Струйное течение в атмосфере. Высотные струйные течения приводят к разрушительным погодным явлениям. Струйные течения, их кл ассификация, условия образования и пол етов в них

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.

Циркуляция атмосферы - система замкнутых течений воздушных масс, проявляющихся в масштабах полушарий или всего земного шара. Подобные течения приводят к переносу вещества и энергии в атмосферекак в широтном, так и в меридиональном направлениях, из-за чего являются важнейшим климатообразующим процессом, влияя на погоду в любом месте планеты.

Основная причина циркуляции атмосферы - солнечная энергия и неравномерность её распределения на поверхности планеты, в результате чего различные участки почвы, воздуха и воды имеют различную температуру и, соответственно, различное атмосферное давление (барический градиент). Кроме Солнца на движение воздуха влияет вращение Земли вокруг своей оси и неоднородность её поверхности, что вызывает трение воздуха о почву и его увлечение.

Воздушные течения по своим масштабам изменяются от десятков и сотен метров (такие движения создают локальные ветра) до сотен и тысяч километров, приводя к формированию в тропосфере циклонов,антициклонов, муссонов и пассатов. В стратосфере происходят преимущественно зональные переносы (что обуславливает существование широтной зональности). Глобальными элементами атмосферной циркуляции являются так называемые циркуляционные ячейки - ячейка Хадли, ячейка Феррела, полярная ячейка.

струйное течение - сильный ветер в виде узкого воздушного потока в верхнейтропосфере или нижней стратосфере, на тропопаузе, для которого характерны большие скорости (обычно на оси более 30 м/с) и градиенты более 5 м/с на 1 км по высоте и более 10 м/с на 100 км по горизонтали.

Высотное струйное течение связано с высотными фронтальными зонами. Имеет эллиптическое по форме вертикальное поперечное сечение. Размеры ВСТ по горизонтали - сотни километров в ширину и тысячи километров в длину, по вертикали - 2-4 км. Скорости ветра в ВСТ изменяются вдоль струи, причем очаги максимальных скоростей на оси ВСТ перемещаются по ветру. Струи перемещаются в виде извивающихся «воздушных рек» и в основном направлены к востоку, но могут иметь меридиональное и ультраполярное направление.

Высотные струйные течения являются звеньями общей зональной циркуляции атмосферы.

Пасса́т (от исп. viento de pasada - ветер, благоприятствующий переезду, передвижению) -ветер, дующий между тропиками круглый год, в Северном полушарии с северо-восточного, в Южном - с юго-восточного направления, отделяясь друг от друга безветренной полосой. На океанах пассаты дуют с наибольшей правильностью; на материках и на прилегающих к последним морях направление их отчасти видоизменяется под влиянием местных условий. ВИндийском океане, вследствие конфигурации берегового материка, пассаты совершенно меняют свой характер и превращаются в муссоны.

Благодаря своему постоянству и силе в эпоху парусного флота пассаты наряду с западными ветрами были основным фактором для построения маршрутов движения судов в сообщении между Европой и Новым Светом.

Муссо́н (от араб. موسم(«mixon») - время года , посредством фр. mousson ) - устойчивые ветра, периодически меняющие свое направление; летом дуют с океана, зимой - с суши; свойственны тропическим областям и некоторым приморским странам умеренного пояса (Дальний Восток). Муссонный климат характеризуется повышенной влажностью в летний период.

Летом муссоны дуют с океана на материки, зимой - с материков на океаны; свойственны тропическим областям и некоторым приморским странам умеренного пояса (например, Дальний Восток) . Наибольшей устойчивостью и скоростью ветра муссоны обладают в некоторых районах тропиков (особенно в экваториальной Африке, странах Южной и Юго-Восточной Азии и в Южном полушарии вплоть до северных частей Мадагаскара и Австралии). В более слабой форме и на ограниченных территориях муссоны обнаруживаются и в субтропических широтах (в частности, на юге Средиземного моря и в Северной Африке, в области Мексиканского залива, на востоке Азии, в Южной Америке, на юге Африки и Австралии).

Одной из версий авиакатастрофы в Ростове-на-Дону, которая произошла 19 марта, называют редкое погодное явление струйное течение воздуха. Что это такое и как оно влияет на полеты самолетов, читайте а рубрике "Вопрос-ответ".

Что такое струйное течение?

Высотное струйное течение – это сильный ветер в виде узкого воздушного потока в верхней тропосфере или нижней стратосфере. Для него характерны большие скорости (обычно на оси более 30 м/с) и градиенты более 5 м/с на 1 км по высоте и более 10 м/с на 100 км по горизонтали. Проще говоря, струйное течение – достаточно узкий стремительный поток воздуха, похожий на струю (отсюда и название — струйный). Длинна этой струи – может быть тысячи километров, ширина — сотни километров, толщина – несколько километров. И внутри нее свирепствует ураган со скоростью ветра от 100 до 900 километров в час. При этом вокруг этой "трубы" — нет никаких изменений в атмосфере.

Что вызывает струйное течение?

По мнению ученых, виной тому неравномерное нагревание Земли, во время вращения вокруг Солнца. Теплые ветры, дующие с экватора, встречаются с холодными ветрами с полюсов, и возникает большая разница в давлении. Именно в таких областях и образуются струйные течения. Эти течения являются разделительной чертой между холодными и теплыми областями. И чем больше разница температур, тем сильнее эти ветры.

Чем опасно струйное течение для самолетов?

Струйное течение обычно возникает высоко над землей — на высоте от 9144 до 18 288 м. Поэтому на земле они не опасны. Но их очень хорошо знают летчики. В начале XX века пилоты сообщали, что иногда сталкиваются с некой воздушной стеной, при попытках влететь в которую самолеты зависали на месте. Позднее ученые дали название этому явлению "струйное течение".

Как пишет Википедия, высотные струйные течения опасны для авиации в связи с сильной турбулентностью.

Опасны эти явления и во время посадки самолета. Так как, у попавшего в струйное течение самолета может значительно ухудшиться динамическая управляемость.

Как современные летчики используют струйное течение?

Попутные струйные потоки воздуха помогают самолетам сэкономить время пути и топливо. Например, североатлантическое струйное течение летчики используют при полете на трассе Нью-Йорк - Лондон. Обратно же им приходится лететь через Исландию и юг Гренландии, чтобы избежать встречной струи. Примерные расчеты: при полете со скоростью 600 км/ч в попутном струйном течении, скорость которого 360 км/ч, путевая скорость самолета увеличивается до 960 км/ч. В этом случае расстояние в 600 км самолет преодолеет за 36 минут вместо часа. Соответственно экономия топлива составит около 50%

Почему струйное течение над Ростовом – редкое явление?

Когда я слышу «страшилки» о глобальном потеплении, я напоминаю очередному пророку близкой гибели человечества о том, что во время одной только летней грозы выделяется энергия 13 атомных бомб вроде той, что была сброшена на Хиросиму. А уж об энергии ураганных ветров и говорить не приходится. Так что жалкие потуги цивилизации несравнимы с могучими силами природы. Ох, правильно говорил один из героев бессмертного романа Я.Гашека: «Что представляет собой капитан Венцель по сравнению с великолепием природы?» Далековато еще человечеству до того, чтобы загадить свою планету до невозможности проживания на ней!

Источником энергии грандиозных процессов, происходящих в атмосфере, является, конечно, Солнце. А причиной возникновения этих процессов – то, что солнечная энергия падает на поверхность Земли неравномерно. Ближе к экватору поверхность суши и поверхность океана прогреваются гораздо сильнее, чем у полюсов. В результате такой неравномерности, в атмосфере возникают воздушные потоки, переносящие тепло от более теплых к менее теплым районам Земли. Это – следствие фундаментального закона, который называется вторым началом термодинамики.

Воздух нагревается в более жарких местах, становится легче и поднимается вверх, на высоту 9-12 километров. Выше теплый воздух подняться не может из-за противодействия силы тяжести. Но и быстро охладиться он не в состоянии – слишком велик запас тепла. Поэтому воздушные потоки отклоняются к полюсам, туда, где прохладнее.

Однако до полюсов они дойти не успевают, где-то в районе 30 градусов северной или южной широты, воздух, наконец, охлаждается, опускается к поверхности Земли и теперь понизу следует в более теплые районы, то есть снова к экватору. Так образуются постоянные ветры, пассаты. Они дуют в юго-западном направлении в северном полушарии и в северо-западном направлении в южном. Смещение ветров на запад – следствие вращения Земли.

От полюсов холодный воздух движется вдоль поверхности земли туда, где теплее, то есть в южные широты. При этом он постепенно нагревается и где-то в районе 60-й широты начинает подниматься вверх, до границы тропосферы, на высоту около 9 километров. На этой высоте теплый воздух возвращается к полярным областям, постепенно отдавая свое тепло. Возле полюса он, охлажденный, спускается к поверхности земли, чтобы снова двигаться в более нагретые области.

Между этими двумя круговыми воздушными потоками возникает еще один, промежуточный. В нем холодный воздух, не успевший нагреться в районе 30 градусов широты, движется, постепенно нагреваясь, вдоль поверхности Земли и, достаточно нагревшись, поднимается вверх. По границе тропосферы он возвращается на юг, где, охладившись, вновь опускается к земной поверхности.

В местах, где эти круговые воздушные потоки соприкасаются, происходит взаимодействия холодных и теплых воздушных фронтов. В результате этого взаимодействия у поверхности Земли проливаются дожди, возникают грозы, а также ураганы, штормы и смерчи.

Что происходит на больших высотах, где тоже сталкиваются холодные и теплые воздушные фронты? Влажность здесь очень маленькая, поэтому ни дождь, ни снег, ни град здесь идти не будут. А вот грандиозные ураганные «воронки» здесь возникают с легкостью. Но направлены они не вертикально, как у поверхности Земли, а горизонтально. Поэтому они работают, как гигантские вентиляторы, создавая тонкие полосы завихряющегося воздуха, которые называются струйными течениями.

Струйные течения представляют собой узкие области высотой около 2 километров. Их ширина составляет от 40 до 160 километров. Этакие воздушные «трубы», по которым несется воздух со скоростью 400 – 500 километров в час. Длина струйного течения может быть самой разной в зависимости от скорости воздуха. Бывает, что одно струйное течение опоясывает земной шар в районе 30-х и 60-х широт. Бывает, что одно длинное струйное течение разбивается на несколько более коротких струйных течений.

Струйные течения в земной атмосфере метеорологи впервые зарегистрировали в 1883 году. В этом году произошло катастрофическое извержение вулкана Кракатау в Индонезии. Тучи дыма и вулканического пепла поднялись на стратосферные высоты – более 12 километров. Часть пепла и пыли была захвачена струйными течениями, что сделало эти течения хорошо видимыми с поверхности Земли.

В 1920 году японский метеоролог Васабуро Оиши запускал метеорологические воздушные шары с вершины горы Фудзи и обнаружил, что по достижении высот около 9 – 10 километров их резко уносит в восточном направлении. Оиши повезло, поскольку одно из струйных течений проходит как раз над Японией. Но его работы были практически неизвестны в других странах. Поэтому струйные течения повторно открыли американские летчики в 1945 году. «Летающие крепости» B-17 и B-29 летали на высотах свыше 10 километров со скоростью около 500 километров в час. На таких высотах они были недоступны для тогдашних истребителей, и американцы использовали эти самолеты для бомбардировки целей на Японских островах. Оказалось, что полет к месту бомбежки занимал гораздо больше времени, чем обратный полет. Более того, некоторые бомбардировщики, попадая в струйный поток, скорость ветра в которых достигала 400 – 500 километров в час, попросту «зависали», не в силах продвинуться вперед!

Современные пассажирские самолеты летают на высотах свыше 10 километров. Иногда они используют струйные течения для того, чтобы ускорить полет в направлении с запада на восток. Однако самолеты летят рядом, стараясь не попадать в само течение. Ведь здесь поток завихряется, в результате чего, самолет начинает сильно «болтать»

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).

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.

Рисунок 67 – Струйное течение умеренных широт

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.

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.

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.