Учебные вопросы:
1. Синоптические термины.
2. Классификация облаков.
3. Местные ветры.
4. Тромбы, торнадо.
5. Шквал.
6. Шкала Бофорта.
7. Шкала Сэфайра-Симпсона оценки интенсивности ураганов.
Учебный вопрос № 1: Синоптические термины:
Воздушные массы.
Характер погоды над любыми районами земного шара зависит от перемещения и эволюции синоптических объектов:
циклонов и антициклонов, атмосферных фронтов, воздушных масс.
Воздушная масса - это количество воздуха в тропосфере, соизмеримое по площади с большими частями материков и океанов и обладающее некоторыми общими физическими свойствами.
Горизонтально воздушные массы измеряются тысячами километров, а вертикально - несколькими километрами.
Воздушные массы имеют разную классификацию:
- тёплые, холодные, нейтральные;
- устойчивые и неустойчивые.
В зависимости от района земного шара, где происходит формирование воздушной массы, они подразделяются по географической классификации:
- арктический воздух;
- воздух умеренных широт;
- тропический воздух;
- экваториальный воздух.
Каждая из перечисленных воздушных масс имеет свои характерные особенности:
Арктический воздух, который формируется над северными широтами и Северным Ледовитым океаном, самый холодный, чистый и прозрачный.
Зимой он приносит сильные морозы, а осенью и весной заморозки. С ним связаны и летние прохладные дни.
Полярный воздух, который формируется над умеренными широтами, имеет более высокие температуры, повышенную влажность, менее прозрачен и чист.
Самый тёплый, а летом даже жаркий - это тропический и экваториальный воздух.
Атмосферные фронты.
Переходная зона между двумя соседними воздушными массами, которые различаются по своим свойствам, называется фронтальной зоной или атмосферным фронтом.
Пересечение этой зоны с поверхностью земли называется линией фронта.
На фронтальной зоне тёплая и холодная воздушные массы перемешиваются между собой, образуя переходный слой, ширина которого может быть до 100 км.
При смещении холодного фронта, холодный воздух идёт на смену тёплому. Холодный воздух, как более тяжёлый, подтекает под отступающий тёплый воздух. При этом происходит быстрый подъём вытесняемого тёплого воздуха, образуются мощные кучевые облака с ливнями и грозами. При прохождении холодного фронта дует сильный порывистый ветер, падает температура. В случае тёплого фронта тёплый воздух идёт на смену холодному. Тёплая воздушная масса, как более лёгкая, натекает на холодную. Но тёплый воздух поднимается вверх сравнительно медленно. При смещении тёплого фронта образуются слоистые облака и выпадают обложные осадки. При смыкании тёплого и холодного фронтов формируются фронты окклюзии. При этом объединяются облачные системы тёплого и холодного фронтов.
По географическим признакам различают следующие фронты:
- арктические;
- полярные или фронты умеренных широт;
- тропические.
Каждый географический фронт в среднем проходит в весьма определенных широтах:
- арктический - по широте 60 - 80°;
- полярный - по широте 40 - 50°;
- тропический - южнее Японии.
Зимой фронты, как правило, смещаются в более южные широты, летом - в более северные.
Циклоны.
Циклон - это атмосферное возмущение с пониженным давлением воздуха, диаметр которого колеблется от тысячи до нескольких тысяч километров.
В центре циклона давление воздуха минимальное по сравнению с окружающими районами.
Образующийся вихрь имеет различное направление вращения:
в циклоне северного полушария - против часовой стрелки,
в южном полушарии - по часовой стрелке.
Циклоны бывают глубокие, которые несут значительные ухудшения погоды, и неглубокие, которые лишь изменяют характер погоды, не вызывая опасных явлений погоды.
По географическому району возникновения различают внетропические и тропические циклоны.
Циклоны, возникающие в Атлантическом океане, носят название ураганов.
Строение циклона:
Тёплый сектор циклона - это зона, заключённая между тёплым и холодным фронтами, содержащая тёплый воздух.
Летом в этом секторе при прояснениях бывает просто жарко, зимой отмечаются оттепели.
В этой зоне обычно не бывает очень сильных ветров, ослабевает падение давления, уменьшается интенсивность осадков, часто отмечается моросящий туман.
В передней части циклона погода определяется свойствами тёплого фронта: перед фронтом образуется мощная система облаков, идут дожди обложного характера, давление быстро падает, в глубоких циклонах отмечаются сильные ветры восточной составляющей.
Воздух холодный, но теплее, чем в тыловой части циклона.
Тыловая часть циклона расположена за холодным фронтом.
Она является обычно самой холодной.
Дожди в основном носят ливневой, кратковременный характер.
Прохождение холодного фронта нередко сопровождается грозами и шквалистым ветром, а так же градом.
Преобладают штормовые ветры северных направлений.
Давление в этой части циклона растёт, а температура резко понижается, наблюдаются прояснения.
Стадии жизни циклона:
Первый импульс к образованию циклона является перепад в скорости ветра.
Когда рядом друг с другом перемещаются две воздушные массы, имеющие разную скорость и разную температуру, то на разделяющей их фронтальной поверхности происходит деформация.
Холодный воздух смещается к югу, вытесняя часть тёплого воздуха, который начинает двигаться на север.
На линии фронта образуется волна, которая впоследствии может развиться в молодой циклон.
Обычно циклон, возникающей у поверхности земли, в процессе развития начинает прослеживаться на высотах и постепенно превращается в мощный тропосферный вихрь.
Следующей стадией циклона является его разрушение.
Антициклоны.
Антициклон - это атмосферный вихрь, диаметр которого может достигать нескольких тысяч километров (по своим размерам антициклон примерно в два раза больше, чем циклон).
В центре антициклона давление воздуха максимальное по сравнению с окружающими районами.
В антициклоне происходит отток воздуха во все стороны от центра, и это исключает возможность сближения двух воздушных масс вблизи центра.
В северном полушарии ветер в антициклоне дует по часовой стрелке, в южном - против часовой стрелки.
По географическому району возникновения антициклоны делятся на внетропические, субтропические.
Тропические циклоны (тайфуны).
Это относительно небольшие, но ярко выраженные циклоны, приносящие порой неисчислимые бедствия.
От обычных внетропических циклонов они отличаются меньшими размерами (сотни км, редко более 1000 км в поперечнике), более сильными ветрами, обильными ливневыми дождями и грозами.
В центре тайфуна атмосферное давление воздуха колеблется в широких пределах, при этом минимальное давление достигает 875 - 900 гПа, что значительно ниже, чем в обычных циклонах.
Абсолютный минимум давления - 870 гПа - был зафиксирован в супер тайфуне "Тип", оказавшем влияние на Сахалинскую область в октябре 1979 г.
Скорость ветра достигает 35-50 м/сек.
Максимальная скорость ветра в наиболее мощных тропических циклонах 90 - 100 м/с.
В центре тропического циклона обнаруживается безоблачная зона затишья - глаз бури.
Это своеобразная воронка в центре мощного атмосферного вихря.
Её диаметр колеблется от 20 до 50 км.
Ветер в тропическом циклоне порождает очень большие волны, распространяющиеся от центра циклона.
По мере продвижения циклона наложение волн друг на друга образует исключительно хаотичное волнение, в особенности позади глаза бури.
При приближении к берегу, ураган образует громадные волны океанской воды, высота которых может превышать 4 метра.
Над открытыми районами океана мощный ураган разгоняет волны более 15 метров высотой.
Когда такие волны набегают на берег, они вызывают обширные наводнения.
На суше опасность наводнений возникает из-за ливневых дождей.
Учебный вопрос № 2: Классификация облаков:
Большое значение для предсказания погоды по местным признакам имеет наблюдение за облачностью.
Облака распределяются по высоте следующим образом:
Облака верхнего яруса (нижний предел высоты около 6 км):
- перистые - Cirrus (Ci);
- перисто-кучевые - Cirrocumulus (Cc);
- перисто-слоистые - Cirrostratus (Cs).
Облака среднего яруса (высота от 2 до 6 км):
- высококучевые - Altocumulus (Ac), в том числе высококучевые чече-вицеобразные - Aclenticularis;
- высокослоистые - Altostratus (As).
Облака нижнего яруса (верхняя граница около 2 км, нижний предел - у поверхности Земли):
- слоисто-дождевые - Nimbostratus (Ns);
- слоисто-кучевые - Stratocumulus (Sc);
- слоистые - Stratus (St), в том числе разорванно-слоистые - Fractostratus (Frst).
Облака вертикального развития (границы распространения от 500 м до перистых облаков):
- кучевые - Cumulus (Cu);
- кучево-дождевые - Cumulonimbus (Cb).
Учебный вопрос № 3: Местные ветры:
Местные ветры - это воздушные течения небольшого горизонтального (до 100 км) и вертикального протяжения.
Они заметно влияют на погоду и климат прибрежных и горных областей.
Под местными понимают ветры, характерные только для определённых географических районов.
Происхождение их различно:
Во-первых, местные ветры могут быть проявлением местных циркуляций, независимых от общей циркуляции атмосферы, налагающихся на неё.
Таковы, например, бризы по берегам морей и больших озёр.
Различия в нагревании берега и воды днём и ночью создают вдоль береговой линии местную циркуляцию.
При этом в приземных слоях атмосферы днём ветер дует с моря на более нагретую сушу, а ночью - наоборот, с охлажденной суши на море (бризы).
Характер местной циркуляции имеют также горно-долинные ветры.
Во-вторых, местные ветры могут представлять собой местные изменения (возмущения) течений общей циркуляции атмосферы под влиянием орографии или топографии местности.
Таков, например, фен - тёплый ветер, дующий по горным склонам в долины, когда течение общей циркуляции переваливает горный хребет.
Нисходящее движение фена, связанное с повышением температуры воздуха, является следствием именно влияния хребта на общее циркуляционное течение.
Влиянием орографии объясняется и бора (местный сильный, до 40 - 60 м/с, холодный ветер) с различными его разновидностями.
Рельеф местности может создавать также усиление ветров в некоторых районах до скоростей, значительно превышающих скорости в соседних районах.
Такие локально усиленные ветры того или иного направления в разных районах называются по-разному.
Иногда особые свойства придаёт местному ветру прохождение воздуха над сильно нагретой и сухой поверхностью (например, пустыня) или, напротив, над сильно испаряющей (водной) поверхностью.
В-третьих, местными называют и такие сильные или обладающие особыми свойствами ветры в некотором районе, которые, по существу, являются течениями общей циркуляции.
Интенсивность их проявления и их характерность для данного географического района являются следствием самого механизма общей циркуляции, географического распределения синоптических процессов.
В этом значении называют местным ветром, например, сирокко на Средиземном море.
Кроме сирокко, известны многочисленные местные ветры в различных районах Земли - это самум, хамсин, афганец и пр. Упоминания о таких ветрах можно найти в физико-географических или климатических характеристиках отдельных местностей.
Учебный вопрос № 4: Тромбы, торнадо:
Тромб виден как тёмный столб между облаком и землёй, расширяющийся кверху и книзу, или как хобот, свисающий из облака.
Это объясняется тем, что вихрь втягивает сверху облако, а снизу пыль или воду; кроме того, при сильном падении давления внутри вихря происходит конденсация водяного пара.
Вихрь перемещается вместе с облаком чаще всего со скоростью около 30 - 40 км/ч. Время существования смерчей измеряется минутами, тромбов - десятками минут, иногда несколькими часами. За это время вихрь может продвинуться над морем на несколько километров, а над сушей - на десятки, иногда даже на сотни километров, всё сметая на своём пути. Атмосферное давление в вихре сильно понижено - на десятки или даже на сотню миллибар. Воздух вращается вокруг оси вихря, одновременно поднимаясь вверх. Скорость ветра в тромбах может достигать 50 - 100 м/с, как это можно определить по разрушениям; очень велики и восходящие скорости. Ветер при тромбе срывает и разрушает лёгкие постройки, переносит на большие расстояния людей и животных, ломает и вырывает с корнем деревья, прокладывая в лесах просеки. Падение давления при прохождении тромба бывает настолько большим и быстрым, что наружное давление не успевает выровняться с давлением внутри здания; давление внутри остается более высоким. Поэтому дома, попавшие в сферу действия тромба, иногда взрываются изнутри: слетают крыши, вылетают оконные рамы, даже разрушаются стены.
Торнадо - это тромбы над континентальной Америкой. Скорость ветра в них от 100 - 200 м/с до 300 м/с (100 - 1000 км/ч и более). Ломаются деревья, разрушаются здания и т.д. Длительность - от нескольких минут до нескольких часов. Возникают в окраинных частях медленно перемещающихся циклонов. Скорость поступательного движения - 40 км/ч. В центре воронки давление на 100 - 200 мбар ниже, чем в окрестностях. В пустынях США они не связаны с циклонами и с облаками.
Траектория торнадо достигает несколько сотен километров. Ширина зоны разрушения соответствует ширине торнадо: 2 - 3 км. Разность давлений между центром и периферией вихря достигает 150 - 200 мбар. Высота - до 10 км. Конвективные восходящие потоки создают кучевые и кучево-дождевые облака. Восходящий поток (термик) образует вначале плоское кучевое облако, которое может перерасти в мощное кучевое с ливнями, градом и молниями.
Из многочисленных описаний торнадо А.Е. Шейдеггером (1981) выведены феноменологические особенности этого явления:
1. Торнадо опускаются сверху вниз и вызывают разрушения, когда касаются земли.
2. В горизонтальном разрезе торнадо образует ядро (глаз), окружённое вихрем.
Скорость ветра около земли может достигать 90 м/с.
3. Постоянно существует значительная разность давлений между ядром и периферийной частью торнадо.
В центре величина давления меньше на 20-80 мбар.
4. Имеются, по-видимому, некоторые "точки всасывания", которые движутся вокруг ядра со скоростью вращения всего вихря.
В них вихрь может приподнимать с рельсов железнодорожные вагоны массой до 13 т.
Это соответствует ветру, имеющему скорость 100 м/с.
5. Есть доказательство, что в пределах торнадо существуют также сильные нисходящие потоки.
При прохождении торнадо отдельные доски вдавливаются в землю на глубину до 45 см.
6. Что вместе с торнадо наблюдаются молнии.
7. Средняя скорость движения центра торнадо относительно земли составляет около 27 м/с.
Миль/ч (м/с) |
||
Самая мощная вспышка торнадо в США наблюдалась в апреле 1974 г. - 148 торнадо. В результате было убито 315 человек, ранено - 6 142, ущерб составило 600 млн. долл.
Учебный вопрос № 5: Шквал:
Скорость ветра при шквале внезапно, порывом, усиливается да 20 м/с и более.
Это усиление ветра продолжается несколько минут, а иногда повторяется на протяжении короткого времени.
Более или менее резко меняется и направление ветра.
Несмотря на кратковременность шквалов, они могут приводить к катастрофическим последствиям.
Шквалы в большинстве случаев связаны с кучево-дождевыми (грозовыми) облаками местной конвекции, либо холодного фронта. В первом случае они называются внутримассовыми, во втором - фронтальными.
Внутримассовый шквал обусловлен тем, что в передней части кучево-дождевого облака возникает сильное восходящее движение воздуха, а в центральной и тыловой частях облака нисходящее движение, в частности, создаваемое ливневыми осадками, которое увлекает за собой воздух. Таким образом, в облаке и под ним возникает вихревое движение воздуха с направлением по горизонтальной оси, в которое вовлекается воздух из смежных районов. При приближении большого облака конвекции ощущается усиление ветра и поворот его направления к облаку, в резко выраженных случаях это явление принимает форму шквала.
Сходные условия будут и в случае фронтальных шквалов. Здесь также играют роль восходящее движение тёплого воздуха перед продвигающимся холодным фронтом и нисходящее движение в голове холодного воздуха за фронтом, принимающее форму резкого "обрушивания". Фронтальные шквалы наблюдаются вдоль фронта одновременно в ряде мест. Поэтому в XIX в., когда было установлено существование холодных фронтов, их называли линиями шквалов. Шквал обычно связан с ливневыми осадками и грозой, иногда с градом. Лишь в условиях большой сухости воздуха возможны шквалы без образования кучевых облаков.
Атмосферное давление при шквале резко повышается в связи с бурным выпадением осадков, а затем снова падает (так называемый грозовой нос).
Шквальными бурями и смерчами называют вихри, возникающие в тёплое время года на мощных атмосферных фронтах, реже - при особо интенсивной местной циркуляции.
Скорость движения воздуха в вихре суммируется со скоростью движения фронта, в результате чего образуются шквальные бури. Их ширина - несколько километров, редко до 50 км, длина пути - 20 - 200 км, длительность в каждой точке пути - от нескольких минут до получаса. Скорость ветра в шквальных бурях достигает иногда ураганных значений (до 60 - 80 м/с). Они сопровождаются мощными ливнями и грозами.
Учебный вопрос № 6: Шкала Бофорта:
|
0 - 7 баллов, V < 19 м/с (56 км/ч) - от затишья до сильного ветра. 8 6аллов, V=19 - 23 м/с - буря. Ломаются тонкие ветки деревьев, возникает опасность для судов, буровых вышек; 9 баллов, V=23 - 26 м/с - сильная буря. Повреждение лёгких построек, кровли, труб; 10 6аллов, V=20 - 30 м/с - полная буря, вырывает с корнем деревья. Значительные повреждения лёгких построек; 11 баллов, V=30 - 35 м/с - значительный ветровал, массовые повреждения лёгких построек; 12 баллов - ураган. Он может быть разделён более детально: 12.1, V=35 - 42 м/с - сильный ветровал. Значительные разрушения лёгких деревянных посёлков, завал телеграфных столбов;
|
При скорости 20 м/с можно удержаться на ногах, а при 35м/с - почти нет.
При скорости 28 м/с давление ветра около 70 кг/м2, а при 56 м/с - 280 кг/м2.
Учебный вопрос № 7: Шкала Сэфайра-Симпсона оценки интенсивности ураганов:
урагана | ветра в урагане (м/с) | штормового нагона (м) | |||||
Скачать урок можно здесь.
Задание на дом:
учебник ОБЖ §9.3 стр. 122-133
Требования к учащимся по уровням знаний:
Уровень "3" (удовлетворительно): знать синоптические термины.
Уровень "4" (хорошо): знания уровня "3" + причины образования тромбов и торнадо.
Уровень "5" (отлично): знания уровней "3", "4" + несколько значений шкалы Бофорта.
