Рис. 61. Течения вокруг барических систем

Здесь потоки текут с высоких точек в низкие. Однако свои поправки вносит опять эффект Кориолиса.

В северном полушарии по токи доворачивают вправо. Поэтому в антициклоне воздух, двигаясь от центра поворачивает по часовой стрелке (если смотреть сверху). В южном полушарии эффект Корриолиса приводит к повороту влево и движению воздуха в антициклоне против часовой стрелки. Учитывая вышесказанное, можно предположить движение воздуха и в циклоне.

Это важно знать пилотам для определения ветра по синоптической карте, на которой нанесены фронты и барические системы.

Когда циклоны и антициклоны формируются из-за тепловых процессов (а не из-за циркуляции на высотах), они располагаются и взаимно поддерживают друг друга, как показано на рисунке 62.

Рис. 62. Модель циркуляции

Здесь мы видим более высокое давление на поверхности с перетеканием воздуха в зону меньшего давления. Наверху мы видим относительно высокое давление над низким, что толкает воздух для выравнивания давлений. Это течение продолжается до тех пор, пока действует прогрев. Важно обратить внимание, что воздух поступает или опускается сверху около высокого давления, в то время как он поднимается над низким давлением. Это основная модель движения в барических системах, вне зависимости от причин их возникновения. Воздух в антициклоне опускается, что приводит к сжатию, нагреву, уменьшению относительной влажности и увеличению стабильности. Воздух в циклоне поднимается, в результате он расширяется, охлаждается, увеличивается относительная влажность и уменьшается стабильность.

Опускающийся воздух вверху снижается со скоростью всего несколько сантиметров в минуту, но этого достаточно, чтобы небо очистилось, и ясная погода у нас всегда ассоциировалась с антициклоном. Ирония в том, что добавляющийся воздух вверху приводит к большей стабильности воздушных масс, что является главной причиной инверсии. Это обычное явление в непустынных районах умеренной климатической зоны. Даже вслед за холодным фронтом в антициклоне с большой вероятностью следует погода, несущая низкий уровень нестабильности и термической активности, несмотря на чистый холодный воздух, хорошо пропускающий солнечные лучи, согревающие землю и создающих нестабильность на малых высотах. Однако, если антициклон задерживается на несколько дней, над этой территорией воздух постепенно стабилизируется и термическая активность прекращается совсем.

Поднимающийся воздух в циклоне приводит к большому количеству облаков и осадкам. Он также может вызвать нестабильность, вплоть до образования грозы. В основном, приближение циклона вызывает недовольство пилотов во влажных районах, потому что никто не любит летать в дождь.

ИЗОБАРЫ

Достаточно трудно вести разговор о барических системах без упоминания об изобарах. Изобары это линии одинакового давления на картах погоды. Это слово пришло к нам из Греции, Iso обозначает равный, bar переводится как вес или давление.

Изобары очень похожи на изображения холмов и впадин на топографических картах, как на рисунке 61, что делает карты погоды очень похожими на топографические. Изобары на рисунке 63 окружают циклон и антициклон. Кроме основных, различают барические системы с незамкнутыми изобарами: ложбина — вытянутая в виде желоба от центра циклона полоса пониженного давления, располагающаяся между двумя областями повышенного давления; гребень — вытянутый клином от центра антициклона полоса повышенного давления, располагающаяся между двумя областями пониженного давления; седловина — барическая область между двумя крест-накрест расположенными циклонами и антициклонами.

Изобары наносят на карту с шагом обычно 4 гПа или 2 гПа если давление изменяется медленно и надо показать более детально (рис. 63). Более частые линии изобар говорят о большем изменении давления в направлении, перпендикулярном изобарам. Расстояние между изобарами мы называем градиентом давления. Больший градиент давления приводит к большим силам, движущим воздушные массы, к более сильным ветрам.

Рис. 63. Изобары вокруг барических систем

Мы можем заметить закономерность между скоростью ветра и частотой изобар: чем плотнее располагаются изобары, тем сильнее ветер. В таблице показана зависимость расположения изобар у поверхности для ветра 24 км/ч. Отметим, что это изменение с широтой связано с эффектом Кориолиса, который всегда противостоит силе градиента давления.

В холмистых и горных районах интервал между изобарами для ветра 24 км/ч должен быть меньше из-за эффекта торможения. Важно знать свой район, в смысле зависимости плотности изобар и скорости ветра.

Интервал между изобарами для ветра 24 км/ч

Широта ∙ Интервал (км)

60 ∙ 230

55 ∙ 245

50 ∙ 260

45 ∙ 282

40 ∙ 312

35 ∙ 349

30 ∙ 397

25 ∙ 475

20 ∙ 582

ИЗОБАРЫ И ВЕТЕР

Понятно, что воздух получает импульс для движения от барических систем перпендикулярно изобарам. Однако, как показано ранее, эффект Кориолиса приводит к повороту ветра. То есть достигается определенный баланс между силами Градиента давления, эффектом Кориолиса и центробежными силами (приложение II). На рисунке 64 мы видим карту погоды, где показаны барические системы на высоте 6000 м над Северной Америкой. Стрелки показывают направление ветра: по часовой стрелке вокруг антициклона, наоборот вокруг циклона и всегда параллельно изобарам.

Рис. 64. Циркуляция на высоте

На поверхности ситуация несколько отличается.

Стационарные, обширные области высокого и низкого давления, воздушные течения на высоте и прогрев усложняют ситуацию у земли, как показано на втором рисунке. Также торможение воздушных масс, соприкосающихся с поверхноcтью, приводит к замедлению движения и уменьшению эффекта Кориолиса. В результате, у поверхности направление ветра не параллельно изобарам, а пересекает их. Угол пересечения может быть как маленький -10° над водой, где торможение минимально, так и большой — 40° или 50° над холмистой или горной местностью. Поток зимой и в высоких широтах с более холодным воздухом, а значит и более плотным, подверженным большему торможению, пересекает изобары под большим углом. Зная это, мы можем предположить направление и скорость ветра, имея карту давлении на поверхности.

В обоих барических системах и высокого, и низкого давления ветер усиливается с увеличением градиента давления. Причем, в антициклонах центробежные силы помогают силам градиента давления, противодействуя им в циклонах. Учитывая это, мы могли бы надеяться на более сильные ветра в антициклонах, но, фактически, все наоборот, потому что изобары расширяются при удалении от центра антициклона, в то время, как в циклонах, чем ближе к центру, тем больше градиент давления (сжатые изобары) и более сильный ветер. Также ветры имеют тенденцию ослабевать к центру антициклона, где воздух движется сверху и наоборот — в циклоне.

ЦИРКУЛЯЦИЯ НА ВЫСОТЕ

Уточним основную циркуляцию на высоте. Мы можем получить карту изобар для любой высоты, картинку распределения давления и, как дуют ветры. Метеостанции с помощью метеозондов определяют давление на различных высотах, данные обрабатываются центральным процессором и рисуются карты. Типичные таблицы погоды готовят для карт приземных, 850 гПа (~ 1600 м), 700 гПа (~ 3300 м), 500 гПа (~ 6000 м) и 300 гПа (~ 10 000 м). Эти высоты не точные, фактически таблицы показывают контуры определенного давления.