Понять небо

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.

Циркуляция на высоте теряет такую детальность, как у поверхности, и показывает только какие-то характерные черты в крупных масштабах. Совершенно законченные, замкнутые циркуляции, это циклоны и антициклоны, частота их уменьшается с высотой. Чаще встречаются гребни в зонах высокого давления и впадины при низком. Типичная циркуляция в верхних слоях с характерными особенностями показана на рисунке 65.

Рис. 65.Гребни и впадины