ХОЛОДНЫЕ ВОЗДУШНЫЕ МАССЫ

Полярный континентальный воздух (Ре) зимой. Над областью своего формирования полярный континентальный воздух зимой холоден и устой­чив. Его удельная влажность мала (помните, что холодный воздух может содержать меньшее количество влаги, чем теплый). Облаков немного или вовсе нет; имеющиеся облака по большей части представляют собой туман. [5]

Относительная влажность высот. Это может показаться на первый взгляд странным, но, если вы вспомните, что холодный воздух может содер­жать лишь небольшое количество влаги, вы поймете, что даже то неболь­шое количество, которое в нем имеется, очень близко к максимально воз­можному.

По мере движения на юг воздух образует то, что в просторечии назы­вается «холодной волной», а в метеорологии обозначается термином «хо­лодный фронт». С его вторжением метеорологические станции, над кото­рыми проходит холодная волна, отмечают заметное падение температуры. В воздухе наблюдаются довольно высокие скорости ветра, и обычно воз­никает турбулентность, простирающаяся до высоты около 1000 м. При прохождении над более теплой поверхностью нижний слой холодной воздуш­ной массы нагревается, а сама воздушная масса становится неустойчивой в пределах нижних 1000 м, причем в ней, естественно, возникает турбу­лентность. Движение более теплого воздуха из нижних слоев в более высо­кие и компенсирующее его опускание воздуха из верхних слоев создают нисходящее движение потенциально более теплого воздуха (см. рис. 32). Это вызывает повышение температуры у поверхности, что в свою очередь, понижает относительную влажность (вспомним, что теплый воздух может содержать больше влаги, чем холодный). Воздух обычно ясен и холоден, если только воздушная масса не проходит над сравнительно теплыми вод­ными пространствами, например, над районом Великих озер (случай, рас­сматриваемый ниже), или не вышла из зон, где она встретилась с воздуш­ными массами, обладающими другими свойствами.

Когда наблюдается достаточно мощное горизонтальное движение хо­лодного воздуха на юг, доходящее, предположим, до Мексиканского за­лива, вы можете быть безусловно уверены в том, что такая воздушная мас­са претерпит значительные изменения, так как нижние ее слои нагреются и содержание в ней влаги увеличится.

Увеличение содержания влаги и повышение температуры, происходя­щие осенью и в начале зимы при прохождении воздуха над Великими озе­рами, прежде чем они замерзнут, вызывают постоянные снегопады над Озерами и прилегающими к ним районами суши. Возвышенности к востоку от Озер вызывают дальнейший подъем холодной воздушной массы, что уси­ливает шквалы.

Если температура ниже точки замерзания, ваш самолет будет подвер­гаться во время полета опасности обледенения, существующей при шквалах и сопровождающих их облаках (преимущественно слоисто-кучевых). О свойствах шквалов я подробнее скажу ниже.

Полярный континентальный воздух и его изменения о „ Север Юг

OUMQU ^ ——— г

Полярный континентальный воздух иногда движется в юго-западном направлении через Скалистые горы из районов, прилегающих к Британ­ской Колумбии, и, наконец, достигает побережья Тихого океана. Подъем воздушной массы над восточными склонами гор вызывает снежные шква­лы и потерю влаги в виде осадков. У вершин гор воздух менее влажен, чем он был первоначально, вследствие выпадения из него осадков. Опус­кание воздушной массы над западными склонами гор вызывает адиабатиче­ское гіагревание, так что в конце концов воздушная масса подойдет к ли­нии побережья гораздо более теплой и сухой, чем она была первоначаль­но. Это создает на тихоокеанском побережье мягкую зимнюю погоду — гораздо лучшие условия, чем в случае притока воздуха с Тихого океана.

Рис. 51. Как правило, погода в полярном континентальном воздухе благоприятна для полетов, если воздух не претерпевает таких коренных изменений, какие вызываются подъемом через горы и нагреванием от вод­ной поверхности. Воздух довольно спокоен, кроме турбулентности, вы­зываемой неровностями местности и легким нагреванием снизу (зимой боль­шая часть поверхности США покрыта снегом, так что полярный конти­нентальный воздух изменяется не так быстро, как летом, когда весь снег стаял). К востоку от Великих озер часто бывают низкие потолки и плохая видимость из-за снежных шквалов. Вершины облаков над шквалами на­ходятся обычно на высоте от 1500 до 2 500 м; условия полета на этих вы­сотах более благоприятны, чем при полетах в облаках или под ними. При температурах ниже точки замерзания в облаках может наступить значи­тельное обледенение самолета. В облаках воздух турбулентен, но над ними совершенно спокоен. Вследствие более высокой относительной влажности потолки во время шквалов ниже всего в холодное время года. Весной потолки гораздо выше.

. Температура-32°С

t

Є §;

I S

із 52*

^ I

Температура і у поверхности -15 °С

Рассматривая рис. 51, вы можете подметить постепенное изменение воздуха. Вы заметите, что изменения незначительны, пока воздух не прой­дет над незамерзшей водой и нижний слой его не нагреется; когда воздух вберет в себя некоторое количество испарившейся влаги, образуются об­лака и начинаются снежные шквалы. Турбулентность шквала усиливает­ся, как только воздух динамически поднимается над возвышенной мест­ностью, удаляясь от берегов озера.

Рис. 52. Очень важно, чтобы вы поняли характер снежного шквала, вызываемого протеканием холодного воздуха над более теплой водной поверхностью. Судя по общему впечатлению, шквалы, наблюдаемые на берегах Великих озер, возникают в воздухе после того, как он прошел над озером и вступает в районы суши к востоку и югу от Озер. Однако факти­чески шквалы возникают над водой, как показано на рисунке, и вот как это происходит.

Холодный воздух, сухой и устойчивый, вступает с наветренной сто­роны озера, слева. Вследствие испарения из озера содержание влаги в воз­духе увеличивается, и воздух нагревается снизу от соприкосновения с бо­лее теплой водой. Как вы уже знаете, нагревание снизу делает воздух неустойчивым, вследствие чего в нем возникают вертикальные движения. Удельная влажность воздуха повышается благодаря поступлению в него влаги, так что количество влаги, могущей конденсироваться, больше, чем ее было в воздухе до прохождения над озером. Неустойчивость воздуха вызывает конвекцию (вертикальные движения), которая поднимает воздух на «высоту конденсации», т. е. до той точки, где охлаждение будет доста­точным для насыщения, конденсации влаги и ее осаждения в виде снега. Все это происходит над водой. Правда, подъем воздушной массы на про­тивоположном берегу (направо) усиливает, шквалы, но этот подъем не является их первопричиной. Кстати, заметьте разницу температур, ука­занную на рисунке. С левой стороны вы видите, что разница температур

у поверхности земли и на высоте 2000 м равна 17° С (так как это меньше адиабатического градиента, равновесие воздуха будет устойчивым). В пра­вой части рисунка разность температур у поверхности и на высоте 2 000 м равна 30° С, так как температура повысилась вследствие притока тепла снизу. Наблюдаемый температурный градиент больше адиабатического, который для 2000 м равен 20° С. Что это означает? Конечно, неустойчивое равновесие.

Рис. 53. Летом, когда зимний снег стаял и земля нагрета, поляр­ный континентальный воздух подвергается более быстрым изменениям, которые происходят как в области формирования, так и при движении воздуха из этой области. Ввиду нагревания снизу воздух становится слег­ка неустойчивым в области формирования, но остается еще совершенно ясным, как показано в левой части рисунка. Летом полярный континен­тальный воздух попадает в США реже, чем зимой, так как общая цирку­ляция атмосферы менее интенсивна. Когда воздух двигается на юг в теп­лое время года, содержание влаги в нем (удельная влажность) гораздо выше, чем зимой. Вследствие конвекции, вызванной нагреванием снизу, содержание влаги увеличивается и в верхних слоях, так как восходящие потоки воздуха поднимают влагу с поверхности вверх, распределяя ее более равномерно по всей воздушной массе. Температура воздуха срав­нительно низка, но разность между ночными и дневными температурами велика ввиду сильного нагревания днем и охлаждения ночью. После по­лудня часто возникает конвекция, достаточная для образования неболь­ших кучевых облаков (в виде комков ваты), как показано в середине ри­сунка. Спустя более продолжительное время, когда воздух получит зна­чительное количество влаги, оставаясь неподвижным над юго-восточными областями страны, образуются большие кучевые облака (как показано В правой части рисунка), иногда разражающиеся местными грозами,

Спуск к востоку от гор нагревает и очищает воздух

—Движение воздуха

Ясный, алее теплый воздух

| Тихий окёан^ЩЗападное побережьеI Рпс. 54.

После захода солнца воздух становится устойчивым благодаря охлажде­нию снизу. Летом охлаждение в течение одной ночи часто бывает достаточ­ным для образования в воздухе поземного тумана (см. рис. 34).

Летая летом в полярном континентальном воздухе, вы встретите спо­койный воздух вне облаков, конечно, выше слоя турбулентности, вызван­ного неровностями рельефа местности. Если после полудня проходят ме­стные грозы, то полет через облака будет, конечно, сопровождаться «бол­танкой», но вне района грозовых облаков господствует спокойный воздух. Над небольшими кучевыми облаками, не скопившимися в грозовые тучи, можно после полудня летать на высотах 2000—2500 м.

Полярный тихоокеанский воздух (Рр) зимой. Ввиду того, что северная часть Тихого океана к северу суживается и водное пространство к северо — западу и северо-северо-западу от США меньше, чем прямо к западу или к юго-западу, воздух над северной частью Тихого океана зимой обычно континентального происхождения, с изменениями, вызванными непро­должительным пребыванием над водой. Эти изменения, как это и можно было ожидать, происходят от нагревания воздуха снизу и его увлажнения, что вызывает, как мы знаем, неустойчивость.

Рис. 54. Над районом Алеутских островов воздух совершенно про­зрачен и холоден, так как он только что вышел из холодных континенталь­ных областей (см. левую часть рисунка). Неустойчивость, вызванная нагреванием, и поступление влаги снизу вызывают образование облаков и ливни по мере приближения воздушной массы к западному побережью Америки. Ливни часто начинаются за несколько сот миль от берега, в океане, как показано слева от середины рисунка. С приближением воздуха к ли­нии побережья ливневая погода становится более резко выраженной. Ког­да воздушная масса поднимается над Скалистыми горами, из воздуха про­должают выпадать осадки, главным образом в виде дождя, ввиду преобла-

Дания температур выше точки замерзания, а иногда и в виде снега, особен­но над высокими горными гребнями (справа от середины рисунка).

Большие изменения происходят в воздухе, когда он, пройдя над гора­ми, начинает опускаться к равнинам к востоку от гор. Большая часть вла­ги, содержавшейся в воздухе, пока он находился к западу от гор, теряется в виде осадков при прохождении над вершинами. Когда воздух опускается по восточным склонам горного хребта (как показано в правой части рисун­ка), он нагревается адиабатически и достигает равнин при гораздо более высокой температуре, чем он имел первоначально, и при значительно по­ниженной удельной влажности (вспомните процесс «с потерей всей влаги» на рис. 29).

Во время опускания к востоку от гор воздух становится чистым, теп­лым и очень устойчивым. Таким он остается долгое время при своем даль­нейшем движении на восток. Однако иногда такое течение процесса на­рушается. Это происходит в том случае, если район, непосредственно прилегающий к Скалистым горам с востока, занят полярным континен­тальным воздухом (Рс). Эта плотная холодная воздушная масса действует как клин, по которому полярный тихоокеанский воздух продолжает под­ниматься и к востоку от Скалистых гор, не^вступая в соприкосновение с поверхностью земли. Естественно, если воздух продолжает подниматься, то в нем попрежнему образуются облака, возникают конденсация и осад­ки, и к востоку от гор выпадает много снега.

Вы испытаете «болтанку» в облаках этой воздушной массы над водой, на побережье и пролетая над горами. Воздух влажнонеустойчив (см. рис. 30) и после насыщения становится турбулентным. Это значит, что вне облаков воздух гораздо спокойнее, чем в облаках. По временам вы будете встре­чать в облаках условия обледенения, особенно над горами, где температура часто бывает ниже точки замерзания. К востоку от гор, где воздух стано­вится теплее и чище, условия для полета идеальны.

Полярный атлантический воздух (Ра) зимой. В холодное время года полярный атлантический воздух является в Соединенных Штатах редким, но важным гостем, оказывающим влияние на северо-восточные части стра­ны и на область к востоку от Аппалачских гор. Хотя, подобно полярному тихоокеанскому воздуху (Рр), полярный атлантический воздух обычно является измененным воздухом континентального типа, свойства этих двух полярных океанских воздушных масс совершенно различны. Преж­де чем дойти до США, полярный атлантический воздух меняет свои свой­ства, проходя над северной частью Атлантического океана, которая холод­нее Тихого океана. Более холодная вода северной части Атлантического

океана вызывает в воздушной массе меньше изменений, чем более теплая вода Тихого океана. Неустойчивость в полярном атлантическом воздухе развивается только в нижних слоях, и ливней, происходящих от неустой­чивости воздуха, обычно не бывает. Осадки чаще принимают форму моро­сящих дождей, а иногда и снега, выпадающих из слоистых облаков (с чет­ко выраженными слоями).

Верхний предел этих облаков лежит на высоте 1500—2 400 м. Это объясняется тем, что глубина неустойчивого слоя очень невелика. Потолки по большей части низкие, особенно в районах осадков и над горными греб­нями в северо-восточной части США, так как относительная влажность обычно высока, что ведет к сравнительно незначительному адиабатическо­му охлаждению при подъеме до наступления насыщения и конденсации.

Зимой при полете через облака в полярном атлантическом воздухе сле­дует всегда считаться с опасностью обледенения. Если вам придется ле­теть продолжительное время через облака в полярном атлантическом воз­духе, ваш самолет покроется толстой коркой льда. Если у вас нет точных сведений об условиях обледенения, не испытывайте их на своем самолете! Конечно, мы знаем, что бестолковый Джо попытался бы лететь при таких условиях, но это его дело*

Над неровной местностью полярный атлантический воздух турбулен­тен в своих нижних слоях. Весной, когда воздушная масса нагревается сильнее и в ней развивается большая неустойчивость, появляются вы­званные этим ливни.

Полярный тихоокеанский воздух (Рр) летом. Летом, вместо того чтобы нагреваться снизу и становиться вследствие этого неустойчивым, полярный тихоокеанский воздух охлаждается и становится более устойчивым. В теп­лое время года вода в океане холоднее воздуха (обратное тому, что наблю­дается зимой) (см. рис. 45 и 48). Когда летом полярный тихоокеанский воз­дух двигается к берегу, на западном побережье США наблюдаются обшир­ные районы берегового тумана. Накопление более холодной океанской воды, характерное для прибрежной полосы, приводит к образованию у самого по­бережья пояса более холодной воды, чем в открытом море. Этот пояс более холодной воды еще больше охлаждает воздух, приближающийся с океана к линии побережья. Охлаждение воздуха снизу (создающее устойчивость) при большой силе ветра ведет к образованию слоистых облаков, имеющих различную вышину, но всегда располагающихся в нижних слоях воздуш­ной массы. При слабых же ветрах эти облака будут находиться совсем низко. Так как земля на побережье теплее воздуха и поэтому создает в нем неустойчивость, туманы распространяются лишь на узкую полосу суши вдоль берега. Когда в воздухе наступает неустойчивое равновесие, туманы и низкие облака рассеиваются, так как условием их существования являет­ся устойчивость атмосферы.

Вы замечаете, что в воздушной массе этого типа ливни выпадают только над высокими горами, над которыми воздух поднимается на большую вы­соту. Даже и тогда облака сравнительно невелики. Летая на западном побережье над вершинами облаков и туманов, вы будете находиться в спо­койном воздухе. Но будьте осторожны при спуске через облачный слой, так как низкие потолки и ограниченная видимость могут сделать посад­ку рискованной. Если вы заметите, что инверсия температуры (повышение температуры с увеличением высоты) над облаками происходит на высоте примерно 1200—1500 м и дует свежий ветер, вы можете ожидать высоких потолков и хорошей видимости. Наоборот, если основание инверсии (на­чало повышения температуры) лежит низко — примерно на высоте 750— 900 м— и ветер слабый, вы можете ожидать низких потолков и плохой видимости в воздушной массе ниже облачного слоя. Другими словами, слоистые облака образуются всегда под инверсией. Над сушей, вблизи побережья, всегда наблюдается болтанка, вызываемая неровностями мест­ности, но ее легко избежать, летя на большей высоте. Надеюсь, что вы за­помните все это.

Полярный атлантический воздух (Ра) летом. Эта воздушная масса характеризуется туманами над северным побережьем Атлантического океана и слоистыми облаками, иногда расположенными очень низко над поверхностью земли. Когда приток этого воздуха летом совпадает с баро­метрическими минимумами в северо-восточных штатах, господствуют низ­кие потолки и плохая видимость. Дело в том, что летом соотношение между температурами воздуха и воды в океанах обратно тому, которое сущест­вует зимой: поверхность океана не нагревает воздух, вызывая его не­устойчивость, как это бывает зимой. Наоборот, вода охлаждает воздух, вызывая устойчивость и создавая погоду, характеризующуюся слоистыми облаками и туманом. Вы легко поймете, что опасность полетов в такую погоду происходит от низких потолков и плохой видимости.