Глава 7 Местные ветры

Земля — это планета с огромными водными пространствами, окутанная атмосферой. На ней происходят многие процессы с очень мощной энергетикой от землетрясений, приливов и отливов до тропических ураганов. Мы, люди, только слабые зрители на этом грандиозном спектакле и не можем повлиять даже на обычные погодные явления.

Но в небе достаточно мелких по масштабам пространств, где модели потоков отличаются своей периодичностью и постоянством. К счастью, для пилотов-парителей эти мелкомасштабные циркуляции хорошо изучены и позволяют совершать длительные полеты. Мы называем эти потоки воздуха местными ветрами. Такое название принято в связи с тем, что они возникают от теплового и барического дисбалансов на полосе 30 км и менее. Это микрометеорология.

Отметим, что местные погодные условия хорошо изучены и понятны пилотам, потому что они наблюдают их годами в различные сезоны и при различных метеорологических процессах. Они будут объектом изучения в этой главе: причины возникновения, как их предсказать, как избежать возможных опасностей и использовать для высоких и приятных полетов.

ПРОГРЕВ И ЦИРКУЛЯЦИЯ

Главная движущая сила большинства местных эффектов — это различный прогрев. Это предполагает, что в солнечные дни одна площадь прогревается сильнее, чем соседняя. В главе 1 мы обратили внимание на то, как различные части земной поверхности прогреваются в соответствии с направлением солнечного излучения и тем, как они поглощают или отражают тепло. Основываясь на этом, мы будем разбираться, как работает местная циркуляция. Эта модель очень важна пилотам-спортсменам для определения воздействия ветра и парящих условий.

На рисунке 119 показано, что происходит с воздухом над теплым и холодным участками земной поверхности. Сначала рассмотрим случай с одинаковой температурой на большой территории. Над этой поверхностью изображены линии давления на различных высотах или изобары. Они представляют собой прямые линии, потому что давление воздуха в горизонтальном направлении ведет себя так же, как и температура.

Рис. 119. Влияние прогрева на давление

Когда начинается солнечный прогрев, участки поверхности, которые более склонны к прогреву, повышают свою температуру и нагревают воздух над собой. Более теплый воздух расширяется и изобары становятся не прямыми, а изгибающимися вверх, как показано на рисунке 119 внизу. Помните, что давление на высоте зависит от того, насколько сильно оно изменилось внизу. Так что, когда нагревающийся воздух расширяется в вертикальном направлении, то все изобары поднимаются на большую высоту, за исключением давления на поверхности.

На рисунке 119 внизу показано, что на одной и той же высоте давление в теплом воздухе выше, чем в холодном. В результате этого поток наверху начинает двигаться в сторону более холодных поверхностей, как показано стрелочкой на рисунке 120.

Рис. 120. Возникновение циркуляции из-за прогрева

Этот процесс приводит к тому, что давление над теплой поверхностью уменьшается. Через некоторое время количество воздуха над холодной поверхностью, а значит, и давление возрастет и возникнет обратное течение с холодной поверхности в сторону теплой. В результате возникает циркуляция воздуха, как показано на рисунке 120 внизу. Она существует так долго, пока продолжается солнечный прогрев. Подобный процесс можно получить у себя в квартире: закройте в ванной дверь и примите душ, после чего, открыв дверь, вы ногами почувствуете, как в ванную затекает холодный воздух, а поднятыми руками — вытекающий теплый.

Этот механизм циркуляции является причиной морских бризов, ветров на склонах и других местных ветров. Ночью, когда все остывает, тоже имеет место подобный процесс: ветер у поверхности дует с участков, которые охлаждаются быстрее. Хотелось бы также отметить, что во время сильной дневной термичности циркуляция воздуха от неравномерного прогрева может затормозиться или прекратиться вообще.

Сформулируем очень важный итог — результат вышеприведенных рассуждений: У поверхности циркуляция связана с прогревом. Воздух перемещается от холодных участков к теплым; Теплый воздух поднимается, а холодный опускается.

МОРСКИЕ БРИЗЫ

Одним из самых очевидных мест, где граничат друг с другом холодная и теплая поверхности, является побережье, где постоянно дуют морские и береговые бризы. Это классический пример циркуляции от неравномерного прогрева двух граничащих участков поверхности.

Как мы знаем, прогрев земной поверхности зависит от ее структуры и состава. В любом случае днем она всегда теплее, чем вода (за исключением, конечно, земли, покрытой снегом). Поверхность моря нагревается очень мало, причем, большое количество тепла расходуется на испарение, солнечные лучи проникают вглубь, распределяя тепло вниз. Поэтому море в течение дня остается более холодным, чем земля.

Типичная ситуация с морским бризом днем и береговым ночью показана на рисунке 121.

Рис. 121. Морской и береговой бризы

Первые дуновения морского бриза появляются утром, как только солнечные лучи начинают нагревать землю. Несколько позднее он обычно окончательно устанавливается и усиливается до середины второй половины дня, когда прогрев максимален. В течение дня, благодаря эффекту Кориолиса, направление морского бриза может измениться, довернув вправо в северном полушарии и влево в южном (вплоть до ветра вдоль береговой линии).

Рисунок 122 иллюстрирует типичное изменение направления морского бриза за день.

Рис. 122. Изменение бриза в течение дня

МОРСКОЙ БРИЗ И ОСНОВНОЙ ВЕТЕР

Бриз с озера или морской бриз может возникать около любого водного пространства: от маленького озера до океана. Сила его меняется в зависимости от разницы температур суши и воды, а также от размеров водной поверхности. Бризы очень сильно зависят от господствующих в данном районе основных ветров. Основной ветер, возникающий от взаимодействия крупномасштабных барических систем, может очень неожиданно повлиять на морской бриз. Долго не раздумывая, мы предполагаем, что основной ветер, дующий с суши на море, мешает или совсем прекращает процесс формирования морского бриза, но это не совсем верно при ветрах до ~24 км/ч. Если, например, дует легкий ветер в сторону моря, он у поверхности будет тормозить зарождающуюся циркуляцию, но в то же время помогать ей наверху, что, в конечном итоге, все-таки приведет к образованию морского бриза. Сильный неравномерный прогрев возле моря создает барическую систему, которая индуцируют у земли воздушный поток, противоположный ветру.

Если мы представим, что ветер дует с моря, то на первый взгляд кажется, что он должен способствовать и усиливать морской бриз, но фактически это выглядит несколько иначе. Ветер с моря приносит на сушу холодные воздушные массы, которые являются стабильными, что снижает утренний прогрев и к тому же препятствует потоку в сторону моря наверху.

Полнее понять влияние основного ветра на морской бриз мы сможем, посмотрев на рис. 123.

Рис. 123. Конвергенция вдоль берега

Основной ветер направлен под углом к побережью, а над водой образуется зона конвергенции. Конвергенция значит "двигаться вместе". В данной ситуации рассмотрим смысл этого движения. Воздух движется у поверхности над землей медленнее из-за трения, и поэтому поток пересекает изобары, как объяснено в главе 4. Над водой сопротивление меньше и направление ветра ближе к основному, который следует изобарам на высоте. Следовательно, над землей у поверхности направление ветра отклоняется влево на некоторый угол от направления основного ветра на высоте и от направления ветра у поверхности над водой (в северном полушарии). В южном полушарии это отклонение вправо. Такой ветер над водой и землей движется вместе (конвергенция), как показано на рисунке. В дополнение, соединяясь, поток поворачивает в сторону более медленного потока над землей.

В результате конвергенции случается одна из двух (или обе) вещей: 1) если условия стабильные, ветер увеличивает силу; 2) если воздух нейтрально-стабилен или нестабилен, он может подниматься вверх. В этом случае над побережьем формируется полоса облаков.

В рассмотренном случае морской бриз невозможен, потому что нет потока воздуха с суши на море.

Обратная ситуация показана на рисунке 124.

Рис. 124. Дивергенция вдоль берега

Здесь для каждого полушария изображен береговой бриз. Различия в направлении и скорости потоков над сушей и водой приводят к разделению или дивергенции воздуха над береговой линией, в этом случае наблюдается эффект замедления. Этот процесс имеет тенденцию поддерживать формирование морского бриза. И действительно, морской бриз наиболее вероятен, когда основной ветер дует с суши в направлении, показанном на рисунке.

Когда основной ветер по направлению такой, как показано в четвертях 2 и 3 рисунка 125, появляется возможность изменения направления и скорости ветра над землей.

ПРЕДСКАЗАНИЕ МОРСКОГО БРИЗА

В связи с тем, что большое количество мест полетов находится возле водных пространств, пилотам необходимо уметь заранее предсказывать возникновение морского бриза. Как показано на рисунке 125, направление основного ветра является ключом к этому предсказанию.

Рис. 125. К прогнозированию морского бриза

Что же происходит, когда основной ветер дует из различных четвертей относительно побережья?

Предлагаем следующие рекомендации по прогнозированию морского бриза:

1 четверть северное полушарие (2 южное)

В этом случае дивергенция способствует формированию морских бризов, которые могут распространяться далеко в глубь суши. Вначале ветер с берега, затем штиль, потом между восходом и полуднем ветер поворачивает на берег и над сушей усиливается.

2 четверть северное полушарие (1 южное)

Образованию морского бриза препятствует слабая конвергенция над береговой линией. Однако, направленный в сторону моря поток на высоте помогает установлению морского бриза в нескольких милях от берега в море, и в конце концов при увеличении прогрева к середине дня смещается к берегу. В этом случае морской бриз не так силен как в предыдущем.

3 четверть северное полушарие (4 южное)

Когда основной ветер дует на берег, мы никогда не имеем чистого морского бриза из-за противодействия наверху. Но в данном случае ветер с моря — следствие барической системы низкого давления над землей (помните, ветер в северном полушарии дует против часовой стрелки вокруг систем низкого давления). Прогрев суши возле побережья увеличивает градиент давления, и основной ветер усиливается. Это усиление может быть 18–35 км/час в более теплых районах как, например, юго-запад США или средиземноморское побережье.

4 четверть северное полушарие (3 южное)

Когда дует такой ветер, он не является морским бризом в чистом виде. Однако, так как в основном причиной такого ветра является барическая система высокого давления на суше, прогрев побережья несколько снижает давление и уменьшает скорость основного ветра. Если, например, высокое давление и основной ветер держатся длительное время, то дневные прогревы могут привести к возникновению морского бриза позднее, через день или несколько. Этот начавшийся позже над сушей бриз сильным не будет. Когда основной ветер перпендикулярен или параллелен береговой линии то комбинируются эффекты двух четвертей.

СИЛА МОРСКОГО БРИЗА, ОХВАТЫВАЕМАЯ ТЕРРИТОРИЯ И СЕЗОННОСТЬ

Кроме влияния фактора направления основного ветра, сила морского бриза очень сильно зависит от разности температур между водой и сушей. Когда побережье является пустыней как, например, в Австралии, на юго-западном побережье Америки и вокруг Средиземного моря, морские бризы могут достигать 35 км/ч и более. На более зеленых площадях в основном 18–25 км/ч.

Региональные различия морского бриза объясняются сезонными температурами воды. Например, на востоке США и в Европе температура воды поздней весной и ранним летом наиболее сильно отличается от температуры земли, и именно в это время здесь дуют самые сильные морские бризы. Эти районы подвержены частым изменениям основного ветра, и в соответствии с этим меняются бризы.

В районах, где побережье является пустыней, пик прогрева суши приходится на середину лета и соответственно сила морского бриза максимальна летом и ранней осенью. Примером этому являются Австралия и юго-западное побережье США. На тихоокеанском побережье Северной Америки также господствуют сильные морские бризы, объясняется это тем, что здесь рекордная разница температур между побережьем-пустыней и холодными водами Тихого океана. Ориентация береговой линии не имеет значения для формирования морского бриза, чего не скажешь о наличии барической системы, так как она определяет ориентацию основного ветра.

Циклон на юго-западе США приводит к возникновению самого сильного морского бриза вдоль всего Тихоокеанского побережья. Циклон на востоке США приносит облака и дожди. Бермудский антициклон, несущий юго-западные ветры вдоль Атлантического побережья является причиной лучшего морского бриза.

Циклон над Австралией не оправдывает надежд на бриз, в то же время циклон над Европой или антициклон над Северной Африкой создают лучшие Средиземноморские морские бризы.

Территория на суше, которую охватывает морской бриз, зависит от того, как рано он сформировался и насколько силен. Нет ничего удивительного, если морской бриз распространяется на 32–48 км вглубь суши на более влажных территориях. В пустынных районах зафиксированы случаи распространения ветра с моря на сушу до 400 км, но в данном случае вызывает сомнения, что это было: морской бриз или основной ветер.

Для пилотов важно знать: насколько сильны и как глубоко распространяются морские бризы в данном районе. Если в вашем районе горная гряда вытянулась вдоль побережья, то можно ожидать усиление морского бриза, за исключением ситуации, когда в гряде проходы, ущелья, пропускающие холодный воздух с моря дальше.

ЭФФЕКТЫ МОРСКОГО БРИЗА

Как правило морской бриз стабилен. Это происходит потому, что с удалением от берега воздух снижается, градиент становится более ровным или стабильным, как показано на рисунке 126.

Рис. 126. Фронт морского бриза

Мы разбирали стабильность снижающегося воздуха в главе 3. Холодный воздух, двигаясь над горячей поверхностью, нагревается, но не готов к формированию термиков. Любая конвекция, образующаяся в воздушной массе морского бриза обычно малая и короткоживущая. Фотографии с космических спутников иногда показывают этот процесс. В солнечные дни на полуострове Флорида мы можем наблюдать над побережьем 20-ти мильный пояс ясного неба, что говорит о стабильном воздухе, в то время, как дальше, вглубь суши, сплошная кучевая облачность, то есть день не стабильный.

Мы так много говорили о стабильности воздуха в морском бризе, что может сложиться впечатление о невозможности парящих полетов на побережье. Однако, это не совсем так. Натекая на возвышенность или хребет на побережье, морской бриз создает устойчивый, ровный восходящий поток.

Другой важной особенностью морского бриза является наличие восходящих потоков конвергенции. Морской бриз стабилен, воздушный поток стремится обтекать возвышенности по сторонам, а не над вершиной. Это приводит к тому, что на подветренной стороне возвышенности два потока встречаются и поднимаются вверх. Мы будем изучать восходящие потоки конвергенции в следующей главе, но сейчас хотелось бы отметить, что они достаточно часто встречаются в прибрежных районах Тихоокеанского северо-запада.

Хорошо известен этот эффект морского бриза в горах, недалеко от Лос-Анжелоса, где морские бризы обтекают с двух сторон горы Santa Monica и Santa Ana, как показано на рис. 159, за ними возникают восходящие потоки конвергенции. Иногда потоки встречаются негармонично, что приводит к возникновению неравномерности общего потока.

Морской бриз является источником и третьего вида восходящих потоков — это фронт морского бриза.

Рис. 159. Конвергенция в горах возле моря

ФРОНТ МОРСКОГО БРИЗА

Когда настоящий морской бриз вторгается на сушу, он постоянно противостоит бризу материковому. Холодный морской воздух заходит под теплую береговую массу воздуха и вытесняет ее вверх. В результате передняя кромка морского бриза представляет собой холодный фронт в миниатюре, который называют фронтом морского бриза.

На рисунке 126 мы можем видеть некоторые важные особенности фронта морского бриза. Во-первых, отметим, что площадь восходящего потока мала. Этот поток может быть довольно сильным, но в очень узком поясе 100 м и менее. Его сопровождают смерчи. Встречаются сильные нисходящие потоки в теплом воздухе невдалеке от восходящего потока. В районе фронта морского бриза возникают кучевые облака, которые распадаются по мере перемещения в сторону моря. Они могут в воздушной массе морского бриза самостоятельно создавать небольшие восходящие потоки.

В полосе фронта большие кучевые облака могут образовываться только при достаточной влажности теплых воздушных масс над сушей. В этом случае облако может перерости даже в грозовое. Если воздух относительно сухой, то на небе могут возникать только мелкие белые облака, либо небо вообще будет ясным.

Размещение фронта морского бриза и образование восходящего потока — это основной процесс, определяющий явления и положение облаков в теплом воздухе перед фронтом. Автор этой книги пролетал мили на западном побережье Франции, следуя вдоль фронта морского бриза, под фронтальными облаками. Часто морской воздух несет с собой пыль, дым и дымку, которые медленно растворяются. В результате переднюю кромку фронта можно определить как начало более мутного воздуха. Так фронт морского бриза вблизи Лос-Анжелеса часто называют дымным фронтом.

Когда морской воздух чистый и прозрачный местоположение и движение фронта морского бриза можно определить по турбулентности перед ним. В основном скорость продвижения фронта вглубь суши невысока — 10 км/час и менее, понятно, что с такой же скоростью перемещается и полоса восходящего потока перед фронтом. Он может двигаться быстрее — 30 км/час и более, может пульсировать, продвигаясь вперед как бы прыжками. Пульсации связаны с неравномерностью основного воздуха, который воздействуя на стабильную массу морского воздуха, приводит к его колебанию, как желе.

Высота фронта морского бриза и восходящего потока перед ним очень различна, но в основном около 1000 м. Вверху воздушный поток движется с суши в сторону моря, собственно высотой конвекции и ограничивается морской бриз. Мы можем использовать этот факт для предсказания наличия и силы морского бриза.

В основном при уровне конвекции до 1000 м морской бриз будет слабым в лучшем случае; от 1000 до 2000 м — условия идеальные для возникновения фронта морского бриза с хорошими восходящими потоками и глубоким проникновением на сушу; более 2000 м — также будет поддерживаться сильный морской бриз, но могут развиваться грозовые облака. Фронт развивается только, когда образовался настоящий морской бриз и основной ветер из 1 и 2 четвертей (рис. 125) для обоих полушарий.

СЛОЖНАЯ ФОРМА БЕРЕГОВОЙ ЛИНИИ

Земная поверхность исключительно редко имеет такие ровные, прямолинейные формы, какие изображены на рисунках в этой книге. Неровная поверхность, полуострова, заливы, небольшие бухты и различные острова — вот элементы, присущие береговой линии в реальности. Эти элементы побережья оказывают каждый свое влияние на морской бриз. В начале морской бриз будет дуть перпендикулярно береговой линии в каждой ее точке, как показано на рисунке 127. Однако, с течением времени воздушный поток станет укрупненным, более общим.

Рис. 127. Морской бриз на берегу сложной формы

На выступах суши, таких, как длинная коса, может возникать морской бриз с обоих сторон, что приводит к встрече двух ветров и возникновения восходящих потоков конвергенции над косой. В заливах наблюдается тенденция установления легкого морского бриза по всему периметру.

Морской бриз, дующий в залив, может быть очень сильным, если вход в залив узкий. Поток сужается и ускоряется и даже может на входе возникнуть восходящий поток, например, подобная модель действует в заливе Сан-Франциско.

ОСТРОВНЫЕ ЭФФЕКТЫ

Острова, которые находятся вблизи больших земных массивов, такие как Long Island, New York, Vancouver Island, Isle of Wight на юге Англии создают морской бриз, дующий со всех направлений. Однако, общий морской бриз, дующий на сушу вскоре пересиливает островной ветер и приспосабливает его под основной воздушный поток.

На изолированных островах вначале возникает морской бриз и дует со всех сторон, но если остров мал, он быстро охлаждается морским воздухом. Поэтому на мелких островах морской бриз будет чередоваться со штилем. На более крупном острове, особенно если он с возвышенностью, возникает комбинация морского бриза с присклонными ветрами, что приводит к образованию кучевого облака в виде шапки над горой.

Острова очень характерно изменяют ветровую модель возле себя, примерно так, как показано на рисунке 128. Здесь мы видим, что за счет увеличения трения над поверхностью острова поток отклоняется и пересекает изобары под большим углом, чем над водой. Это изменение ветра по направлению и скорости приводит к усилению ветра вдоль левого берега острова (по ветру) из-за конвергенции потоков с острова и над морем (северное полушарие).

Рис. 128. Влияние острова на ветер

БЕРЕГОВЫЕ БРИЗЫ

Береговой бриз — это циркуляция обратная морскому. Обычно суша охлаждается до температуры ниже, чем вода, через пару часов после захода солнца, и в это время начинает формироваться береговой бриз. Он слабый — 5–8 км/час и неглубокий, без прогрева и, значит, без вертикального движения.

Поверхность, которая хорошо прогревается днем, также быстро и остывает. Поэтому береговой бриз и другие формы обратных потоков действуют аналогично дневным циркуляциям, но в противоположном направлении.

Пилоты в основном не используют береговой бриз, так как не всякий решится на ночные полеты, но мы должны сознавать, что береговой бриз может возникнуть внезапно и сравнительно рано, это нормально, если вблизи береговой линии находятся горы. В этом случае еще до захода солнца ветер вниз со склона помогает формированию берегового бриза. Также при основном ветре на берег береговой бриз склонен затекать под него. Поэтому, летая вечером вдоль побережья, мы можем встретить турбулентность в нижнем слое воздуха (около 100 м).

ТЕПЛОВЫЕ ФРОНТЫ

Морской бриз и фронт морского бриза — это важная модель, имеющая отношение к местному прогреву. Любое место, где поверхность нагревается или охлаждается сильнее, чем соседние, является кандидатом на циркуляцию. Например, сплошная облачность или дым закрывают землю в данном месте от солнечных лучей, следовательно, она холоднее, чем соседние участки, а, значит, аналогично границе море-суша здесь возникает у поверхности воздушный поток, направленный от холодного к теплому участку. Если основной ветер слабый и направлен против этого потока, то получается тепловой фронт, как показано на рисунке 129. Парящие условия в нем примерно такие же, как во фронте берегового бриза. Дым, который собирается в районе Лос-Анжелеса, двигается вглубь суши с бризом и усиливает фронт морского бриза.

Рис. 129. Теплый фронт при сплошной облачности

Местное название этого теплового фронта — "дымный фронт". Дымные фронты могут возникать в индустриальных районах вблизи больших площадей, закрытых от солнечных лучей.

Фронты и ветры, связанные с большими массивами сплошных облаков или дыма, будут двигаться вместе с ними, с верховым ветром. Часто такие, несущие тень образования, двигаются настолько быстро, что не успевают создать сильную циркуляцию или фронт, но они сообщают об изменении направления или силы ветра, как рассказано в главе 5.

Вода часто имеет участки с различной температурой, например, из-за впадающих ручьев, рек, из-за течений теплых или холодных. В таком случае температурное различие может привести к местным ветрам, основанным на рассмотренном выше принципе циркуляции. Хороший пример этому побережье Сан-Франциско, где относительно теплый залив и холодный Тихий океан.

Очень важная модель, в смысле условий для парения, — тепловой фронт, формирующийся возле плоскогорий. Как показано на рисунке 130, само плато в течение дня прогревается сильнее. Воздух над ним нагревается быстрее и становится более теплым, чем воздух на той же высоте, но над низиной. В результате маленький фронт с конвергенцией и восходящим потоком.

Рис. 130. Тепловой фронт на плато

Примером данной модели могут быть плоскогорья западной Америки и центральный массив Франции. На рисунке показан такой восходящий поток возле кромки плато с ветром, дующим в гору, несмотря на обратный основной ветер.

Со временем такие фронтальные зоны имеют тенденцию двигаться от кромки вглубь плато и бывают различны по глубине проникновения. Однако кучевые облака часто указывают местонахождение фронта и этим помогают пилотам. Надо отметить, что бризы вверх по склону и термичность могут дополняться эффектами теплового фронта и их бывает трудно разделить и различить.

С ЛЕСА НА ПОЛЕ

Крупные лесные массивы остаются значительно холоднее в течении дня, чем граничащие с ними поля. Смысл этого в том, что большая часть солнечной энергии тратится на испарение влаги с листьев, площадь которых огромна. В результате, в дневное время возникает циркуляция с более холодного леса в сторону поля, как показано на рисунке 131.

Рис. 131. Циркуляция возле поля и леса

Мы можем надеяться на восходящие потоки над полем, особенно, если оно находится вблизи лесных массивов и тогда, как показано на рисунке, присутствует конвергенция, слияние двух потоков воздуха. Данная циркуляция не способствует формированию фронтов и слаба, часто очень слаба для поддержания парящих полетов.

Вечером лес медленнее остывает, чем открытые поля, и поэтому возникают потоки обратного направления, как показано на рисунке 131 внизу. В конце жаркого дня лес может создать восходящие потоки теплого воздуха, способные обеспечить парящий полет.

ВЕТРЫ ВВЕРХ ПО СКЛОНУ

Любой турист, путешествовавший в горах и любовавшийся видами, открывавшимися сверху, встречался с бризами на склон. Эти бризы хорошо знакомы пилотам, они дуют на любом склоне в течении дня так долго, пока их не подавит основной ветер.

Возникновение бриза на склон зависит от солнечного тепла, нагревающего склон, и температуры лежащего над ним воздуха. Процесс его образования аналогичен образованию морского бриза: воздух нагревается, расширяется, давление меняется, возникает циркуляция, как на рисунке 132. Ветер на склон чаще начинается у вершины ранним утром со слабых дуновений. У склонов, ориентированных на восток, юго-восток, бриз возникает раньше. Западные и северные могут не иметь ветра на склон до позднего утра.

Рис. 132. Циркуляция возле склона

Самый сильный бриз на склон возникает не тогда, когда максимальная солнечная активность, а когда склон сам ориентирован перпендикулярно солнечным лучам. Это до обеда для восточных склонов и после обеда для западных. Вогнутые склоны аккумулируют больше тепла, чем выпуклые, и это определяет более сильные ветры на них. Максимальная скорость бризов на склон обычно не превышает 27 км/час, но может быть и сильнее на хорошо прогреваемых склонах высоких гор. Они наиболее сильны и широки у вершины горы. Обычно ширина потока ~ 90 м, иногда меньше. Даже легкие потоки на склон часто позволяют парить (если они не отклоняются основным ветром). Часто эти ветры перемешиваются с термическими потоками.

Действительно, ветры на склон могут содействовать возникновению термических потоков. Склоны, на которых рано возникают хорошие бризы, первыми получают термики и кучевую облачность. Это раннее возникновение восходящих потоков у горы может привести к тому, что подавляются восходящие потоки в долинах, прилегающих к ней.

Надо учитывать то, что поток возвращается в долину перед склоном, как показано на рисунке. У поверхности долины образуется нисходящий поток, движущийся к возвышенности. Этот спускающийся воздух становится более стабильным, и термическая активность в долине возможна только на некотором расстоянии перед склоном. Нетрудно пронаблюдать существование бриза на склон в любой день с хорошим прогревом и не очень сильным ветром сзади. В данном случае нестабильность не нужна, потому что многочисленные термические потоки будут разрушать стабильность бриза и могут даже временно менять его направление на обратное. Бриз на склон еще называют ветер из долины или анабатический ветер.

ВЕТЕР СО СКЛОНА

Все, что двигается вверх, обязательно должно возвращаться вниз. Бризы в горах не исключение. Вечером, когда склоны начинают остывать, они охлаждают воздух над ними, и он скользит низом по склону в долину. Такой ветер со склона называют еще горным ветром или катабатическим. Зарождается он у подножия склона. Рисунок 133 показывает, как может возникнуть горный ветер даже, если у вершины еще работает бриз на склон. Такая ситуация не редкость, особенно вечером, когда у вершины парящие условия при ветре на склон, а у подножия дует в долину. Это особенно выражено, если на склоне есть глубокий овраг, ущелье или лощина, выходящие в самую долину, тогда слив холодного воздуха по ним особенно типичен.

Рис. 133. Ветер вниз со склона

Основной механизм, который поддерживает ветер со склона — это гравитация. Можно представить себе поток холодного, более плотного воздуха как воду, которая стекает вниз. Горный ветер стабилен и ограничивается поверхностным слоем, поэтому если на пути вниз встречается препятствие в виде, например, еще одного гребня, то в углублении образовывается озеро холодного воздуха.

В ясные дни прогрев особенно сильный, а охлаждение очень интенсивное и быстрое, поэтому поток со склона может быть довольно мощным и возникнуть внезапно. Понятно, что для пилотов может оказаться сюрпризом связанное с этим быстрое изменение ветра и турбулентность в долине перед горой. Горный ветер может появляться порывами, периодически, пока не установится. Если рядом несколько склонов, то воздух, стекающий с них, объединяется в общий поток в долине. Он может дуть всю ночь и прекратиться только утром, с началом прогрева, когда его пересилит ветер на склон.

Холодный воздух, стекающий с гор, может внезапно прекратить термические потоки и возможность парящих полетов. Раннее и внезапное появление бризов со склона — обычное явление для восточных склонов. С прекращением прогрева они очень быстро начинают остывать, в то время как западные склоны освещены до самого захода солнца и тень наползает снизу постепенно.

ГРАВИТАЦИОННЫЙ ВЕТЕР

Гравитационный ветер — особенный тип бриза, дующего с горы, и его часто называют бора.

Гравитационный ветер обычно возникает на больших высотах, где есть постоянно холодные территории, такие как лед или снежные шапки. Этот ветер объединяет очень холодный воздух, текущий вниз с туманом, образующимся в районе нижней кромки льда или снега.

Гравитационный ветер может достигать больших скоростей, а, следовательно, будет сильная механическая турбулентность, поэтому он требует особого внимания и осторожности. Эти ветры в основном образуются от кромки снежных полей и ледников. На рисунке 134 показано, как одновременно дуют бриз на склон и гравитационный ветер. Мистраль в Альпах можно отнести к гравитационному ветру.

Рис. 134

МАГИЧЕСКИЙ ВОЗДУХ И УДИВИТЕЛЬНЫЙ ВЕТЕР

В вечерние часы часто вдоль гор бывают замечательно ровные восходящие потоки. Пилоты называют такие условия "удивительный ветер". Механизм его возникновения показан на рисунке 135. Мы видим сечение долины, имеющей восточный склон. Когда к вечеру он оказывается в тени, с него начинает дуть ветер, который стекает в долину и выдавливает воздух перед собой и вверх на противоположный склон, вызывая таким образом " удивительный ветер", причем усиленный тепловыми эффектами от прогрева западного склона. Удивительные ветра образуются вдоль хребтов (охотнее, чем у отдельных вершин) с узкими долинами шириной 5–8 км или 10–20 высот гор. Главный хребет на востоке США и узкая долина Rhone в Альпах — два основных формирования, где характерны такие условия.

Рис. 135. Магический воздух и удивительный ветер

Эти ветры возникают в конце солнечного дня с относительно слабой термичностью и легкими основными ветрами. Сильная термичность приводит к тому, что большое количество тепла, отбираемого у поверхности восходящими потоками уносится вверх, а сильный ветер приводит к перемешиванию воздуха и уменьшению тепла в долине. Часто вечером в конвективные дни присутствует волновая активность (о чем будет подробнее рассказано в следующей главе), и этот феномен должен способствовать усилению удивительного ветра. Но многие штилевые дни или дни со слабым ветром без волновых процессов заканчиваются удивительным ветром.

"Магический воздух" — название более обширного процесса, протекающего в долине. Эти условия могут иметь место, когда ветер очень слабый, а причину возникновения восходящего потока можно понять из рисунка 135 внизу. Здесь мы видим, что восходящий поток образуется теплым воздухом, вытесняемым из долины двумя сходящими бризами с противоположных склонов. Когда воздух поднимается, он становится менее стабильным до автоконвекции и продолжает подъем.

Магический воздух — это обширный восходящий поток над всей долиной. Часто возникают мощные ядра поднимающегося воздуха, если на земле есть более прогретые участки. Иногда они ровные, равномерные в широкой зоне, по этому признаку можно предположить, что это волновая активность, которая является одним из факторов образования восходящего потока.

Удивительный ветер и магический воздух трудно гарантировано предсказать, их надо использовать при возникновении. Если интенсивность восходящего потока у вершины горы уменьшается к вечеру, то, возможно, стоит попробовать над долиной, где комбинация поздней термичности с поверхности и лесов образует магический воздух и может получиться незабываемый по красоте полет.

ВЕТРЫ В ДОЛИНЕ

В длинных, ограниченных склонами долинах наблюдается суточная цикличность ветров: днем вверх по долине, ночью вниз. Эти потоки комбинируются с ветрами на склон и вниз по склону, и получается картина, изображенная на рисунке 136.

Рис. 136. Суточное изменение ветра

Вначале, рано утром, солнце инициирует бризы на склон, в то время как в низу долины ветер продолжает дуть каньонами и по теневым склонам. Затем к обеду ветер в низу долины останавливается и начинается обратный ток. После обеда ветер по верху долины становится сильным и даже меняет ветер, дующий на склон. К вечеру начинаются ветры со склонов вниз, в то время как ветер по верху долины продолжается. Отметим соединение воздуха в центре долины. За пару часов ветер по верху долины останавливается и поворачивает, начинается ветер низовой.

Этот ветер становится сильным ночью, он даже разрушает потоки со склонов вниз. Утром цикл повторяется. Наличие неровной поверхности, сужение долины и основной ветер меняют четкий план, описанный выше. Основной ветер может часто препятствовать потокам вверх по склону с одной стороны или даже ветру вдоль долины в одном направлении в течение дня. Однако, понимание суточного цикла помогает нам предсказать появление и характер местных ветров. Основной ветер над долиной будет усиливаться днем и ослабевать ночью.

Несколько дополнительных замечаний о ветрах в долине, которые надо помнить. Первое: из-за влияния на них эффекта Кориолиса они стремятся повернуть вправо в северном полушарии и влево в южном. Это приводит к тому, что при всех остальных указанных условиях ветер в долине прижимается к правому склону по его направлению (северное полушарие) и более мощные восходящие потоки вдоль этого склона. Второе: существует, скажем так, транзитное время — несколько часов, когда ветер меняет направление.

В дополнение отметим, что ветры в долине могут быть очень сильными, потому что они постоянно подпитываются нисходящим воздухом. Они могут быть сильнее, чем ветер, буквально на 100 м выше. Ветер в долине вечером можно представить как реку холодного воздуха, текущего под теплым слоем инверсии, что определяет некоторую турбулентность среза и механическую. Пилоты, летающие или совершающие посадку в длинной долине, должны быть готовы к разного рода неожиданностям и опасностям: турбулентность, изменение скорости и направления ветра, особенно вечером.

Будем закрывать эту главу о местных условиях, но хотелось бы отметить, что некоторые территории имеют своеобразную погоду, отличную от описанной выше. Например, горы St. Pierre в Квебеке и St. Andre в южных Альпах, как и подобные территории с высокими горами, морем или озерами и высокогорными плато, дают наложение эффектов морского бриза, тепловых фронтов, долинных ветров и ветров на склоны и со склонов.

Слияние и разделение местных течений с основным ветром дают очень своеобразные условия, восходящие и нисходящие потоки. Ветер часто меняет направление и скорость или возникают отдельные потоки. Ключ к пониманию таких сложных микросистем — изучить все присутствующие элементы и, конечно, длительные наблюдения. Знание циркуляционной модели на местном уровне, привязка к ней тепловых процессов и анализ того, как и что они изменяют, есть ключ к прогнозированию разнообразных эффектов, с которыми мы можем столкнуться. Показателем, как драматически комбинируются местные эффекты и большие барические системы, может служить один пример: Mohave в Калифорнии 18.11.91 г. в 6:00 скорость ветра была 160 км/час, потому что к ветру от движения барической системы добавлялся гравитационный ветер. Через час после прогрева долины установился штиль.

ИТОГИ

В этой главе мы вплотную познакомились с мелкомасштабными эффектами, условиями, которые возникают на местном уровне и движущей силой которых является солнце. Они имеют циклическую природу.

Мы дали простые имена различным циркуляциям: морской бриз, тепловой фронт или бриз на склон.

Мы сможем больше, дальше и, главное, приятнее летать, если научимся использовать местные эффекты.

Путь к использованию атмосферных краткосрочных колебаний погоды — это понять важность различного прогрева соседних территорий или дисбаланса прогрева.

Теперь на фоне полученных знаний почему, как и где возникают и меняются ветры и погода в атмосфере, научившись применять знания о метеорологии и местных эффектах, мы обратим свое внимание на образование и исчезновение вертикальных потоков.