Файл: Колобков Н.В. Атмосфера и ее жизнь.pdf

П о н я ти е об а тм о сф е р н ы х ф ро нтах

Нередко во время поездки на далекое расстояние, на­ пример из Москвы в Харьков, мы на всем пути не обна­ руживаем сколько-нибудь значительного изменения по­ годы, а иногда достаточно проехать в пригородном поез­ де, чтобы заметить резко выраженное изменение погоды. Если бы мы посмотрели в дни нашего путешествия на приземную синоптическую карту погоды, то увидели бы, что в первом случае наш маршрут пролегал внутри одно­ родной воздушной массы, во втором — мы из одной мас­ сы воздуха переместились в другую, с иной погодой, и пересекли некую переходную зону. Резкие изменения погоды соответствовали границе соприкосновения воз­ душных масс. При этом чрезвычайно важно то, что в пе­ реходной зоне развиваются явления погоды, которых нет ни в одной из двух соприкасающихся воздушных масс. Такую переходную зону называют фронтальной зоной; таким образом, мы пересекли атмосферный фронт и свя­ занные с ним явления погоды.

При соприкосновении двух воздушных масс более холодная из них всегда располагается отлогим клином под более теплой. Угол наклона, под которым переход­ ная зона пересекается с поверхностью земли, очень мал и измеряется долями градуса. Чтобы представить себе угол наклона на модели, нам пришлось бы взять дере­ вянную линейку длиной в один метр, положить ее на стол и приподнять ее конец на 0,5—1,0 см (наклон составит '/гоо—’/юо).

Фронты бывают^ теплые и холодные. Теплый фронт перемещается в сторону низких температур. После про­ хождения теплого фронта наступает потепление. Холод­ ный фронт перемещается в сторону высоких температур. После прохождения холодного фронта наступает похоло-

54

К П

10

Перистые

Вьткоетистые Перистмоитыв

Слоисто - дождевые

Теплый Воздух

Рис. 8. Теплый фронт в вертикальном разрезе.

дание. Фронты хорошо выражены в циклонах, где на­ блюдается сходимость холодных и теплых воздушных те­ чений. В антициклонах фронты размываются, так как воздушные течения в них расходятся. Скорость движе­ ния фронтов колеблется в широких пределах. В Европе средняя скорость перемещения фронтов достигает 700 км в сутки, а иногда 1200—1500 км. В зоне фронта обычно наблюдается подъем воздуха, адиабатическое охлажде­ ние, образование облаков и осадков. В случае теплого фронта происходит восходящее движение теплого воз­ духа над пологим клином холодного. Ввиду малого на­ клона клина восхождение осуществляется с малой ско­ ростью и растягивается на большую площадь. Облака имеют преимущественно слоистый характер, а осадки — затяжной характер. Перед теплым фронтом идут высокие перистые и перисто-слоистые облака, которые за 12— 15 часов предвещают ухудшение погоды. В системе хо­ лодного фронта теплый воздух попадает под нажим вала холодного воздуха. У фронта развивается бурная кон­ векция, образуются мощные кучево-дождевые облака

55

с ливнями, грозами и сильными шквалами. Зимой отме­ чается сильный снегопад с ветром. За несколько часов до прихода холодного фронта на горизонте появляются его предвестники — мелкие высококучевые облака (ба­ рашки).

О возникновении циклонов и антициклонов

Если провести изобары (линии одинакового давления) на синоптической карте погоды, то всегда можно обна­ ружить существование областей пониженного давления (циклонов), в которых давление уменьшается к центру, и областей повышенного давления (антициклонов), в ко­ торых давление увеличивается к центру. Вокруг центров таких областей изобары располагаются в виде концент­ рических замкнутых кривых. Установлено, что внутри циклона воздушные массы неустойчивы, а фронты обост­ ряются, и, наоборот, внутри антициклонов воздушные массы более устойчивы, особенно зимой, а фронты раз­ мываются. В связи с этим циклоны являются областями плохой погоды, а антициклоны — хорошей. Это, в общем, верно, хотя исключения из этого правила нередки.

Циклоны и антициклоны —■это крупные атмосферные вихри, они возникают в тесной связи с атмосферными фронтами или, как говорят, являются возмущениями на атмосферных фронтах. За последние 100 лет было выска­ зано много различных гипотез о природе возникновения циклонов и антициклонов. X. П. Погосян и Н. Л. Таборовский в начале сороковых годов показали, что циклоны и антициклоны возникают и развиваются под областями расходящихся и сходящихся высотных воздушных тече­ ний при условии, когда контраст температур в системе высотной фронтальной зоны достаточно велик (более 8—10°). Появившееся на фронте возмущение пред­

56

теплого и постепенно его догоняет, то через некоторое время фронты смыкаются, т. е. образуется фронт окклю­ зии, и теплый сектор постепенно исчезает. Наступает ста­ дия окклюдированного циклона. После вытеснения вверх

и охлаждения теплого воздуха «питание» циклона пре­ кращается.

Процесс окклюзии является поворотной точкой в жиз­ ни циклона, который вскоре весь заполняется холодным воздухом и погибает. Осадки и ветер ослабевают, давле­ ние в центральной его области быстро возрастает. Через некоторое время от бурного циклона остается малопод­ вижный слабый вихрь.

Обычно вслед за возникновением одного циклона об­ разуются другие, т. е. развивается целая серия их. Всего может быть до 3—5 циклонов, причем головной давно бывает окклюдированным, в то время как следующие за ним циклоны находятся в более ранних стадиях своего развития. Между циклонами располагаются языки хо­ лодного воздуха в виде «гребней» повышенного давления. Скорость движения циклонов в среднем 30—40 км/час, а иногда до 100 км/час. Диаметры их нередко достигают более 1500—2000 км.

По мере старения циклоны замедляют движение и становятся малоподвижными. В глубоких, штормовых циклонах зимнего времени давление в центре может по­ низиться до 950 мб. Серия циклонов обрывается вхож­ дением с севера обширной области повышенного давле­ ния — антициклона.

В противоположность циклонам антициклоны возни­ кают под областями сходящихся высотных течений. Вна­ чале образуется гребень повышенного давления, внутри которого затем появляется замкнутая изобара. В даль­ нейшем антициклон усиливается и одновременно растет в высоту, заполняя<*ь теплым воздухом и замедляя свое движение. В следующей стадии начинается ослабление и разрушение антициклона.

Воздух в приземном слое антициклона движется от центра к краям и одновременно вокруг центра в направ-

58

лении по часовой стрелке (в северном полушарии). На место растекающихся потоков опускаются воздушные массы из более высоких слоев. Опускание воздуха ведет

кнагреванию его (вследствие сжатия) и, следовательно,

крассеиванию облачности. Поэтому и погода в антицик­ лоне обычно бывает малооблачной. Зимой благодаря сильному излучению при ясном небе антициклоны сопро­ вождаются сильными морозами в приземном слое, а ле­ том по причине сильного нагрева воздуха — жарой.

Для центральной части антициклона характерны лишь слабые ветры, или штиль; к краям ветры возра­ стают иногда до сильных, особенно зимой. Летом метео­ рологические элементы имеют ярко выраженный суточ­ ный ход, например прохладно ночью, жарко днем, ветер ночью стихает, днем значительно усиливается и т. д.

Средняя скорость движения антициклонов меньше, чем у циклонов,— 20—25 км/час, антициклоны часто оста­

навливаются и могут держаться в одном районе неделю и больше.

ГРОЗНЫЕ ЯВЛЕНИЯ ПОГОДЫ

Грозы. Грозой называется процесс конденсации во­ дяного пара в атмосфере, сопровождающийся молнией и громом, т. е. видимыми и слышимыми электрическими разрядами. Молния и гром всегда связаны с облаками и, как правило, с дождем, градом или снегом.

Издавна гроза поражала воображение человека. Грозы приводили в ужас наших предков, плохо защищен­ ных от непогоды. Пожары и смерть от ударов молнии производили на них потрясающее впечатление. Древние славяне чтили бога Перуна — творца молнии, древние греки — Зевса-громовержца.

В наше время все эти легенды стали далеким прош­ лым, и гроза нашла свое естественное объяснение. Люди научились обезвреживать молнию.

Особенно сильное впечатление производит гроза над местом наблюдения — «прямо над головой», когда удар грома следует за ударом, когда бушует ураганный ветер и из темных облаков хлещет ливень.

Ученые издавна пытались понять и изучить это гроз­ ное явление атмосферы. В XVIII в. была построена пер­ вая электрическая машина. Она напоминала точильный станок, только вместо камня в ней вращался стеклянный шар, соприкасающийся с сукном. Машина давала пере­ межающиеся искры в 3—4 см длиной.

Первым ученым, серьезно занявшимся изучением ат­ мосферного электричества в России, был наш гениальный соотечественник М. В. Ломоносов. Он построил в середи­ не XVIII в. вместе со своим другом проф. Г. В. Рихманом «громовую машину». Над крышей своего дома Ломоно­ сов укрепил железную стрелу, нижний конец которой уходил внутрь здания. К нижнему концу стрелы прикреп­ лялась железная линейка и шелковая нить (подобие со­ временного электроскопа). При близкой грозе из линей­ ки можно было извлекать электрические искры. Так Ло­ моносов экспериментально доказал тождественность природы молнии и электрической искры в лаборато­ рии.

Однако такого рода опыты были очень опасны. Метал­ лические шесты являлись настоящими «молниеприводами», грозящими исследователям гибелью. И действитель­ но, исход оказался-роковым. В 1753 г. во время грозы при опытах был убит Рихман шаровой молнией, «притя­ нутой» в комнату этим сооружением.

Бесстрашный в экспериментах с атмосферным элек­ тричеством .Ломоносов опасался, чтобы «сей случай не

60

был протолковал противу приращения наук», и не без основания. Не только в крепостнической России, но и в других странах церковники объявили поход против иссле­ дования молний. Многие из этих мракобесов встретили смерть Рихмана со злорадным торжеством.

Но гибель Рихмана не устрашила ученых, а застави­ ла еще более настойчиво проводить свои исследования. Борьба с молнией продолжалась. 25 ноября 1753 г. на заседании Академии наук Ломоносов изложил свою тео­ рию, которая в основном правильно объясняла, почему и как накапливается атмосферное электричество. Молния является результатом электрического разряда между облаком и землей или между облаками, заряженными разноименным электричеством.

За рубежом опыты с атмосферным электричеством производил в 1752 г. выдающийся американский ученый Вениамин Франклин. Известен его опыт с воздушным змеем, который Франклин снабдил железным стержнем и на шелковом шнуре запускал в грозовые облака. Дождь смочил шнур и превратил в проводник электриче­ ского тока. Прикосновение к шнуру металлическим клю­ чом, служившим разрядником, вызвало довольно боль­ шие искры, сопровождавшиеся треском.

Накопление экспериментального материала над элек­ трическим полем атмосферы и большие Теоретические работы, выполненные как русскими, так и зарубежными учеными, позволили к началу XX в. выявить картину рас­ пределения электрических разрядов в атмосфере и тех возмущений электрического поля, которые приводят к образованию молний.

Крупные работы по атмосферному электричеству выполнены Главной геофизической обсерваторией им. А. И. Воейкова. Полученные данные позволили опре­ делить характер и особенности протекания атмосферно-

61