Специальные функции математической физики - Кафтанова Ю.В.
ISBN 978-966-2046-62-5
Скачать (прямая ссылка):
Чем ниже облака — тем выше в них плотность пара, вплоть до полной его конденсации в капли дождя.
Туман, кстати, можно смело назвать приповерхностным облаком пара, которое формируется у самой земли, а росу — вырожденным с точки зрения расстояния явлением дождя (капли росы не претерпевают процесс полета на землю, а осаждаются сразу же в месте формирования).
Над водами океана может формироваться дополнительный слой, в котором происходит активное испарение и насыщение воздуха теплыми парами воды.
Распределение плотности между слоями тропосферы может носить как более плавный, так и практически скачкообразный характер.
164
Схема распределения типов туч и облаков
Атмосферный фронт — это линия, где масса холодного воздуха сталкивается с массой теплого воздуха.
Если при встрече фронт теплого воздуха надвигается, фронт называют теплым фронтом.
Если надвигается холодных воздух — холодным фронтом.
Фронты обозначаются на метеорологических картах как показано на схеме.
Если теплый воздух вклинивается в пространство, занятое холодным воздухом, это явление называется депрессией. В результате образуется окклюдированный фронт. Именно в его зоне часто формируются смерчи.
Смерчи часто образуются на тропосферных фронтах в границах раздела в нижнем 10-километровом слое атмосферы, в которых разделяются воздушные массы с различными скоростями ветра, температурой и влажностью воздуха — то есть с различными фазовыми состояниями.
В области холодного фронта и низкого давления (где холодный воздух натекает на теплый) атмосфера особенно неустойчива и формирует в материнском облаке множество быстро вращающихся турбулентных вихрей.
Сильные холодные фронты образуются в весенне-летний и осенний период. Они отделяют, например, холодный и сухой воздух из Канады от теплого и влажного воздуха из Мексиканского залива или из Атлантического (Тихого) океана над территорией США — эту зону иногда называют Коридором торнадо. Разумные люди не строят в ней дома без капитальных погребов или подвалов.
Известны случаи возникновения небольших смерчей в ясную погоду при отсутствии облаков над перегретой поверхностью пустыни или океана — в этом случае формируется дополнительный приповерхностный слой, фазовое состояние которого скачкообразно отличается от общей атмосферной картины в целом. 165
Вихревые потоки в различных слоях тропосферы могут формироваться при движении атмосферных фронтов или в конвекционных потоках воздуха под действием избытка тепла у поверхности. В холодных фронтах и воздушных массах вихревые потоки возбуждаются легче, так как у холодного воздуха выше его плотность.
Кроме того, на формирование вихревых процессов в атмосфере непосредственное влияние оказывает вращение Земли вокруг своей оси и трение нижних слоев атмосферы о поверхность Земли с образованием вихрей различного масштаба. Но этого недостаточно для ударной волны.
Так как холодный воздух плотнее и тяжелее, а теплый — легче, сценарии наступления холодных и теплых фронтов отличаются. Холодный воздух холодного фронта опускается вниз и простирается вдоль поверхности земли длинным холодным языком — он как будто подползает снизу и постепенно вытесняет теплый воздух. Теплый фронт, наоборот, движется почти вертикальной стеной и резко вытесняет холодный воздух по всей длине фронта.
Так бывает при большинстве нормальных атмосферных процессов — за исключением аномального сценария движения холодного фронта во время сильной жары.
Если поверхность земли значительно накалена и сильно перегрета, холодный фронт не может двигаться вдоль поверхности Земли. Более того, перегретая зона может простираться практически на всю высоту тропосферы, обеспечивая свою высокую стабильность.
Тогда холодный фронт охлаждает узкую зону на некотором удалении от ее поверхности и вторгается длинным, узким и протяженным языком на некотором расстоянии от земли, разрезая параллельно поверхности Земли зону глобально-перегретого теплого воздуха.
Теплый воздух принудительно разделяется вдоль на два перегретых слоя, между которыми вторгается и движется относительно тонкий слой охлажденного воздуха. Толщина этого слоя часто совпадает с перепадом высоты между слоисто-дождевыми и слоисто-кучевыми облаками.
Но в некоторых случаях вторгающийся сверхмощный холодный слой может достичь уровня высокослоистых облаков и даже выше — при сверхмощных вторжениях, в то время как у поверхности земли воздух еще перегретый.
Насыщенный парами воздух движется в форме ветра и дует с океана на сушу, где влажный воздух постепенно поднимается вверх и охлаждается на высоте или на границе теплого и холодного слоев. На границе теплых и холодных воздушных масс часто формируются обильные облака — чем выше влажность воздуха и перепад температур, тем мощнее формируемый облачный покров.
При резком наступлении холодного сухого воздуха на зону перегретого влажного воздуха по аномальному сценарию слои атмосферы часто не перемешиваются. Таким образом, быстрого выравнивания условий в различных слоях тропосферы не происходит.
Более того — образуются очень резкие и скачкообразные перепады температуры, давления и влажности воздуха между узкими слоями тропосферы. И эти перепады формируют скачкообразные границы фазовых переходов, резко разделяющие слои воздуха, которые пребывают в различных фазовых состояниях. Одни воздушные массы имеют тропический генезис, другие — приполярный.
