Шке верхней атмосферы, о метеорологических условиях по

• Название: Шке верхней атмосферы, о метеорологических условиях по
• Дата: 04.12.2021
• Размер: 1.82 Mb.
• Имя файла: Untitled.docx
• Тип: Документы; #290977
• страница: 15 из 26

ГЛАВА 3

ОСНОВНЫЕ СИНОПТИЧЕСКИЕ ОБЪЕКТЫ
И ИХ ВЛИЯНИЕ НА ПОЛЕТ САМОЛЕТА

1. 
   Воздушные массы, атмосферные фронты
   

1. 
   Определение и классификация воздушных масс, условия полетов
   

Воздушная оболочка Земли - атмосфера - находится в постоянном движении. Силы, вызывающие движение возду­ха, возникают в связи с неодинаковым нагреванием Солнцем земной поверхности и воздуха в различных географических районах, а их действие направлено к установлению равнове­сия в атмосфере, устранению неравномерностей состояния воздуха над полюсами и экватором, над океаном и сушей, над горами и равнинами и т.д. Воздух постоянно перемеща­ется из одних районов Земли в другие, создает целую систе­му циркуляционных областей, опоясывающих весь земной шар. В каждой такой циркуляционной области преобладают свои ветры и свое распределение давления.

Из всего разнообразия воздушных течений в атмосфе­ре можно выделить главные, наиболее значительные по сво­им масштабам и наиболее устойчивые. Такая совокупность крупномасштабных, охватывающих большие географиче­ские районы, и относительно устойчивых (т.е. постоянно существующих) воздушных течений, называется общей < циркуляцией атмосферы (ОЦА). ОЦА определяется мно­гими факторами, наиболее важными из которых являются: лучистая энергия Солнца, вращение Земли вокруг своей оси, неоднородность подстилающей поверхности, трение воздуха о земную поверхность.

Многообразие и изменчивость погоды на Земле обу­словлены, прежде всего, неодинаковым притоком солнечной энергии в разные широты земного шара и неоднородным ха­рактером земной поверхности.

Солнце нагревает Землю неравномерно. Годовой при­ток солнечной энергии в тропические и экваториальные ши­роты значительно больше, чем в умеренные и особенно по­лярные. Соответственно притоку тепла воздух, долго нахо­дящийся в высоких широтах, становится холодным, а в низ­ких - теплым.

На картах погоды можно выделить большие районы, в которых наблюдаются относительно однородные метеороло­гические условия (температура, влажность, характер облач­ности, горизонтальная видимость и др.). Такие большие мас­сы воздуха в тропосфере, однородные по распределению ос­новных метеорологических величин и явлений и перемеща­ющиеся в одном из течений ОЦА, называются воздушными массами.

Воздушные массы (ВМ) - это сравнительно одно­родные по своим свойствам объемы воздуха, распространя­ющиеся на большие пространства - континент или большие части континента. Размеры воздушных масс в горизонталь­ном направлении составляют от сотен до тысячи километров. Нередко вся Европа или такие районы, как Средняя Азия или Западная Сибирь заняты одной воздушной массой. 11о верти­кали они достигают от 2 до 10 км.

При длительном пребывании над одним и тем же рай­оном, который называется очагом формирования, ВМ при­обретают все свойства данной подстилающей поверхности.

При перемещении из очагов формирования в другие районы ВМ постепенно изменяют свои свойства; такой про­цесс называется трансформацией ВМ. В каждый данный мо­мент свойства определяются географическим положением очага ее формирования и теми изменениями (трансформаци­ей), которые произошли в ней на пути перемещения.

Существуют классификации воздушных масс по раз­личным признакам. Рассмотрим некоторые из них.

Температурная классификация.

11о температуре ВМ могут быть теплые, холодные и Нейтральные.

Теплой ВМ называется в том случае, если она пере­мещается на более холодную подстилающую поверхность (\| III). Ее перемещение вызывает потепление, а сама она при пом охлаждается. Вертикальные температурные гради- (чпы в теплой ВМ малы.

Холодной ВМ называется в том случае, когда ее тем­пература оказывается ниже температуры подстилающей по­верхности, на которую она перемещается. Ее приход в дан­ный район вызывает похолодание, а сама она постепенно прогревается от подстилающей поверхности. Для данной ВМ характерны значительные вертикальные температурные гра­диенты.

Нейтральной называется ВМ, которая в данном районе сохраняет своя основные свойства без существенных изменений.

В основе термодинамической классификации лежит наличие в ВМ условий для развития в ней конвективных (восходящих) движений воздуха. По наличию или отсут­ствию условий для развития конвекции ВМ подразделяются на устойчивые (УВМ) и неустойчивые (НВМ).

Устойчивой воздушной массой называется такая ВМ, в которой нет условий для развития конвективных движений. Как правило, это теплая ВМ. Вертикальный температурный градиент в ней обычно меньше или равен 0,5 °С/Ю0 м. Над континентом наиболее благоприятное время года для образо­вания УВМ - зима, время суток - ночь. Над морем - лето, день. Условия погоды и полетов в УВМ зависят от степени влажности воздуха (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1 - Устойчивая воздушная масса

Если УВМ влажная, то теплый воздух, двигаясь но холодной подстилающей поверхности, охлаждается. Эго приводит к увеличению относительной влажности в нижних слоях и к понижению уровня конденсации. В результате чего образуются дымки, туманы, а также низкие ггодынверсион- ные слоистые и слоисто-кучевые облака. Нижняя граница облачности располагается на высоте 100-200 м и ниже. Верхняя граница облачности достигает слоя инверсии (1000- 1500 м). Из слоистых и слоисто-кучевых облаков выпадают осадки в виде мороси или мелких снежинок. При температу­ре около нуля градусов на земле часто образуется гололед (обозначается счо). Над слоистыми или слоисто-кучевыми других облаков, как правило, не наблюдается или имеется небольшая облачность среднего или верхнего ярусов.

Если УВМ сухая, то облачность, как правило, не обра­зуется, но видимость в приземном слое будет ухудшена, так как пыль и дым остаются у поверхности земли. Может наблюдаться мгла (обозначается - оо), пыльная буря, поземок (пыльный, песчаный, снежный), низовая метель (пыльная, песчаная, снежная).

11ри полетах во влажной УВМ взлет, посадка и визу­альные полеты затрудняются или исключаются из-за низкой облачности, туманов, моросящих осадков и гололеда. Поле­ты в облаках и туманах при отрицательных температурах со- нр<шождаются обледенением воздушных судов, интенсив­но! и, которого зависит от водности облака и температуры воздуха, а также слабой, иногда умеренной, болтанкой, кото- рпм усиливается по мере приближения к слою инверсии.

В сухой УВМ наблюдаются относительно простые метеорологические условия. Выше 1000-1500 м полеты в УВМ проходят в спокойных условиях при хорошей видимо- I (и.

На картах погоды УВМ определяется по слоистым и глоисто-кучевым облакам, моросящим осадкам и туманам.

Неустойчивой воздушной массой называется такая НМ, в которой наблюдаются благоприятные условия для раз­ни гия конвективных движений. Это холодные ВМ, верти­кальные температурные градиенты в них. как правило, более 0.7 °С/Ю0 м. Над континентом наиболее благоприятное вре­мя года для образования НВМ - лето, время суток - день. 11ад морем - наоборот (зима и ночь). Условия погоды и поле­тов зависят от степени влажности воздуха (рисунок 3.2).



Рисунок 3.2 Неустойчивая воздушная масса

Если НВМ влажная, то летом в дневные часы образу­ются внутримассовые мощно-кучевые и кучево-дождевые облака. Кучево-дождевые облака сопровождаются грозами,

ливневыми осадками, шквалами и смерчами. При полетах в облаках наблюдаются сильное обледенение, сильная болтан­ка, электрические разряды. Максимальное развитие конвек­ции над континентом наблюдается в послеполуденные часы, когда прогрев подстилающей поверхности достигает макси­мума.

Над водной поверхностью максимальное развитие всех конвективных явлений наблюдается ночью, так как верхние слои воздуха охлаждаются за счет излучения, а ни­жележащие слои, получая тепло от воды, охлаждаются зна­чительно меньше.

Если НВМ сухая, то может наблюдаться ясная погода или небольшая (2-3 балла) кучевая облачность.

В НВМ взлет и посадка могут осложняться из-за яв­лений, связанных с кучево-дождевыми и мощно-кучевыми облаками, входить в которые руководящими документами запрещается.

К указанным явлениям относятся: усиление ветра, прохождение через район аэродрома грозовых очагов с лив­невыми осадками в виде дождя, ухудшение видимости в осадках до 1 км и менее, понижение облачности до 200-300 м и ниже. Полет в НВМ характеризуется наличием сильной болтанки, вызываемой турбулентностью, которая может наблюдаться на малых, средних высотах как в облаках, гак и в безоблачном небе. Большую опасность болтанка представ­ляет при полетах на высотах, близких к практическому по­толку воздушного судна, она может привести к потере управляемости, к созданию критических перегрузок, к нару­шению режима работы двигателей и к другим нежелатель­ным последствиям.

На картах погоды НВМ определяются по кучевооб­разным облакам и ливневым осадкам.

В основу географической классификации НМ поло­жен принцип различного зонального положения очагов фор­мирования ВМ. Согласно этой классификации различают при Iичсский (в Южном полушарии антарктический), уме- |н ппый (воздух умеренных широт), тропический и экватори- • П.П1.1Н воздух - АВ, УВ, ТВ и ЭВ.

В ьзвисимости от характера подстилающей поверхно- I и) в очаге формирования АВ, УВ и ТВ подразделяется на морской (М) и континентальный (К). Обычно для обозначе­нии ВМ на синоптических картах используют их сокращен­ные названия: КАВ, МАВ, МУВ, КУВ, МТВ, КТВ, ЭВ.

Арктический воздух (АВ) в зимнее время формирует­ся над Полярным кругом, исключая Норвежское море и не- (пмсрзающую часть Баренцева моря, в летнее время надо п.дами Арктического бассейна.

Континентальный арктический воздух (КАВ) при­ходит в Европу с северо-восточными ветрами через Карское море и замерзающую часть Баренцева моря. Вследствие ма­ши влажности и отсузствия пыли видимость в КАВ достига- С1 50 км и более. Зимой в КАВ преобладает малооблачная погода с очень низкими температурами и морозными дым­ками в приземном слое. Весной, летом и осенью, перемеща­ясь на континент, КАВ начинает прогреваться, но вследствие малого влагосодержания в нем образуется только небольшая кучевая и высококучевая облачность. Кучевые облака обыч­но не перерастают в мощно-кучевые и кучево-дождевые об­лака. Поэтому выпадение ливневых осадков в КАВ пред­ставляет собой довольно редкое явление.

Морской арктический воздух (МАВ) приходит в Ев­ропу с северо-западными ветрами через Норвежское море и западную часть Баренцева моря. МАВ наиболее характерен для Западной Европы. В прогретом и увлажненном над мо­рем МАВ развивается кучевообразная облачность, выпадают осадки ливневого характера, а в прибрежных районах Запад­ной Европы и Скандинавии грозы отмечаются даже зимой.

Континентальный умеренный воздух (КУВ) форми­руется зимой между 65 и 40° с.ш., а летом между 70 и 50° с.ш. Его свойства зависят от района формирования или от

вида ВМ, которая трансформируется в КУВ. Так, например, если в КУВ трансформируется КАВ, то характерна малооб­лачная погода с хорошей видимостью. При формировании из МАВ или МУВ в КУВ наблюдается мощная кучевая или ку­чево-дождевая облачность с ливнями и грозами. Зимой КУВ является устойчивой воздушной массой. При формировании зимой КУВ из МАВ или МУВ в нем наблюдается низкая слоистая облачность и радиационные туманы. В случае вторжения К АВ в умеренные широты зимой и его трансфор­мации в КУВ наблюдается морозная погода, сопровождаемая радиационными дымками и туманами.

Морской умеренный воздух (МУИ) распространяется на территорию Европы из районов Северной и Центральной частей Атлантики. На восточную территорию России МУВ поступает с северо-западной части Тихого океана. В районах формирования МУВ в нижних слоях достаточно увлажнен. При вторжении в теплое время года на теплый континент он прогревается, в нем развивается мощная кучевая и кучево­дождевая облачность, выпадают ливневые дожди, наблюда­ются грозы. В холодное время года теплый МУВ в призем­ном слое над выхоложенным континентом охлаждается, и в этой ВМ образуются низкие слоистые и слоисто-кучевые об­лака, густые дымки и адвективные туманы.

Морской тропический воздух (МТИ) формируется в субтропических широтах Атлантического, Тихого океанов и над Средиземным морем. МТВ сильно увлажнен и имеет вы­сокие температуры. Как зимой, так и летом его вторжение на континент характеризуется резким потеплением. В летнее время в МТВ наблюдаются мощные кучево-дождевые обла­ка, сопровождающиеся сильными шквалами, грозами и лив­невыми дождями, иногда с выпадением крупного града. В холодное время года образуются плотные слоистые и слои­сто-кучевые облака с моросящими осадками и адвективные туманы.

Континентальный тропический воздух (КТВ) фор- мнрустгя над континентальными районами в субтропиках и I ронинах, откуда поступает в средние широты, принося с со- жаркую погоду. Летом он может формироваться и в уме- Iи иных широтах путем трансформации из МУВ при дли- н и ном прогреве воздуха в сухую безоблачную погоду. Ле- |<>м КТВ может формироваться над степями и полупустыня- >ш Северного Кавказа, Нижнего Поволжья и Прикаспия, а I .пни' над Средней Азией. В теплое время года это неустой­чивая воздушная масса, в холодное устойчивая.

Экваториальный воздух (ЭВ) формируется в области а на гора. Сюда относят и воздух летнего муссона над север­ной частью Индийского океана, территорией Китая и При­морского края России. Зимой муссонный воздух характерен I «и южных районов Азии и прилегающих к ним областей Индийского океана. ЭВ сильно увлажнен. В районе форми­рования в нем могут наблюдаться хорошо развитые по вер­ни апи кучевые и кучево-дождевые облака, сопровождающи- 14 я интенсивными ливнями и грозами. В умеренных широтах >В. как правило, не наблюдается.

В конечном счете, трансформация воздушных масс приводит к коренному изменению их основных свойств, так что массы, близкие вначале по своим характеристикам, ста­новятся резко различными и взаимодействую! как массы р|| глинных типов.

Воздушные массы находятся в постоянном движении, смещаясь не только в широтном, но и в меридиональном направлениях. Там, где встречаются разнородные воздушные массы, например влажные и теплые с холодными и сравни- н 1ыю сухими, возникают в атмосфере зоны наибольших го­ризонтальных градиентов температуры, плотности, влажно­сти, давления и больших скоростей ветра - фронтальные юны.

3.1.2 Определение и классификация атмосферных фронтов, условия полетов в зоне фронтов

Атмосферным фронтом (АФ) называется узкая пе­реходная зона между ВМ, имеющими различные физические и погодные свойства (температуру, влажность, ветер и т.д.) (рисунок 3.3).

Переходная зона между ВМ у поверхности земли называется линией фронта. Ее ширина достигает несколь­ких десятков километров. Переходная зона в пространстве называется фронтальной поверхностью. Ее толщина в нижней и средней тропосфере достигает несколько сотен метров, а в верхней - 1

2км.



Рисунок 3.3 - Атмосферный фронт

Фронтальная поверхность всегда наклонена в сторону холодного воздуха. Объясняется это тем, что давление в хо­лодном воздухе с высотой убывает быстрее, чем в теплом, поэтому менее плотный теплый воздух натекает на более плотный холодный. Угол наклона фронтальной поверхности очень мал и составляет около одного градуса. Величина угла наклона зависит от соотношения температур и скорости вет­ра в ВМ, лежащих по обе стороны АФ Обычно фронтальная н п. |>\|кн гь представляет собой слой инверсии и является

• I- р/кивающим слоем.

АФ характеризуется следующими признаками:

после прохождения фронта ветер поворачивает по •||Ц опой стрелке;

при переходе через линию фронта наблюдаются за- м.-1111.10 контрасты температуры (Л1 > 5 °С);

• 
  при переходе через линию фронта изменяются зна- н ним гочки росы, влагосодержания, видимости;
  
• 
  при переходе линии фронта происходит изменение (•прической тенденции: перед теплым фронтом наблюдается падение давления, за холодным фронтом - рост;
  
• 
  с АФ связаны мощная облачность и осадки. При ном каждому фронтальному разделу соответствуют харак- н рпые для него облачные системы и зоны осадков.
  

АФ различают по географическим признакам, их про- |>1жепности, особенностям перемещения, вертикального и I оризоптального строения и условий погоды.

По географическим признакам в связи с географиче- I иой классификацией ВМ различают следующие главные АФ:

• 
  арктический фронт;
  
• 
  полярный (умеренный) фронт;
  
• 
  тропический фронт.
  

По горизонтальной и вертикальной протяженности различают в основном следующие фронты;

• 
  основные (высокие);
  
• 
  вторичные.