Некоторые сведения о тропосферных струйных течениях. Что такое струйное течение, которое наблюдали в Ростове во время катастрофы

СТРУЙНЫЕ ТЕЧЕНИЯ, ИХ КЛ АССИФИКАЦИЯ, УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ И ПОЛ ЕТОВ В НИХ

Струйным течением (СТ ) называется узкая зона сильных вет ров со скорост ью

100 км/ч (30 м/с) и более большой горизонт альной протяженности.

Максимальная скорост ь ветра наблюдает ся в цент ральной части СТ, которая называется осью СТ . Вправо и влево от оси скорость ветра уменьшается. При эт ом горизонт альные сдвиги ветра могут достигать 10 м/с и более на 100 км расстояния, а вертикальные – 5…10 м/с и более на 100 м высоты.

СТ могут наблюдаться как в тропосфере (т ропосферные СТ), так и в ст ратосфере

(стратосферные СТ). При этом тропосферные СТ бывают: внет ропические, субтропические и экваториальные.

В Северном полушарии тропосферны е СТ направлены, как правило, с запада на восток,

но иногда они могут от клоняться к югу или к северу.

В поперечном сечении СТ может быть представлено в виде сильно сплющ енной

“т рубы” (рис. 10.2).

Рис. 10.2. Схематическое изображение струйного течения

Тропосферны е СТ наблюдают ся на высотах 7…11 км. Ось СТ обычно располагается на

1,5…2,0 км ниже т ропопаузы.

На террит ории СНГ СТ чаще образуются в холодное время года. Максимальная

скорость ветра (до 300 км/ч и более) наблюдается над Дальним Востоком, над остальной т еррит орией она достигает поряд ка 200 км/ч.

Наиболее интенсивными и устойчивыми являются субт ропические СТ. Максимальные скорости (650…750 км/ч и более) наблюд аются над Японией и Тихим океаном.

Для СТ характерно неодинаковое распределение т емперат уры и давления на правой и

левой сторонах (рис. 10.3).

Рис. 10.3. Распределение температуры и дав ления в струйном течении

На правой стороне от оси находит ся ТВ и наблюдается высокое давление, поэтому э та сторона называется антициклонической или теплой. На левой стороне нах одится ХВ и наблюдается низкое давление, поэтому эта сторона называется циклонической и холодной. Такое распределение температуры и давления в СТ объясняется тем, что в ХВ барическая ступень значительно меньше, чем в ТВ. Поэтому, на высотах низкое давление буд ет наблюдаться в ХВ, а высокое – в ТВ. А так как СТ – эт о ветер, т о в Северном пол уш арии оно направлено таким образом, чтоб ы слева ост авалось низкое давление и, следовательно, ХВ, а справа – высокое давление и ТВ.

Внетропические СТ связаны с главными атмосферными фронтами и высот ными фронт альными зонами (ВФЗ). Процесс образования СТ можно объяснить следующим образом (рис. 10.4). Больш ие контрасты температуры (8°С…10°С и более), наблюдаемые по обе ст ороны фронта, являются причиной возникновения больших горизонтальных градиент ов давления, а значит, и силы горизонтального барического град иента. Под воздействием эт ой силы начинается восходящее движение ТВ по фронтальной поверхности. При эт ом, чем больше конт раст температ уры, тем интенсивнее движение. В верхних слоях тропосферы ТВ встречает мощный задерживающий слой – тропопаузу. Тропопауза сверху, а фронтальная поверхност ь снизу образуют своего рода воздушные барьеры, ограничивающие свободный подъем ТВ. Под напором поднимающихся снизу масс воздуха верхний ТВ, “зажатый” с одной стороны тропопаузой, а с другой – фронтальной поверхностью, приобрет ает большую скорость и проносится вдоль ВФЗ как бы вдоль своеобразной аэ родинамической трубы. Восход ящие д вижения ТВ могут “поднимат ь” тропопаузу над СТ. По этому на левой стороне СТ т ропопауза, как правило, имеет очень крутой наклон.

Ось СТ, в основном, параллельна атмосферным фронтам, с кот орыми оно связано. Если

СТ связано с ТФ, то оно располагает ся в верхней тропосфере вперед и приземной линии теплого фронта на расстоянии 400…500 км. Если же участ ок СТ связан с ХФ, то СТ располагается в верхней тропосфере позади приземной линии ХФ на расстоянии 100…300 км (рис. 10.4).

Рис. 10.4. Синоптические условия образов ания струйного течения

СТ могут наблюдаться при ясном небе, но иногда они сопровождаются облаками верхнего яруса, которые располагаются преимущ ественно на правой стороне СТ. Сильными ветровыми потоками облака расчленяются на отдельные полосы, которые быстро перемещаются и своим движением указывают направление С Т. Облака обы чно располагаются ниже оси СТ на несколько сотен метров. В облаках возможна болтанка ВС, интенсивность которой можно определить по внешнему виду облаков – чем “неспокойнее” их вид, тем сильнее болт анка.

Наиболее опасным явлением в зоне СТ является возникновение на его периферии очагов т урбулентности. Причиной возникновения этих очагов является сильное торможение СТ на его внешних границах окружающим более спокойным возд ухом. В связи с резким т орможением пот ока образуются сд виги ветр а, приводящие к вихреобразованию. При этом очаги турб улентности черед уются со спокойными участками, их интенсивность и местоположение непрерывно изменяются. Наиболее интенсивными и опасными турбулентные очаги бывают на левой, циклонической стороне СТ, где горизонтальные сдвиги ветра в

1,5…2 раза больш е, чем на правой стороне (рисунки 10.5 и 10.6).

Рис. 10.5. Вихреобразование в струйном течении

Р ис. 10.6. Повторяемость болтанки в различных частях струйного течения

При от сут ствии облаков, ТЯН, вызывающая сильную болтанку, может начаться внезапно д ля экипажа и привест и к т яжелым последст виям. Опасная болт анка в зоне СТ наб людает ся в тех районах, гд е горизонт альные сдвиги вет ра более 6 м/с на 100 км расст ояния, и/или верт икальные – более 3 м/с на 100 м высот ы. Толщина слоя сильной б олтанки, как правило,

Самые благоприятные условия для полетов наблюдаются в цент ральной части СТ и на

его правой стороне. Но при этом необходимо учитыват ь, чт о при полет ах в СТ на высотах, б лизких к потолку, от клонение ВС в ст орону повыш ения температуры пред ставляет опасност ь, так как не исключена возможность его выхода в область значительных положительных от клонений температуры от стандартной атмосферы. В эт их сл учаях ВС может оказаться на высот е выше предельно допустимой, его уст ойчивост ь и управляемость б уд ут нарушаться, оно может непроизвольно терять высоту и “проваливаться”. Если при э том в атмосфере происход ят вертикальные пульсации ветра, ВС может попасть на критические углы атаки и срывные режимы.

И в нижней стратосфере с почти горизонтальной осью, характеризующееся большими скоростями, относительно малыми поперечными размерами и большими вертикальными и горизонтальными градиентами ветра. Такое течение напоминает гигантскую струю среди относительно слабых ветров окружающей атмосферы. Длина струйных течений - тысячи км, ширина - сотни км, толщина - несколько км. Максимальные скорости ветра наблюдаются на оси С. т. и могут колебаться от 108 км/ч до 250-350 км/ч. С. т. может существенно влиять на путевую скорость современных самолётов; на полёте сказывается также сильная турбулентность в области С. т.

Тропосферные С. т. вне тропических широт возникают в связи с фронтальными зонами (полярными фронтами, см. Фронты атмосферные) между воздушными массами тропосферы. Большие горизонтальные градиенты температуры в этих зонах приводят к возникновению больших градиентов давления, а с ними и сильных ветров в верхней тропосфере и нижней стратосфере. Оси С. т. чаще всего располагаются вблизи тропопаузы , на высоте 7-12 км, летом выше, чем зимой. Эти С. т. перемещаются и эволюционируют в своём развитии в связи с циклонической деятельностью на фронтах. В наиболее высоких широтах С. т. менее интенсивны и располагаются на более низких уровнях в связи с арктическими и антиарктическими фронтами. В субтропических широтах (25-40°) наблюдаются более устойчивые субтропические С. т. с осями на уровнях 12-14 км. Они связаны с т. н. субтропическими фронтами, которые обнаруживаются только в высоких слоях тропосферы, являясь результатом сходимости антипассатов и воздушных течений умеренных широт.

Основное направление переноса воздуха во всех тропосферных С. т. - с З. на В.; их следует поэтому рассматривать как усиление общего переноса воздуха с З. на В. в верхней тропосфере и нижней стратосфере. Вблизи экватора в слое 15-20 км часто возникают экваториальные С. т., связанные с внутритропической зоной конвергенции . Преобладающее направление ветра в них - восточное, в соответствии с общим переносом воздуха в этих широтах. Наблюдаются также стратосферные С. т. с осями на высотах между 25-30 км, зимой - западные в высоких широтах, летом - восточные в низких широтах.

Струйные течения являются существенными звеньями общей циркуляции атмосферы . Это обстоятельство, равно как и их практическое значение для воздушного транспорта, способствовали их усиленному эмпирическому и теоретическому изучению в 50-60-е гг. 20 в.

Литература:

• Погосян Х. П., Общая циркуляция атмосферы, Л., 1972;
• его же, Струйные течения в атмосфере, М., 1960;
• Воробьев В. И., Высотные фронтальные зоны северного полушария, Л., 1968;
• его же, Струйные течения в высоких и умеренных широтах, Л., 1960;
• Пальмен Э., Ньютон Ч., Циркуляционные системы атмосферы, пер. с англ., Л., 1973.

С. П. Хромов.

Струйное течение в атмосфере

(СТ) - 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 СТ составляет тысячи км, ширина - сотни км, толщина - несколько км. Вертикальный сдвиг ветра около 5-10 м/с на 1 км, а горизонтальный Струйное течение в атмосфере5 м/с на 100 км. Нижний предел скорости в СТ условно считается равным 100 км/ч и выбран с учётом того, что ветер, скорость которого превышает 100 км/ч, оказывает заметное влияние на путевую скорость летательных аппаратов, выполняющих полёт в зоне СТ. Центральная часть СТ, где скорости ветра наибольшие, называют сердцевиной, линия максимального ветра внутри сердцевины - осью СТ. Слева от оси, если смотреть по потоку, расположена циклоническая сторона СТ, справа - антициклоническая. Горизонтальные сдвиги на циклонической стороне СТ гораздо больше, чем на антициклонической, вертикальный сдвиг ветра обычно больше над осью СТ, чем под ней. Чем сильнее СТ, тем больше вертикальный сдвиг ветра в нём. Различают тропосферные и стратосферные СТ.
Тропосферные С. т. формируются в переходной зоне между высокими холодными циклонами и высокими тёплыми антициклонами в верхней тропосфере, образующими высотные фронтальные зоны. Высотные фронтальные зоны (ВФЗ) могут объединяться, образуя планетарную (сравнимую по размерам с размерами Земли) фронтальную зону. Оси тропосферных С. т. располагаются вблизи тропопаузы и в северном полушарии находятся на высоте 6-8 км над Арктикой, 8-12 км - в умеренных широтах, 12-16 км - в субтропиках.С. т. высоких и средних широт связаны с ВФЗ и атмосферными фронтами; они меняют своё положение вместе с ними. Субтропическое западное С. т. сравнительно устойчиво и сильно. Наиболее мощное на Земле субтропическое С. т. наблюдается в зимнее время над западной частью Тихого океана, где создаются большие контрасты температуры в тропосфере между тёплым воздухом над поверхностью океана и холодным воздухом над восточной Азией.
На картах представлены средние скорости ветра на изобарической поверхности 300 гПа (соответствует высоте около 9 км) в северном полушарии зимой и летом. Видно, что зимой во внетропических широтах С. т. образуются над севером Атлантического океана и Европы. Субтропические С. т. почти окаймляют земной шар на широте 25-30(р). Они более мощные, чем внетропические С. т. Средние скорости в центре С. т. превышают 150 км/ч, а над Японскими островами - 200 км/ч. Летом в связи с прогревом воздуха во внетропических широтах и уменьшением горизонтального градиента температуры между низкими и высокими широтами С. т. ослабевают. Они чаще образуются над севером Европы. В соответствии с сезонными радиационными условиями субтропические С. т., ослабевая, перемещаются к северу. Над Азией и Северной Америкой они находятся летом на широте 40-45(°). С. т. изображаются и с помощью вертикальных разрезов атмосферы.
Стратосферные С. т. расположены выше тропопаузы. Зимние западные С. т. возникают в зоне больших меридиональных градиентов температуры и давления зимнего стратосферного циклона, расположенных между приполюсной областью и более низкими широтами. Ось этого С. т. находится на высоте 50-60 км на широте около 50(°), скорость ветра меняется от 180 до 360 км/ч. Положение и высота западного стратосферного С. т. может меняться при зимних стратосферных потеплениях, во время которых холодный циклон меняет своё местоположение и интенсивность и замещается теплым антициклоном. В соответствии с радиационными условиями летнее стратосферное С. т. устойчивого восточного направления возникает на обращённой к экватору периферии летнего стратосферного тёплого антициклона. Ось С. т. расположена на высоте 50-60 км, на широте около 45(°); средняя скорость ветра на оси до 180 км/ч. Экваториальное С. т. восточного направления находится летом вблизи экватора (от 0 до 15-20(°) широты) с осью на высоте 20-30 км и максимальными скоростями ветра до 180 км/ч.
При метеорологическом обеспечении полётов летательных аппаратов прогнозируется положение тропосферных С. т., высоты осей С. т. и максимальная скорость ветра. Эти данные включаются в авиационные прогностические карты барической топографии, вручаемые экипажам воздушных судов.

Авиация: Энциклопедия. - М.: Большая Российская Энциклопедия .Главный редактор Г.П. Свищев .1994 .

Аэрологические наблюдения помогли изучить многие особенности ураганных ветров на высотах – струйных течений в атмосфере.

На ежедневных картах барической топографии в средней и верхней тропосфере, как и в нижней стратосфере, обнаруживаются переходные зоны между высокими холодными циклонами и тёплыми антициклонами. Это уже знакомые нам фронтальные зоны. Высотные фронтальные зоны окаймляют земной шар в обоих полушариях.

К числу основных характеристик высотных фронтальных зон относят градиенты температуры, влажности, давления и ветра. Во фронтальных зонах очень часто скорости ветра на высотах превышают 30 м/с (108 км/ч).

Своё название струйные течения получили в 1940-х гг. Они представляют собой сильные воздушные течения (струи) в середине воздушных потоков, имеющих малые скорости. Они быстро перемещаются вместе с высотными фронтальными зонами, усиливаясь или ослабевая.

Струйное течение (по определению Аэрологической комиссии ВМО) – сильный узкий поток с квазигоризонтальной осью, расположенной в верхней тропосфере или стратосфере, и характеризующийся большими горизонтальными и вертикальными изменениями градиента скорости ветра с наличием одного или нескольких максимумов скорости ветра.

Длина струйного течения – порядка тысяч километров, ширина – сотен километров, вертикальная мощность – несколько километров. От оси струйного течения к его периферии скорости ветра быстро уменьшаются. Максимальные скорости ветра на оси могут достигать 50–100 м/с, за нижний предел условно принимается 30м/с. Изменение градиента скорости ветра называется сдвигом ветра . Сдвиг ветра в зоне струйных течений достигает больших величин, как в горизонтальном (10 м/с и более на 100 км), так и в вертикальном направлении (около 5–10 м/с на 1 км).

Струйные течения характерны для всех районов земного шара. По высоте расположения их делят на тропосферные и стратосферные.

Тропосферное струйное течение – перенос воздуха в виде узкого течения с большими скоростями ветра в верхней тропосфере или нижней стратосфере, с осью вблизи тропопаузы; в полярных широтах – также и на более низких уровнях.

Тропосферные струйные течения делятся на:

струйные течения умеренных широт (полярно-фронтовые),

субтропические струйные течения,

арктические струйные течения.

Тропосферные струйные течения характеризуются западным направлением ветров в течение года.

Струйные течения умеренных широт возникают между высокими антициклонами и циклонами (рисунок 67). Они являются наиболее подвижными, а по интенсивности наиболее изменчивы. Высота оси струи располагается чаще всего на уровне 7–10 км зимой и 8–10 км летом. Максимальные скорости на оси изменяются в широких пределах в зависимости от контрастов температуры в высотных фронтальных зонах. Средние мах скорости ветра обычно равны 40–50 м/с, иногда превышают 80–100 м/с.

Рисунок 67 – Струйное течение умеренных широт

Субтропические струйные течения в Северном полушарии формируются на северной периферии высоких субтропических антициклонов. Они менее подвижны. Высота оси течения 12–14 км. Средний максимум скорости ветра зимой превышают 50–60 м/с, летом – 30–40 м/с. Зимой течения смещаются в сторону тропиков и находятся над широтами 25–35°. Летом она (зона течений) смещена к северу над океанами на 50–10°, над материками – на 10–15°. Струйные течения особенно интенсивны у восточных берегов Азии и Северной Америки и относительно слабее выражены над восточными районами Атлантики и Тихого океана.

Стратосферные струйные течения – струйные течения с осью выше тропопаузы. Такие течения наблюдаются на всех широтах. Среди них различают:

струйное течение на краю полярной ночи. Западное течение в верхней стратосфере и мезосфере планетарного характера, возникает зимой вблизи полярного круга, в зоне больших меридиональных градиентов температуры между приполюсной областью, где господствует полярная ночь, и более низкими широтами, где наблюдается суточная смена дня и ночи. Ось его расположена на высоте около 60 км.

летнее стратосферное струйное течение. Восточное струйное течение планетарного характера в стратосфере, оно возникает на обращённой к экватору периферии летнего стратосферного антициклона, ось его расположена в среднем на широте 45° и высоте около 60 км, средняя скорость ветра на оси около 50 м/с.

экваториальное струйное течение. Восточное струйное течение в стратосфере вблизи экватора (не далее, чем под 15–20° широты), его ось расположена на высоте около 20–30 км, максимум скорости ветра 50 м/с. Режим его неустойчив.

Струйные течения обычно изображают на вертикальных разрезах атмосферы. На них наносятся изотахи (линии равных скоростей ветра), изотермы, атмосферные фронты, тропопауза.

Струйные течения играют важную роль в режиме атмсферной циркуляции. Они – главные артерии атмосферы. Знание их особенностей важно для авиации, особенно для безопасности полётов.

Что мы знаем о голубой атмосфере Земли? Давайте совершим небольшое путешествие в ее глубины.

Когда говорят об атмосфере в целом, ее делят на четыре большие области, на четыре «этажа». Первый — самая нижняя часть атмосферы — тропосфера. Верхняя граница этой области в разных местах различна. У экватора она простирается до высоты 15-18 км, а у полюсов — только до 7-9. Здесь находится четыре пятых всей массы воздуха, и именно здесь формируется погода.

Второй этаж атмосферы носит название стратосферы. Интересно, что она лежит не сразу за тропосферой, а отделена от нее промежуточным слоем воздуха (1-3 км толщиной) — тропопаузой, или субстратосферой. Это, как бы, небольшой переход между этажами. Положение этого перехода не остается постоянным. Он, то понижается, то повышается.

С тропопаузой связаны особые струйные течения в атмосфере. С этим загадочным явлением столкнулись, например, во время американской интервенции в Корее. Бойцы Народной армии наблюдали с земли очень странную картину. Некоторые американские бомбардировщики, летевшие на большой высоте, вдруг останавливались в воздухе, и иногда даже начинали медленно пятиться назад! Напуганные необычным явлением, американские летчики думали, что Народная армия Северной Кореи применяет против них какое-то новое, секретное оружие. Оказалось, что самолеты попадали в «воздушные реки»- своеобразные воздушные потоки, текущие с очень большой скоростью.

Изучение этих необычных потоков показало, что они образуются, как правило, у тропопаузы. Воздушные потоки действительно во многом напоминают большие реки. Ширина их составляет 100 и более километров, а глубина — несколько километров. Необыкновенно высока скорость течения «воздушных рек». Она достигает, порой -350-400 км в час. Чтобы представить себе эту скорость, достаточно вспомнить, что при сильнейших тропических ураганах скорость ветра редко превышает 200-250 км в час. Такой ветер вырывает с корнем могучие деревья, разрушает очень прочные постройки, гонит воду рек вспять. А течение «воздушных рек» еще быстрее!

Не удивительно, что самолеты, попадая в эту «реку», не могут лететь против течения. Страшной силы ветер гасит почти всю их скорость. «Воздушные реки» возникают в различных районах и быстро перемешаются. Они довольно извилисты и тянутся на сотни и тысячи километров. Известны и стратосферные струйные течения, возникающие на высоте 25-30 км.

Замечено, что в наших умеренных широтах «воздушных рек» значительно больше, чем над тропиками и у полюсов. Когда самолет летит по течению такой «воздушной реки», он резко увеличивает скорость. Известен случай, когда рейсовый самолет, летевший из США в Англию, неожиданно прибыл к месту назначения на 3 часа раньше расписания. Выяснилось, что он попал в «воздушную реку» и ее стремительные «волны» прибавили ему дополнительно несколько сотен километров скорости.

Стратосферный этаж поднимается до 80-90 км над земной поверхностью. Здесь стоит неизменно ясная погода, но часто дуют сильнейшие ветры. Исследования последних лет показали, что в стратосфере существует своя зима и свое высотное лето. Здесь обнаружены полярные области, умеренные широты и зона экватора.