Виды вертикал ьных движений возд уха и причины их возникновения

Атмосфера является чрезвычайно т урб улентной средой, в которой наряд у с горизонтальными движениями воздуха (ветро м) наблюдают ся и вертикальные движения в виде восход ящих и нисходящ их пот оков. Вертикальные движения играют очень важную роль в развит ии атмосферных процессов. Под их возд ействием происходит перенос т епла и влаги от подстилающ ей поверхности вверх, образуют ся или размываются облака, возникают или прекращаются осад ки, развивает ся грозовая деятельность, появляются турбулентные зоны, где наблюдает ся сильная болтанка ВС и т.д.

В зависимости от причин образования различают следующие виды верт икальных движений воздуха:

- конвекция;

- восход ящее скольжение;

- динамическая турб улентность;

- волновые д вижения.

Конвекция - это вертикально направленны е восх одящие или нисходящие движения воздух а. Конвекция может быть термической и вынужденной.

Термическая к онвекция (рис. 5.1) возникает в результат е неравномерного нагревания Солнцем подстилающей поверхности (например, суша нагревается быстрее, чем водная поверхност ь, пашня быстрее, ч ем лесной массив и т.д.). Над более нагретыми участками поверхност и воздух б ыстро прогревается, становится т еплее окружающего и, как более легкий, начинает поднимат ься вверх. Рядом с таким восход ящим пот оком появляется нисходящий.

Термическая конвекция образуется также при движении холодного воздуха по теплой подстилающей поверхности. Термическая конвекция может иметь вид неупорядоченных потоков воздуха и может проявлят ься в виде мощных упоряд оченных восходящ их и нисходящих движений воздуха. При неупорядоченной конвекции, котор ую иногд а называют термической т урб улент ност ью, происходит образование беспорядочных струек или пузырей воздух а, поднимающихся вверх или оседающ их вниз вблизи земной поверхност и. При упорядоченной конвекции в восходящих и нисходящих движениях участвуют достат очно большие массы возд уха. Горизонтальная протяженност ь конвективных зон составляет несколько километров, но бывает и несколько десят ков километ ров.

Рис. 5.1. Термическая конвекция а) неупорядоченная;

б) упорядоченная.

Термическая конвекция имеет хорошо выраженный суточный и годовой ход с максимумом развит ия летом после пол удня.

Вынужденная к онвекция (рис. 5.2, 5.3) образуется:

а) при подтекании холодного воздуха под теплый воздух на холод ных фронтах;

Рис. 5.2. Вынужденная конвекция на холодных ф ронтах

б ) при нат екании т еплого воздух а на крут ые склоны гор (орографическая конвекция).

Рис. 5.3. Вынужденная (орографическая) конвекция

Конвекция распространяется до высоты от нескольких сотен метров до нескольких километров, иногда ох ватывает всю тропосферу. Скорость восходящ их потоков может д остигать 30…40 м/с и более, нисходящие – 10…15 м/с. Конвекция, как термическая, т ак и вынужденная, приводит к образованию облаков вертикального развития: кучевых, мощно- кучевых, кучево-дождевых и вызывает сильную болтанку воздушных судов в полете.

Восходящее скольжение - эт о наклонное движение больших масс воздуха, которое наблюдается:

а) при натекании теплого воздуха на холодный воздух на теплых фронтах (рис. 5.4);

Рис. 5.4. Натекание теплого воздуха на холодный воздух

б) при натекании теплого воздуха на пологие склоны гор (рис. 5.5);

Рис. 5.5. Натекание теплого воздуха на пологие склоны гор

в) при медленном подт екании холодного возд уха под т еплый возд ух на холодном фронте

I рода (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Медленное подтекание холодного в оздуха под теплый

Скорость восходящего скольжения 5…10 см/с, горизонтальная протяженность - несколько сотен и даже тысяч километров.

Восходящ ее скольжение приводит к об разованию слоистообразных облаков. Так как скорость восходящего скольжения очень мала, то болтанка ВС в зоне таких верт икальных движений от сутст вует .

Динамическая турбулентность - это беспорядочные восходящие и нисходящие вихри, возникающ ие при горизонт альном перемещ ении и трении воздуха о под стилающую поверхност ь (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Динамическая турбулентность

Динамическая турбулентность наблюдается в люб ое время года и суток. Ее инт енсивност ь зависит от скорост и ветра и рельефа. Чем сильнее ветер у земли и больше ш ероховатость земной поверхности, тем интенсивнее динамическая турбулентность.

Скорость вертикальных движений при динамической турбулентности достигает

нескольких десят ков сантиметров в секунду. Наблюдается в слое от земли до высоты

1…1,5 км. В летнее время года термическая конвекция и динамическая турбулент ность часто наблюдаются одновременно. Динамическая т урб ул ент ност ь приводит к образованию волнист ообразных облаков нижнего яруса и обуславливает на э тапах взлет а и посадки слабую, реже умеренную болт анку.

Волновые движения воздуха возникают в слоях инверсии и изотермии (на их верхней и нижней границах) вследствие разности плотности и скорости движения возд уха над и под инверсией. Подобно тому, как на поверхност и моря, являющейся границей между д вумя средами (водой и воздухом), возникают волны, т ак и граница инверсионного слоя представляет соб ой волнист ую поверхность. При э том в вершинах волн имеют место восход ящие движения, в долинах - нисходящие (рис. 5.8).

Волновые движения возд уха образуют ся т акже в горных районах на подветренных ст оронах гор (подветренные или горные волны). При определенных условиях волновые движения в горных районах охватывают почти всю тропосферу, а иногда проникают и в ст ратосферу. Скорости восходящих и нисходящих потоков при волновых движениях д остигают нескольких мет ров в секунду.

Рис. 5.8. Волнов ые движения воздуха

При дост аточном влагосодержании в гребнях волн образуются волнистообразные облака.

При полете и пересечении таких волн наблюдает ся циклическая болтанка ВС.