Выйдя в море под парусами, вы, скорее всего, столкнетесь с различными погодными условиями в зависимости от времени суток. Ранним утром может быть совершенно ясное небо и легкий ветер, но после восхода солнца возможно появление кучевых облаков (1). Одновременно усилится и немного изменит направление ветер. К полудню кучевые облака могут стать крупнее (2), а иногда они становятся настолько большими, что начинается ливень или даже гроза. Дождевые облака обычно имеют большие закругленные вершины и тяжелые темные основания (3). Грозы случаются нечасто, в основном во второй половине дня или вечером, и большинство облаков редко вырастают до таких больших размеров, как показано на рисунке (4) Наиболее сильный ветер поднимается днем, но вечером, при ясном небе (5), ветер ослабевает и становится менее порывистым, а за ночь он может упасть почти до штиля. Когда это случается, при рваных облаках могут образоваться полосы тумана (6).
| 
| 
|
| 1 Небольшое кучевое облако предвещает хорошую погоду, которая будет продолжительной. При невысоких облаках такого типа можно ожидать переменного ветра | 2 Когда кучевые облака значительно увеличатся, может пойти дождь. Если скругленные вершины поднимаются вверх, ливни будут сопровождаться сильными ветрами | 3 Когда грозовое облако вырастает среди небольших кучевых облаков, возможны сильные ливни, снег или шквал, а также грозы |
| 
| 
|
| 4 Грозовое облако, которое вызвало грозу. Возможен очень сильный ветер с переходом в штормовой и быстрое падение температуры | 5 Чистое небо на закате можно наблюдать в случае, когда конвекционное облако, сформировавшееся в течение дня, исчезнет или когда, как на рисунке, фронт проходит стороной | 6 Прибрежные районы покрыты туманом. Формирование обширных областей тумана происходит, когда теплый и влажный воздух находится над более холодной поверхностью воды. Туман подобного типа может не рассеяться даже после восхода солнца, как это обычно происходит с туманом над сушей |
Подобные изменения направления ветра, формы облаков и температуры называют суточными изменениями. Их основные составляющие показаны на схеме возникновения и разрушения инверсии. Солнце в большей степени нагревает землю и в меньшей - воду, так как поверхность воды отражает значительную часть солнечного излучения. Поднимающееся с поверхности земли тепло нагревает воздух и образуются конвекционные потоки - восходящие и нисходящие течения, вызванные подъемом теплого воздуха, охлаждением и последующим опусканием его. Состояние атмосферы считают нормальным, когда температура воздуха падает с ростом высоты Чем выше, тем ветер становится сильнее, так как уменьшаются силы трения о поверхность земли.
|
|
Усиление ветра в дневное время объясняется тем, что под действием нисходящих течений холодные потоки воздуха опускаются из верхних слоев атмосферы Во второй половине дня температура поверхности земли понижается, конвекционные течения замедляются и ветер ослабевает. Возникновение легких ночных ветров имеет аналогичное объяснение: холодный воздух вблизи поверхности земли вытесняет более теплый воздух вверх. Это явление, прямо противоположное нормальному (когда слои воздуха с более низкой температурой должны быть выше), называют инверсией. Инверсионный слой не позволяет соединяться ветрам верхнего и нижнего слоев, и, следовательно, ветер приземного слоя, сталкиваясь с препятствиями на поверхности, теряет свою скорость. Самой низкой скорость ветра будет на закате, когда ложатся полосы тумана и температура понижается. До полного восхода солнца земля будет остывать, но затем возникнут конвекционные потоки, и дневной цикл повторится. Различные изменения погоды могут расстроить эту модель, которая характерна для устойчивой погоды.
|
|
| 
| 
|
| Формирование инверсии Ночью холодный воздух вытесняет вверх более теплый. Между потоками теплого и холодного воздуха образуется инверсионный слой | Разрушение инверсии Солнечные лучи вызывают мощные конвекционные потоки теплого воздуха, которые прорываются через инверсионный слой и ветер становится переменным |
| 
| 
|
| Как поднимается воздух Менее плотный теплый воздух поднимается над массой более плотного и холодного воздуха | Воздух, получивший тепло от нагретой поверхности суши, поднимается, охлаждается и снова опускается | Воздух поднимается над такими препятствиями, как холм или гора |
КАК РАЗВИВАЕТСЯ ПОГОДА
Прежде, чем делать предположения относительно ожидаемой погоды, необходимо изучить, как развиваются различные модели погоды.
Насыщенность воздуха водяными парами зависит от температуры: теплый воздух содержит больше влаги, чем холодный. При охлаждении воздуха пар конденсируется, образуются водяные капельки, которые собираются в облака.
Охлаждение воздуха происходит двумя путями. Первый - теплый воздух поднимается вверх, расширяется и отдает тепло массам холодного воздуха. Другой -теплый воздух может войти в контакт с чем-либо более холодным, например с поверхностью земли, в результате образуется туман. Подъем теплого воздуха вверх может быть трех видов: медленный подъем теплого воздуха над холодным (происходит вдоль фронтов); быстрый подъем воздуха в конвекционных потоках; подъем воздуха по склонам холмов или гор.
|
|
Облака образуются главным образом в тропосфере; в зависимости от высоты различают три слоя облаков: нижний ярус - до 2 км над поверхностью земли - состоит из кучевых и слоистых облаков; средний ярус - от 2 до 8 км - высококучевые и высокослоистые облака; верхний - от 8 до 15 км -перистые, перисто-слоистые и перисто-кучевые. Знание формирований облаков различных типов важно для прогнозирования погоды.
Не из всех типов облаков выпадают осадки: низкое облако, которое кажется тонким, дождя не предвещает, из тяжелого облака, поднимающегося высоко и содержащего мельчайшие капли и кристаллы льда, дождь выпадает сильный.
Количество водяного пара в воздухе (соответственно размер и тип облака) в значительной степени зависит от пути, который прошли воздушные массы. Воздух, прошедший над океаном, содержит много влаги, а воздушные массы, сформировавшиеся над сушей, будут сравнительно сухими.
|
| Преобладающие ветры Участки суши и различные системы давления вызывают изменения основных направлений ветров по всей Земле. Голубыми стрелками показаны потоки теплого воздуха, черными - холодного |
Хотя движение воздуха воспринимается как ветер, дующий над морем, оно захватывает и верхние слои высотой 16 км и более. Вся эта масса может быть теплой или холодной, влажной или сухой. Холодный воздух более плотный (относительно среднего значения), в то время как теплый воздух имеет меньшую плотность. Поэтому столб холодного воздуха весит больше, чем столб равного объема теплого воздуха. Вес столба воздуха, распределенного на единице площади, называют давлением: плотный холодный воздух в приземном слое создает высокое давление, а более теплый и менее плотный воздух - низкое давление. Характер образования теплых и холодных масс воздуха не всегда одинаков. Они изначально возникают в экваториальной и полярных областях, где получают соответственно самое большое и самое малое количество тепла. Разница в давлении между воздушными массами заставляет их двигаться из области высокого давления к области низкого. И хотя теоретически воздушные массы должны двигаться строго прямо, вращение Земли смещает траекторию их движения вправо в Северном полушарии и влево в Южном. На экваторе воздушные массы двигаются прямо от области высокого давления к области низкого. Движения масс воздуха, которые воспринимаются как ветер, также далеки от постоянства и образуют потоки, схематично показанные на рисунке.
Тип погоды в значительной степени зависит от района, где сформировалось воздушное течение. Воздушная масса высокого давления из зоны субтропиков, двигаясь в направлении полюсов, постепенно охлаждается, и водяной пар, содержащийся в ней, образует низкое облако, часто закрывающее большую часть неба. Как крайний случай, облако образуется на уровне моря и дает широкую полосу тумана. Такое воздушное течение называют устойчивым. С другой стороны, воздушные массы высокого давления, движущиеся от полюсов в более теплые районы, образуют холодное воздушное течение, слои которого становятся тем теплее, чем они ближе к поверхности земли. Это неустойчивое воздушное течение. В теплых слоях воздуха в нисходящем течении возникают конвекционные потоки и, следовательно, образуются кучевые облака. Очевидно, существуют периоды, когда теплый и холодный потоки, встречаясь, формируют ярко выраженную пограничную зону - своего рода поле боя, на котором в результате противостояния воздушных потоков складывается сложная погодная обстановка.
Линию, или границу, где встречаются холодные и теплые массы, называют фронтом окклюзии. Иногда клин теплого воздуха внедряется в массу холодного. Потоки холодного воздуха, циркулирующие вокруг клина, искажаются, размеры их увеличиваются, пока не приобретут форму волны (см. стадию 1 диаграммы). Именно эта волна теплого воздуха более низкого давления, чем окружающий холодный воздух, формирует то, что называют циклоном. Из-за западного потока ветров, движущихся с высокой скоростью, циклоны, сформировавшиеся в Северной Атлантике, перемещаются в в восточном или северо-восточном направлении.
На рисунке показаны три стадии жизненного цикла циклона. На второй стадии ядро хорошо развито и клин теплого воздуха, называемый теплым сектором, зажат холодным воздухом и спереди, и сзади. Ведущую кромку массы теплого воздуха, называют теплым фронтом, а заднюю кромку - холодным фронтом. В третьей, заключительной, стадии циклона холодный фронт сталкивается с теплым и в результате ядро теплого воздуха сжимается у поверхности земли, что говорит о разрушении циклона.
| 
| 
|
| 7 Перистое облако состоит из кристаллов льда и часто служит первым признаком предстоящего падения давления | 8 Если вслед за перистыми облаками появляются перисто-слоистые, значит, надвигается плохая погода | 9 Просветы в высокослоистом облаке свидетельствуют, что надвигающаяся погода не будет слишком плохой |
| 
| 
|
| 10 Высокослоистые облака, закрывающие все небо, обычно предшествуют дождю | 11 Слоисто-дождевые облака обычно расположены низко и состоят из нескольких слоев | 12 Слоистые, наиболее низкие из всех, облака появляются вместе с теплыми влажными воздушными потоками и могут туманом ложиться на побережье и холмы |
На диаграмме справа показаны три стадии циклона. Сечение верхней схемы по штриховой линии дано внизу. Цифры относятся к приведенным выше фотографиям
| 
|
ИЗМЕНЕНИЯ ПОГОДЫ
В умеренных широтах, как правило, основным изменениям погоды предшествует ряд понижений давления с вклинивающимися между ними областями высокого давления. Понижение давления имеет для яхтсменов большое значение: при резком падении давления ветер обычно усиливается до штормового и даже при небольшом перепаде давлений меняет свое направление.
Области высокого давления, или антициклоны, - это области, где холодный плотный воздух опускается и становится теплее. Обычно они гораздо стабильнее, чем области низкого давления (см. с. 265), и летом несут с собой долгие периоды теплой сухой погоды. В таких областях образуются небольшие облака, обычно достаточно высоко, но облака могут быть и низкими, особенно над морем. Ветры, дующие в областях высокого давления, довольно слабы. На ход метеоэлементов высокого давления может влиять рельеф берега, если ветер дует на холмистый берег, или морские бризы, сила и направление которых меняются в течение суток (см. с. 273).