Файл: Колодочка А.С. Метеорологические условия стрельбы артиллерии учебное пособие.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 04.04.2024
Просмотров: 106
Скачиваний: 2
Развивается оно преимущественно в тропосфере и особенно в ее нижних слоях.
Кроме термической конвекции, большую роль в вертикальном обмене тепла играет так называемая динамическая конвекция — турбулентность, которая возникает при горизонтальном передвиже нии воздушных масс со скоростью, превышающей 3—4 м/сек. В этом случае движущиеся в горизонтальном направлении массы воздуха испещрены множеством беспорядочно распределенных маленьких вихрей, то поднимающихся, то опускающихся. Эти перемещающие ся в вертикальном и горизонтальном направлении вихри и создают динамическую конвекцию. Перенос тепла путем тепловой и динами ческой конвекции имеет в пределах тропосферы' первенствующее значение и нередко превосходит в сотни и тысячи раз перенос тепла путем теплопроводности и в1десятки раз — путем земной длинно волновой радиации.
В среднем за год температура земной поверхности, как извест но, остается почти постоянной; следовательно, приток тепла должен равняться его расходу. Земная поверхность расходует часть тепла на таяние снега и испарение, а также непрерывно теряет тепло за счет длинноволновой радиации в атмосферу и конвекции. Однако пока приход тепла от солнца превышает его расход, земная поверх ность нагревается. Когда же расход тепла становится больше при хода, что особенно характерно для зимы и для ночей, начинается охлаждение земли. Как только температура поверхности земли окажется ниже температуры прилегающих масс воздуха, последние также начинают охлаждаться. При этом степень охлаждения воз духа уменьшается по мере увеличения высоты над земной поверх ностью.
Охлаждение поверхности земли, как и ее нагревание, происхо дит неравномерно в зависимости от ее физических свойств. Поверх ность суши охлаждается быстрее, чем водные поверхности. Наибо лее интенсивно охлаждается снеговая поверхность из-за большой лучеиспускательной способности снега. Неравномерное охлаждение поверхности земли вызывает неравномерное охлаждение и приле гающих масс воздуха. Охлажденный слои воздуха приобретает большую плотность, поэтому тепловая конвекция в этом случае воз никнуть не может, а динамическая конвекция значительно умень шается. Наибольшее охлаждение земной поверхности и прилегаю щего слоя воздуха, как и нагревание их, происходит в ясную, без облачную погоду, когда атмосфера наиболее прозрачна.
Помимо перечисленных тепловых процессов, происходящих в атмосфере, большое значение в ее тепловом состоянии имеет пе ренос тепла воздушными и морскими течениями.
§ 9. ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ И АТМОСФЕРНЫЕ ФРОНТЫ
Погода определенного района в данный момент времени зависит от физических свойств воздушной массы, расположенной над этим
40
районом, и от физических процессов, происходящих в ней. С другой стороны, чем дольше воздушная масса находится над данным рай оном, тем больше сказывается влияние подстилающей поверхно сти* этого района на физические свойства воздушной массы.
Наиболее резкие непериодические изменения погоды связаны со сменой воздушных масс, т. е. с прохождением: атмосферных фрон тов, что в свою очередь тесно связано с образованием, развитием и перемещением тропосферных барических систем — циклонов и антициклонов.
С
Рис. 6- Географическая классификация воздушных масс
Воздушные массы разделяются:
1.По характеру относительной температуры — на теплые и хо лодные.
2.По месту формирования (географическая классификация —
рис. 6) — на арктические,' умеренные (полярные), тропические
иэкваториальные.
3.По характеру подстилающей поверхности — на континен
тальные и морские.
Теплой (холодной) называется воздушная масса, с приходом которой в данный район связано потепление (похолодание). При шедшая теплая (холодная) воздушная масса, взаимодействуя с бо лее холодной (теплой) подстилающей поверхностью данного рай она, постепенно охлаждается (прогревается). Изменение свойств воздушной массы, т. е. ее трансформация, приводит к тем или иным изменениям погоды, а значит — к изменениям метеорологических условий стрельбы артиллерии.
Погода в воздушной массе над данным районом в значительной степени определяется предшествующим путем воздушной массы
ирайоном ее формирования, поэтому воздушные массы классифи
*Подстилающей поверхностью принято называть все разнообразие покро
ва земли: наличие суши или водной поверхности, различная растительность, почвы и породы разного состава, цвет поверхности, степень уплотнения и влажности почвы и т. п.
41
цируются также по месту их формирования. Районы формирования воздушных масс в общем располагаются соответственно широтным зонам, поэтому основные типы воздушных масс в тропосфере по месту их формирования получили следующие названия: арктиче ский воздух, умеренный, тропический и экваториальный. Похарак теру подстилающей поверхности каждый из этих основных типов (кроме экваториального) подразделяется на континентальный и морской воздух.
Арктический воздух формируется в районах Арктики, покрытых большую часть года снегом и льдами. Этот воздух характеризуется низкими температурами и медленным убыванием температуры
свысотой, малой абсолютной влажностью и хорошей видимостью
впределах до 10—20 км. Морской арктический воздух в отличие от континентального обладает большей влажностью и меньшей устой
чивостью.
Умеренный воздух формируется над районами умеренных (сред них) широт. Наиболее характерные его свойства — большая абсо
лютная и |
относительная влажность, |
значительная запыленность, |
|
а поэтому и пониженная видимость, |
особенно над сушей. |
Конти |
|
нентальный умеренный воздух в зимнее время близок |
по своим |
||
свойствам |
к континентально-арктическому воздуху, а летом — |
к континентально-тропическому.. Морской умеренный воздух более влажный, чем континентальный; в холодное время года он теплее континентального воздуха, а летом — холоднее. В целом умерен ный воздух не обладает столь определенными свойствами, как арк тический или тропический воздух. Объясняется это тем, что в сред ние широты, где он формируется, вторгается то арктический, то тропический воздух и, медленно передвигаясь и задерживаясь здесь, изменяет свои первоначальные свойства. Поэтому умерен ный воздух часто называют переходным.
Местом формирования тропического воздуха являются районы субтропических широт и частично тропики. Континентальный тро пический воздух формируется над районами северной' Африки и Малой Азии, а летом, кроме того, — над южными районами уме ренных широт, в частности — над южными районами Советского Союза. Этот воздух характеризуется очень большой прогретостью до высоты 2—3 км, обычно резкими колебаниями температуры
внижних слоях от дня к ночи, большой запыленностью и плохой видимостью, малой абсолютной и особенно относительной влаж ностью в дневное время. Морской тропический воздух формируется
всубтропиках Атлантического' и Тихого океана. Этот воздух, при ходя в континентальные районы, характеризуется большой прогре тостью до высоты 1,5—2 км, очень большой абсолютной влаж ностью и малой запыленностью. Зимой с вторжением морского тро пического воздуха в умеренные широты обычно наблюдаются сильные оттепели.
Каждой воздушной массе соответствует, как правило, свой тип
погоды.
42
Благодаря воздушным течениям массы воздуха, получившие те или иные свойства в районе их формирования, перемещаются вдоль земной поверхности. Скорость перемещения воздушных масс в от дельных случаях может достигать до 80 км!час и более. При этом разнородные по свойствам воздушные массы соприкасаются, и меж ду ними образуется узкая переходная зона или в пространстве — некоторый слой. При незначительной толщине переходного слоя он условно отождествляется с поверхностью, которая называется фрон тальной, или поверхностью раздела. Эту поверхность раздела при нято называть атмосферным фронтом, или просто фронтом. Иногда фронтом называют линию пересечения поверхности раздела с зем ной поверхностью (линия фронта). При прохождении атмосферных
|
|
|
|
Теплый Воздух, |
|
х м Л ы й |
|
|
— ___ ® |
||
Ваздих |
ч - / |
‘ |
-------------- |
оС |
|
|
|
|
|
ф ронт альная | |
|
|
|
НалраВления дбижения |
з о н а |
||
|
|
|
ф ронт а |
|
|
Рис. 7. |
С х е м а |
р а з д е л а |
м е ж д у т е п л ы м и и х о л о д н ы м и в о з д у ш н ы м и м а с с а м и |
||
фронтов |
обычно наблюдается |
в горизонтальном и вертикальном |
|||
направлениях |
резкое изменение в значениях |
основных метеорологи |
ческих элементов: температуры, давления, влажности, ветра и т. д. Кроме того, в переходной зоне обычно развиваются такие явления погоды, как характерная облачность, осадки и другие.
При соприкосновении теплых и более холодных масс воздуха по верхность раздела между ними обычно очень сильно наклонена в сторону холодных масс, как показано на рис. 7. Объясняется это тем, что менее плотный теплый воздух как бы всплывает над! хо лодным или более холодные воздушные массы подтекают под теп лые, образуя своего рода острый клин холодного воздуха. Угол на клона фронтальной поверхности к горизонту (а) обычно составляет несколько'десятков минут, а тангенс этого угла — менее 0,01. Мощ ность фронтальных слоев по вертикали может достигать 0,5 км и даже больше, а ширина фронтальной зоны в горизонтальной пло скости — до 50—60 км.
В соответствии с направлением перемещения атмосферные фронты делятся на два основных вида: теплые и холодные. Теплым называется фронт, перемещающийся в сторону холодной воздушной
массы (рис. 8,6). |
Холодным называется фронт, перемещающийся |
|||
в сторону теплой воздушной массы |
(рис. 8,а ). |
|
||
Кроме этого, |
фронты принято |
еще подразделять на главные |
||
и вторичные. |
В основе последнего деления лежит географическая |
|||
классификация |
воздушных масс. |
Различают |
три типа главных |
|
фронтов: арктический, полярный и тропический. |
Арктический фронт |
43
разделяет арктический и умеренный воздух, полярный — умерен ный и тропический, тропический — тропический и экваториальный воздух. Тропические фронты в умеренных широтах не встречаются. Главные фронты разделяют основные географические типы воздуш ных масс и в1большинстве случаев характеризуются наибольшими контрастами метеорологических элементов, значительным развити ем облачности, осадков и других атмосферных явлений. Вторичны-
c. Холодный, |
франт |
■ Б. Теплы й ф рант |
Рис. 8. |
Профили холодного и теплого фронтов |
ми фронтами называются разделы между различными частями од ной и той же воздушной массы, которые наблюдаются при ее боль шой неоднородности. Вторичные фронты обычно характеризуются меньшими изменениями метеорологических элементов и меньшей погодной активностью, чем главные.
Рис. 9. Схема вертикального строения теплого фронта
Рассмотрим более подробно основные фронты — теплый и хо лодный, а также характер изменения метеорологических элементов и погоды при их прохождении через данный район.
Теплый фронт, перемещаясь в сторону холодной воздушной мас сы, является поверхностью, по которой теплый воздух как бы скользит, поднимаясь вверх, по клину холодного. Восходящее скольжение теплого воздуха захватывает главным образом слои, непосредственно прилегающие к фронтальной поверхности, и рас пространяется до высоты 5—7 км, а иногда и больше. Вследствие адиабатического охлаждения в поднимающемся теплом воздухе происходит конденсация водяных паров и образование облаков. Облака располагаются в виде облачной системы вдоль поверхности
44
теплого фронта, как показано на рис. 9. Из облаков, главным обра зом слоисто-дождевых, выпадают обложные осадки, которые обыч но охватывают предфронтальную зону шириной 300—400 км. Осад ки, выпадающие из высоко-слоистых облаков, в большинстве своем испаряются, не достигая земли. При обычной скорости движения теплого фронта в 30—50 км/час продолжительность обложных осадков составляет 6—12 часов и даже больше. Если фронт мало подвижный, то данный пункт длительное время остается в зоне об ложных осадков, которые могут продолжаться сутками с коротки ми перерывами без прояснений.
Рис. 10. Схема вертикального строения холодного фронта 2-го рода
Распределение температуры по вертикали перед теплым фрон
том характеризуется |
обычно |
ее повышением |
или постоянством |
||
в пределах |
переходной зоны. |
Давление перед |
теплым |
фронтом |
|
в большинстве случаев падает. |
В среднем это падение составляет |
||||
3—4 мб за |
Три часа, |
а в отдельных случаях |
может |
достигать |
7—10 мб и даже больше. С прохождением теплого фронта осадки прекращаются (иногда обложные осадки переходят в морось), дав ление почти не меняется или даже слегка повышается, температу ра повышается, а ветер резко поворачивает вправо.
Холодный фронт, перемещаясь в сторону теплой воздушной мас сы, вызывает в большинстве случаев резкое похолодание. При этом падение Температуры достигает нередко 103 за 1—2 часа. При пе ремещении холодного фронта нижние слои холодного воздуха не сколько задерживаются в своем движении по сравнению с вышеле жащими слоями. Вследствие этого клин наступающего холодного воздуха имеет тупую форму (рис. 10). При большой скорости дви жения такой клин оттесняет воздух в направлении движения, при этом теплый воздух над большей частью фронтальной поверхности находится в активном нисходящем движении, перед самой же ли нией фронта вытесняется вверх. При вынужденном подъеме теплый воздух адиабатически охлаждается, и в передней части клина и не
45