АТМОСФЕРА

ВОЗДУШНЫЕ ТЕЧЕНИЯ

Кружающий нас воздух находится в постоянном

Движении. В атмосфере ежедневяо, ежечасно возника­ют и замирают разнообразные воздушные потоки; над землей постоянно движутся в различных направлениях воздушные массы; одни из них несут с собой сухасть

Воздуха, другие — влагу, одни — прохладу, другие — вы­сокую температуру. Когда одна воздушная масса сме­няет другую, погода меняется.

Как же возникает в атмосфере движение воздуха? Исследования показали, что основной причиной возник­новения воздушных течений является неравномерное распределение давления воздуха. Если на какой-то пло­щади создается высокое давление, то избыток масс

Воздуха над ней начинает оттекать к областям с более низким давлением. Такое движение воздуха и представ­ляет собой ветер (рис. 20).

Почему давление воздуха различно в разных ме­стах? Причиной этого является неравномерное распре­деление температуры воздуха. Оно приводит к тому, что в атмосфере по соседству оказываются потоки (столбы) воздуха, нагретые по-разному. В более теплом потоке (столбе) давление воздуха с высотой уменьшается медленнее, чем в более холодном. В результате на неко­торой высоте давление воздуха в более теплом потоке окажется выше, чем в холодном, что вызовет перемеще­ние воздуха из теплого потока в холодный. Давление в столбе холодного воздуха повышается; увеличивается давление и у его основания. В результате у поверхно­сти земли начинается движение холодного воздуха в сто­рону теплого.

Мы говорим — дует ветер.

Таким образом, в атмосфере воздушные массы пере­мещаются от мест с высоким давлением туда, где атмо­сферное давление ниже. И чем больше разность давлений воздуха в каких-либо двух соседних областях, тем стре­мительнее происходит движение воздушных потоков, тем сильнее дует ветер.

По существу таков же характер циркуляции атмо­сферы своего земного шара, так как на Земле всегда име­ются постоянный очаг тепла (экваториальная зона) и два постоянных очага холода (районы полюсов).

Ветер характеризуется направлением и скоростью (силой). Направление ветра определяется той частью горизонта, откуда он дует (например, северный ветер, юго-западный и т. д.). Скорость ветра измеряют в мет­рах в секунду. В практике силу ветра определяют так­же баллами по специальной шкале:

Для измерения скорости ветра и его направления слу­жат различные приборы. Самый простой из них — всем известный флюгер.

На высотах скорость и направление ветров опреде­ляют путем наблюдения за полетом шаров-пилотов — легких резиновых шаров, наполненных водородом. Под­нимаясь вверх, такой шар одновременно уносится ветром. Наблюдая за полетом шара в специальные угломерные приборы — теодолиты, определяют скорость и направле­ние перемещения шара-пилота на разных высотах отно­сительно земли. Это и позволяет определять скорость и направление ветра в разных слоях воздуха.

В движении находится вся атмосфера Земли — от эк­ватора до полюсов.

На рисунке 21 мы приводим общую весьма упрощен­ную схему движения воздушных потоков над землей. У экватора атмосферное давление понижено. К тропи­кам и субтропикам оно сильно повышается. Затем в уме­ренных широтах давление воздуха снова понижается, а дальше, к полюсам, опять растет. Благодаря этому над землей существует несколько главных воздушных пото­ков. При этом на их движение влияет суточное вращение Земли. В результате этого вращения все движущиеся тела в нашем, северном, полушарии отклоняются вправо от своего первоначального направления. В южном полу­шарии это отклонение происходит влево. Поэтому в эква­ториальной области северного полушария дуют северо­восточные ветры, а в южном полушарии — юго-восточные. Такие постоянные ветры называются пассатами. В уме­ренных широтах в северном полушарии преобладают юго-западные и западные ветры, а в южном — северо­западные и западные. За полярным кругом в северном полушарии дуют северо-восточные ветры, а в южном — юго-восточные.

Приведенная схема показывает лишь общий харак­тер движения главных воздушных потоков над землей. В действительности распределение ветров по земной по­верхности значительно сложнее. В атмосфере наблюда­ются самые разнообразные ветры — постоянные, дующие неделями в одном направлении с одной скоростью, и не­постоянные, меняющиеся чуть не каждый час, легкие, едва заметные, и ураганные ветры, проносящиеся тысячи километров, и ветры местные.

Приведенная выше схема движения воздушных потсь ков над землей нарушается в первую очередь различным нагреванием суши и воды. В теплое время года суша на­гревается сильнее, чем вода, поэтому летом возникают устойчивые воздушные потоки с океанов на материки, В холодное время года, когда суша сильно остывает, массы воздуха направляются с материков на океаны.

Такие постоянные ветры носят название муссонов. Мус­соны влияют на пассаты. В Индии и в Африке сильные летние муссоны полностью разрушают северо-восточный пассат. Зимой муссоны здесь совпадают с пассатами и усиливают их.

В меньшем масштабе подобное явление мы наблю­даем на берегах морей. Из-за разных температур суши и воды здесь возникают периодические ветры — бризы. Днем суша нагревается сильнее воды, воздух над ней на­чинает подниматься вверх, а на его место притекает бо­лее холодный воздух со стороны моря. Это — морской бриз. Ночью суша охлаждается быстрее, чем вода, и хо­лодный воздух над ней течет в сторону более теплой в это время водной поверхности. Это — береговой бриз.

Постоянство общей циркуляции атмосферы наруша­ется также возникновением над разными участками зем­ной поверхности областей пониженного и повышенного давления воздуха — циклонов и антициклонов[13]). Поэто­му практически, в особенности на суше, в любом месте могут наблюдаться самые различные ветры с некоторым преобладанием в умеренных широтах северного полуша­рия западных ветров, а в умеренных широтах южного по­лушария — восточных ветров.

Скорость ветра у земли может значительно меняться: бывает и полное безветрие и ветры ураганной скорости до 50—60 метров в секунду.

А теперь — о ветрах и высоких слоях атмосферы. На­блюдениями установлено, что с высотой средняя скорость ветра постепенно увеличивается и в средни^ широтах до­стигает максимума на высоте 10—11 километров.

За последнее время в результате длительных наблю­дений над ветром в высоких слоях атмосферы установ­лено, что примерно на высотах 9—12 километров сущест­вует так называемое «струйное течение» воздуха. Это течение имеет поперечные размеры 300—400 километров, толщину 2—4 километра и вытягивается в длину на де­сятки тысяч километров, иногда опоясывая весь земной шар. В основном оно направлено с запада на восток, но может сильно изгибаться вплоть до поворота на 90 гра­дусов. Скорость ветра в «сердцевине» струйного течения составляет, как правило, 60—80 метров в секунду, а ма­ксимальные скорости могут приближаться к 200 метрам в секунду (т. е. 720 километров в час).

О скорости и направлении ветра на больших высотах можно судить по наблюдениям за движением серебри­стых (светящихся) облаков, а также по движению метео­ров. Эти наблюдения показывают, что в умеренных ши­ротах в слое 30—80 километров наблюдаются восточные ветры, а выше 80—90 километров преобладают западные ветры. Над экваториальными и тропическими широтами ветры распределяются несколько иначе. В экваториаль­ной зоне от поверхности земли до высоты 125 километ­ров дуют восточные ветры. В тропической зоне — пасса­ты, находящиеся у земной поверхности, распространяют­ся вверх до высоты 2—4 километров; выше их сменяют ветры противоположного направления — антипассаты. Затем по мере увеличения высоты антипассаты перехо­дят в общий западный поток, который с высоты 20 кило­метров меняется на восточный.

Скорость ветра на высотах 82—85 километров очень велика, она достигает 100—150 метров в секунду, а выше 100 километров иногда увеличивается до 200—250 метров в секунду, т. е. до 720—900 километров. в час. Насколько велика такая скорость, можно судить по тому, что у зем­ли скорость ветра при самых сильных ураганах состав­ляет, как уже говорилось, только 50—60 метров в секунду.

Воздушные течения играют большую роль в процес­сах, совершающихся в атмосфере, и в практической дея­тельности человека. Массы воздуха, притекающие с океа­на на сушу, несут запасы влаги и тепла, смягчают кли­мат. Перемещаясь из теплых мест в холодные, воздушные потоки повышают температуру воздуха. Холодные север­ные ветры вызывают сильное понижение температуры. Ветры, несущие слишком много влаги, несут сильные и продолжительные дожди. А кому неизвестны бури, воз­никающие на морях и океанах, смерчи и ураганы, произ­водящие подчас большие разрушения на суше...

Во многих научно-популярных книгах можно встре­тить описание тропического урагана 1780 года, который получил название «великого урагана». Он разразился у берегов Америки в Атлантическом океане. Ураган про­несся над Антильскими островами. Особенно сильно по­страдал один из этих островов — Барбадос. Тысячи лю­дей на нем погибли под развалинами зданий. Много го­родов было разрушено ветром до основания, а развалины домов унесены огромными волнами, поднятыми ветром в море.

В том году шла война между Англией и Америкой и в гаванях Антильских островов стояло несколько сотен военных кораблей. Почти все они затонули.

В результате урагана погибло около сорока тысяч человек.

В последние годы сильнейшим ураганом был шторм, пронесшийся в начале 1953 года над Северным морем.

В 1959 году сильные Штормы наблюдались в США, Так, в феврале на Сент-Луис — столицу штата Миссу^ ри — обрушилась сильная гроза, а после нее над горо­дом пронесся ураган. Страшной силы ветер сносил верх­ние этажи жилых домов и зданий, вырывал деревья, валил телеграфные столбы, сломал высотную башню телевидения. В ряде районов города возникли пожары. Особенно сильно пострадал центр города. Общие убытки определяются в 12 миллиардов долларов.

Жестокие ураганы очень часты у берегов Японии. Здесь их называют тайфунами. В январе 1954 года про­несшийся над Японией тайфун разрушил сотни домов, принес материальный ущерб в несколько миллионов иен[14]). Десятки тысяч людей остались без крова.

В сентябре 1959 года над китайским островом Тайвань пронесся тайфун ураганной силы, охративший район про­тяженностью 600 километров. Скорость ветра в центре тайфуна достигла 70 метров в секунду. Ураган сопровож­дался сильным ливнем, который вызвал наводнения на острове. Основные телефонно-телеграфные линии на ост­рове Тайвань были разрушены. Полностью или частично было снесено свыше 3300 жилых построек. На восточ­ном побережье Тайваня тайфун уничтожил несколько мостов и привел к большим оползням.

Ураганные ветры возникают на фронте встречи раз­лично нагретых воздушных масс. При этом образуются мощные вихревые воздушные потоки, движущиеся с боль­шой скоростью по спирали, поперечник которой состав­ляет сотни километров.

Тропическим ураганам сопутствуют сильнейшие лив­ни, так как воздух в этих районах всегда сильно насыщен водяными парами.

Интересны и во многом еще не ясны явления приро­ды — омерчи, или торнадо — мощные вихревые движения воздуха (рис. 22).

Многие из вас, конечно, видали, как летом в жаркие дни на поверхности земли возникают небольшие пыльные вихри. При грозах над сушей и над морем иногда обра­зуются огромные вихри. Скорость вращения воздуха в них доходит до шестидесяти и более метров в секунду. Такие вихри-смерчи обладают большой разрушительной силой. Вот, например, что натворил смерч, который про­шел под Москвой в 1945 году.

2 сентября во второй половине дня около станции Валентиновка Северной железной дороги в грозовом

Облаке на высоте 3—4 километров возник большой смерч. Опустившись к земле, он пересек железную дорогу у станции Соколовская и распался дальше в лесу. По рас­сказам очевидцев, это был огромный темный столб в дез сятки метров в диаметре. Он двигался со скоростью при­мерно 60 километров в час. На своем пути смерч повалил деревья и телеграфные столбы, разрушил много домов* поднимал высоко в воздух доски, ветки деревьев, срывал с крыш железо и т. д.

При прохождении смерча были отмечены резкие коле^ бания атмосферного давления.

В 1957 году наблюдался сильный шквал в Северном Приуралье. Скорость ветра при этом достигала 20— 25 метров в секунду, а скорость отдельных порывов — 30—40,

Довольно часто морские смерчи наблюдаются у нас на Черном море.

С ураганами и смерчами связано одно интересное яв­ление природы — цветные дожди, которые в прошлом вызывали у многих людей суеверные страхи.

В начале прошлого века в Италии произошел такой случай (он был описан одним ученым):

«В течение двух суток ветер дул с востока, когда жи­тели увидели приближающуюся со стороны моря густую тучу. В два часа пополудни туча закрыла окрестные горы и начала заслонять Солнце; цвет ее, сначала бледно-ро­зовый стал огненно-красным. Скоро город был окутан таким густым мраком, что в четыре часа в домах приш­лось зажечь лампы. Народ, испуганный темнотою и цве­том тучи, бросился молиться. Мрак продолжал усили­ваться, и все небо казалось состоящим из раскаленного железа. Загремел гром и начали падать крупные капли красноватой жидкости, которую одни принимали за кровь, а другие — за расплавленный металл. К ночи воздух очистился, гром и молнии прекратились, и народ успоко­ился».

На месте капель остались желто-коричневые пятна. В них с помощью лупы была обнаружена красноватая пыль. Исследование ее и позволило разгадать причину столь необычного дождя. Оказалось, что ураган, пронес­шийся над пустыней Сахарой, поднял там в воздух боль­шое количество красноватой пыли — охры и принес ее к берегам Италии. Смешавшись с каплями дождя, эта пыль и придала им вид крови.

Известны случаи выпадения и дождей иного цвета — оранжевых, желтых и других.

Наконец, надо сказать и о том, что ветер обладает огромной энергией.

Сила ветра издавна использовалась людьми в прак­тических целях. Первые суда, пересекавшие моря и океа­ны, ходили под парусами. И сейчас парусные лодки ши­роко используются рыбаками на всем земном шаре.

Ветер вращает крылья ветряных мельниц, ветряных двигателей. Современные ветродвигатели (|рис. 23) ка­чают воду, приводят в движение различные машины, вы­рабатывают электрическую энергию[15]). Ветер — это не­исчерпаемый источник энергии. Он, несомненно, будет играть большую роль в практической деятельности людей. Недаром уже теперь ветер получил название «голубого угля».