Струйные течения
жүктеу/скачать 1,01 Mb.
|
Струйные течения
|
Струйные течения. Струйные течение и циклоническая деятельность. Влияние струйных течений на полет самолетов. Астана 2019 г СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ Струйные течения представляют собой узкие и весьма длинные зоны очень сильных ветров, расположенные сравнительно высоко над земной поверхностью, вблизи тропопаузы или еще выше. Только над высокими горами (например, Анды, Гималаи, Памиро-Алай) струйные течения располагаются сравнительно низко над поверхностью Земли (3-4 км) и обусловливают иногда сильные бури на горных перевалах. Эти сильные воздушные течения можно уподобить гигантским рекам, быстро текущим в медленно перемещающемся воздухе на их периферии. Струйные течения сильно изменчивы по интенсивности и по форме, а также по скорости смещения отдельных своих участков, они волнообразно изгибаются, меандрируют и даже отсекают от себя замкнутые кольца с антициклоническим или циклоническим характером циркуляции. При этом отдельные части струйных течений довольно быстро меняют свое географическое положение, тогда как другие, преимущественно зональные их участки, смещаются более медленно. Основные особенности струйных течений указаны в определении Всемирной метеорологической организации (ВМО): «Струйное течение – это сильный узкий поток с почти горизонтальной осью в верхней тропосфере или в стратосфере, характеризующийся большими вертикальными и горизонтальными сдвигами ветра и одним или более максимумами скорости. Обычно длина струйного течения составляет тысячи километров, ширина – сотни километров и толщина – несколько километров. Вертикальный сдвиг ветра имеет величину около 5-10 м/сек на километр и горизонтальный сдвиг – 5 м/сек на 100 км. Нижний предел скорости ветра на оси струйного течения условно считается 30 м/сек (108 км/час)». Установленный ВМО нижний предел величины скорости удобен для метеорологического обеспечения реактивных и турбореактивных самолетов, летающих в зоне струйных течений (СТ), так как ветер, превышающий 100 км/час, уже оказывает заметное влияние на путевую скорость этих самолетов. Следует предостеречь от формального применения критерия скорости 30 м/сек при анализе карт максимальных ветров. Если на отдельном участке скорость ветра на 2-3 м/сек меньше критической, это не означает, что СТ уже нет. Просто на этом участке оно оказалось ослабленным. При формальном применении критерия скорости ветра СТ может оказаться разбитым на ряд отдельных отрезков и единство его будет утеряно. Отмеченное в определении наличие одного или более максимумов скорости ветра отражает значительные изменения ветра вдоль оси СТ. Центральная часть СТ, обладающая наибольшими скоростями ветра, называется его сердцевиной. Линия максимального ветра внутри сердцевины ось СТ. Поперечное сечение сердцевины не превышает 50-100 км по горизонтали и 1-2 км по вертикали, а скорость ветра на границах сердцевины лишь немного меньше, чем на оси СТ. Слева от оси, если смотреть по потоку, расположена циклоническая сторона СТ, справа – антициклоническая. Иногда их называют соответственно холодной и теплой, но это верно лишь для средней и нижней тропосферы. Густота существующей сети радио ветрового зондирования часто оказывается недостаточной для точного определения положения оси СТ и максимальной скорости ветра. Может оказаться, что ни одно из ветровых зондирований не приходится на сердцевину СТ и что многие из них прерываются до достижения уровня максимального ветра. Поэтому интерполяцию и экстраполяцию данных радиоветрового зондирования полезно производить, принимая во внимание поступающие донесения штурманов реактивных самолетов о ветре, температуре, облаках и болтанке, данные метеорологических спутников об облаках и результаты анализа положения тропопаузы, высотных фронтальных зон и фронтов. СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ И ЦИКЛОНИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ Струйные течения с их большими скоростями и сдвигах ветра, со значительными отклонениями ветра от геострофического являются зонами хорошо развитой дивергенции и конвергенции скорости в верхней части тропосферы. Эти зоны дивергенции и конвергенции вызывают соответствующие изменения давления у поверхности земли. Поэтому структура поля ветра в СТ может играть важную роль в возникновении, развитии и ослаблении циклонов и антициклонов в умеренных широтах. С другой стороны, действуют и обратные связи: развивающиеся циклоны и антициклоны оказывают влияние на структуру и скорость ветра в СТ, которое в различных стадиях их развития будет неодинаковым. Определенную роль в изменении давления у поверхности земли играет и перенос вихря скорости в области СТ. Установлено, что в большинстве случаев давление у поверхности земли понижается там, где величина относительного циклонического (положительного) вихря скорости в верхней части тропосферы (практически на уровне 300 или 500 мб) уменьшается по направлению потока. Напротив, давление у поверхности земли повышается чаще всего там, где величина относительного циклонического вихря скорости в верхних слоях тропосферы увеличивается по направлению потока. Рост давления наблюдается также при уменьшении относительного антициклонического (отрицательного) вихря по направлению потока. Уменьшение относительного циклонического вихря скорости по направлению потока обычно наблюдается в передней (правой) части макромасштабной высотной ложбины ПВФЗ. Здесь как правило, возникают и наиболее интенсивно углубляются циклоны. Подтверждением этого факта является положение центров циклонов у поверхности земли, развивавшихся в передней части двадцати макромасштабных высотных ложбин в различных частях северного полушария с декабря 1950 г. по июнь 1951 г. Центры всех циклонов в трех стадиях развития (волновое возмущение, моделей и окклюдированный циклон) нанесены на схематическое изображение на карте АТ500 одной из макромасштабных ложбин за выбранный период (рис. 1). Положение каждого циклона определено по отношению к оси ПВФЗ и пропорционально расстоянию от места наибольшей кривизны изогипс АТ500 до южной, средней или северной трети правой части той высотной ложбины, под которой развивался данный циклон. Как видно на рис. 1, в южной трети передней части макромасштабной ложбины ПВФЗ, особенно там, где быстро убывает циклоническая кривизна изогипс, преобладают волновые возмущения. Для среднего участка ПВФЗ в правой части ложбины характерны молодые циклоны. Их центры в большинстве случаев лежат на оси ПВФЗ или левее ее, если смотреть по течению. В северной части макромасштабной ложбины, возле центра Н1‚ располагаются окклюдированные циклоны, превращающиеся в центральные малоподвижные циклоны. Значительно реже встречаются окклюдированные циклоны на холодной стороне ПВФЗ, в более южной части макромасштабной ложбины. Таким образом, та часть ПВФЗ, которая лежит между осью макромасштабной ложбины и осью гребня, справа от нее, является циклогенетической частью ПВФЗ. В этой части ПВФЗ антициклоны не образуются, между возникающими циклонами могут формироваться только низкие подвижные гребни и отроги. Они перемещаются вслед за циклонами по направлению воздушного потока в СТ, создаваемом данной ПВФЗ. Теплой стороне циклогенетической части ПВФЗ и СТ соответствуют у поверхности земли ослабевающие области высокого давления. Мощные антициклоны возникают в тылу макромасштабной ложбины между ее осью и осью высотного гребня, находящегося позади этой ложбины, если смотреть по направлению потока в СТ (рис. 1). Здесь относительный циклонический вихрь скорости увеличивается, а антициклонический вихрь уменьшается по течению, что является одним из условий роста давления. Роль этих факторов в развитии антициклона усиливают большие горизонтальные градиенты абсолютного геопотенциала в ПВФЗ. Положение центров антициклонов нанесено на рис. 1 по отношению к оси ПВФЗ таким же образом, как и положение центров циклонов. Развивающийся циклон обычно находится впереди и левее замкнутой области максимальных скоростей ветра в СТ и перемешается вместе с ней (рис. 2 а). Развивающийся антициклон, как правило, находится позади и правее замкнутой области максимальных скоростей ветра в СТ (рис. 2 б). Он перемещается вместе с этой областью. Изгибы ПВФЗ, а следовательно, и СТ, образующие высотные ложбины и гребни, могут рассматриваться как элементы длинных волн. При развитии динамической неустойчивости амплитуды волн со временем возрастают, ложбины углубляются и проникают в более южные широты, гребни усиливаются и распространяются все дальше к северу. В передних частях ложбин (и в тылу гребней) одновременно с их углублением происходят вторжения тропического воздуха, в тыловых частях ложбин (и в передних частях гребней) – арктического воздуха. Вторжения эти генетически связаны с развития и углубления высотной ложбины и усиления гребня. В конечном счете происходит переход к новому качеству: глубоко проникшие на юг или на север ложбины или гребни отсекаются. Так образуются центральные высотные циклоны и антициклоны, каждый со своим замкнутым кольцом СТ. Таким образом, концепция ПВФЗ и связанных с ними СТ приводит в систему наши представления о возникновении, развитии и движении высотных ложбин и гребней, циклонов и антициклонов. ВЛИЯНИЕ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ НА ПОЛЕТ САМОЛЕТОВ Полет реактивных самолетов с попутным ветром вдоль СТ позволяет уменьшить затрату времени и расход горючего. Но если полет происходит навстречу СТ, путевая скорость самолета заметно снижается, соответственно затрачивается больше времени и увеличивается расход горючего. Представление о влиянии СТ на полет дает следующий пример. 30 марта 1960 г. самолет ТУ-104 совершил беспосадочный рейс от Ташкента до Внуково при встречном северо-западном ветре в СТ за 4 часа 21 минуту. В тот же день другой самолет ТУ-104 выполнил рейс из Внуково в Ташкент с попутным ветром за 2 часа 59 минут. Путевая скорость самолета ТУ-104 при попутном ветре в СТ обычно превышает 1000 км/час. Так, например, самолет ТУ-104 на воздушной трассе Ташкент – Новосибирск между Аягузом и Семипалатинском при полете в СТ на высоте 10 км имел путевую скорость – около 1230 км/час при попутном ветре 330 км/час. Этот пример иллюстрирует карта АТ200, составленная по наблюдениям в 3 часа 5 октября 1961 г. (рис. 3). Иногда вследствие нарушения преобладающего в верхней тропосфере западного воздушного потока и установления восточного ветра над югом Сибири и центром Европейской территории СССР путевая скорость самолета увеличивается при полете с востока на запад и уменьшается при полете в обратном направлении. Такой случай наблюдался, например, 18-19 февраля 1959 г., когда скорость восточного ветра на уровне 300 мб превышала 100 км/час над большей частью воздушной трассы от Иркутска до Москвы. С целью использования сильных ветров в области СТ, когда они являются попутными, и обхода этих ветров, когда они бывают встречными, практикуются полеты через Атлантический и Тихий океаны с отклонением от установленных воздушных трасс. Такие «гибкие» трассы выбираются летчиками как оптимально выгодные по прогностическим картам абсолютной топографии ближайших к возможным уровням полета изобарическим поверхностям и по прогностической карте максимального ветра, на которой дано положение осей СТ. Полеты по строго установленным воздушным трассам при наличии СТ следует производить на наиболее выгодном уровне. При попутном ветре в СТ уровень полета должен выбираться ближе к уровню максимального ветра, при встречном – возможно выше или ниже этого уровня, но так, чтобы облака и турбулентность не препятствовали полету или не усложняли его. Для выбора уровня полета используются прогностические карты максимального ветра и абсолютной топографии выше и ниже лежащих изобарических поверхностей. Наиболее быстрое изменение скорости ветра может быть достигнуто при изменении высоты полета, поскольку вертикальный сдвиг ветра в СТ бывает на два порядка больше величины горизонтального сдвига. Ввиду больших вертикальных сдвигов (градиентов) ветра в СТ достаточно выбрать уровень полета на 2-3 км ниже или выше оси СТ, чтобы избежать сильных встречных ветров. Если предписанный эшелон не позволяет самолету уйти вниз или вверх от сильного встречного ветра, тогда нужно отклониться на допускаемое правилами полета расстояние вправо или влево от трассы. При значительных горизонтальных сдвигах (градиентах) ветра в СТ отклонение от его оси в сторону на 200-300 км приведет к ослаблению встречного ветра в полтора-два раза. Полет в СТ часто бывает связан с болтанкой, вызываемой турбулентностью в зонах больших горизонтальных (по нормали к потоку и вдоль потока) и вертикальных сдвигов ветра, а также резких изменений кривизны линий тока. Болтанку следует ожидать преимущественно в переднем левом секторе области наибольших скоростей ветра (если смотреть по направлению потока), очерчиваемой замкнутыми изотахами на карте максимального ветра или на карте АТ ближайшей к СТ поверхности 300 мб. На вертикальном разрезе СТ, сделанном по нормали к оси (рис. 4), зона болтанки чаще всего отмечается в левом нижнем квадрате, где изотахи наиболее сгущены. Правый тыловой сектор области наибольших скоростей на карте максимального ветра или на карте АТ300 и правый верхний квадрант' на разрезе (рис. 4) также характеризуются болтанкой, но она встречается реже и бывает слабее, чем в указанных выше областях. жүктеу/скачать 1,01 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|