Изменение ветра с высотой: трение, термический ветер, адвекция

В предыдущем параграфе было показано, что влияние сил трения с высотой ослабевает, поэтому систематическое изменение вектора ветра с высотой, обязанное этим силам, прекращается в пределах пограничного слоя атмосферы. Выше этого слоя при установившемся движении ветер приближается к градиентному.

Это не значит, что в свободной атмосфере ветер характеризуется устойчивостью как по направлению, так и по скорости. Данные наблюдений показывают, что в свободной атмосфере также имеются как систематические, так и несистематические изменения ветра с высотой, Несистематические изменения ветра происходят вследствие нестационарности движения у поверхностей раздела воздушных масс, у зон конвергенции и дивергенции воздушных течений, в районах конвекции и т. д.

Систематические изменения ветра являются результатом неравномерного прогрева воздуха в горизонтальном направлении, вследствие чего возникают горизонтальные градиенты давления на высотах. Запишем следующее очевидное уравнение

Вектор термического ветра всегда направлен вдоль средних изотерм, оставляя область более холодного воздуха слева в северном полушарии и справа — в южном.

Используем формулы (13, 30) и (13, 31) для рассмотрения изменения ветра с высотой в циклоне и антициклоне при обычном географическом распределении температур, т. е. понижением температуры с увеличением широты, В этом случае в северном полушарии горизонтальный градиент температуры направлен с юга на север, а термический ветер с запада на восток (рис. 118), На этом рисунке круговые сплошные линии —изобары, а прерывистые — изотермы. Температура понижается к северу.

В западной части циклона и в восточной части антициклона сложение векторов термического и градиентного ветра на нижнем уровне даст северо-западный ветер, т. е. поворот ветра с высотой будет влево (адвекция холодного воздуха). В восточной части циклона и в западной части антициклона сложение вышеуказанных векторов даст юго-западный ветер, т. е. поворот ветра с высотой вправо (адвекция теплого воздуха).

В северной части циклона и в южной части антициклона градиентный и термический ветер направлены в противоположные стороны. Поскольку термический ветер с высотой увеличивается, то на некотором уровне результирующий ветер перейдет через нулевое значение, а затем начнет усиливаться, приобретая западное направление.

В южной части циклона и в северной части антициклона векторы градиентного и термического ветра направлены в одну сторону — к востоку. Следовательно, здесь будет происходить усиление западного ветра без изменения направления.

Рассмотренный нами пример иллюстрирует повороты при адвекции холодного и теплого воздуха и объясняет причины западно-восточного переноса, преобладающего в тропосфере.

Изменение ветра с высотой, связанное с наличием горизонтальных термических градиентов, существенно сказывается и в пограничном слое атмосферы, поэтому изложенная в предыдущем параграфе схема изменения ветра с высотой может очень сильно нарушаться. Так, наложение левого вращения ветра с высотой при адвекции холодного воздуха на правое вращение ветра из-за сил трения часто приводит к тому, что в пределах пограничного слоя атмосферы ветер остается постоянным, а в некоторых случаях может даже вращаться влево и ослабевать. При теплой адвекции оба эти эффекта складываются, поэтому вместо предельного правого поворота, не превышающего 30—40°, может отмечаться вращение ветра в 90° и более и быстрое его усиление.

Сложение вышеуказанных эффектов сказывается и в том случае, когда термический и барический ветер направлены в одну сторону, так как правое вращение за счет сил трения изменяет соотношения термического ветра.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Н. И. Егоров, И. М. Безуглый, В. А. Мнежинский, и др.

Источник: Морская гидрометеорология

Данные публикации будут полезны для курсантав морских учебных заведений и капитанаов/штурманов гражданского флота, интересующимся глубоким пониманием гидрометеорологии