компании", - заявил он.

Ранее глава Росгидромета Максим Яковенко сообщил агентству, что служба внесла в правительство РФ предложение о слиянии метеорологических служб России в единую госкорпорацию.

Он напомнил, что Росгидромет управляет разветвленной структурой подведомственных учреждений, которых у ведомства около 50 по всей России, пояснив, что в целом ряде регионов их работа приносит убытки, но в каких-то может приносить прибыль.

Конечно, формально заявленные причины оптимизации имеют место, но мы помним, какой скандал с последующим выходом на пенсию главы Росгидромета последовал за смертельным штормом в Москве, который метеорологи прозевали самым печальным образом.

Климат меняется по всей планете, и служба его мониторинга получает такое же важное значение, как и МЧС, в предупреждении последствий погодных аномалий. Государство не может позволить себе содержать неэффективное ведомство, пользующееся старинными методами предсказания погоды, что негативно сказывается на народном хозяйстве и приводит к серьезным разрушениям и смертям жителей России.