Особенности распределения ветра в условиях нестационарности процессов

К особым метеорологическим условиям формирования поля ветра в нижних слоях атмосферы относятся условия нестационарности процессов при прохождении атмосферных фронтов у поверхности земли через район аэродрома, условия конвекции (при наличии грозовых кучево-дождевых облаков), форматирование струйных течений нижних уровней и др. В этих условиях часто формируется нехарактерное распределение ветра и наблюдаются резкие изменения его параметров как в пространстве, так и во времени.

При приближении фронта, особенно ярко выраженного в поле метеоэлементов и имеющего большую скорость движения, вблизи фронтальной зоны часто формируются участки резкого усиления ветра у поверхности земли. Приближение

к аэродрому теплого фронта, а также прохождение через район аэродрома холодного фронта или фронта окклюзии вызывают значительные изменения направления и скорости ветра во всем нижнем слое атмосферы. Вдоль линии фронта наблюдается сходимость (конвергенция) ветра, которая при прохождении фронта способствует резкому изменению направления ветра.

При приближении теплого фронта в теплом воздухе на небольшой высоте может наблюдаться значительное увеличение скорости ветра и резкие изменения его направления а над фронтальной зоной ослабление ветра, что создает максимум скорости ветра в его вертикальном профиле. Это приводит к возникновению струйных течений нижних уровней, скорость ветра в которых может достигать 20-30 м/с и более и даже превышать значение геострофического ветра.

Струйные течения в нижнем километровом слое атмосферы часто наблюдаются на расстоянии 150-200 км перед теплыми фронтами у земной поверхности. Максимум скорости ветра располагается вблизи верхней границы слоя инверсии температуры или уменьшенного вертикального градиента температуры, соответствующего переходной зоне теплого фронта. По мере приближения теплого фронта к пункту наблюдения высота максимума скорости ветра имеет тенденцию снижаться. Так, на расстоянии 180км перед теплым фронтом максимум скорости ветра находится на высоте около 500м, над поверхностью земли, а при приближении этого фронта на расстояние 120км высота максимума скорости ветра понизилась до 300м. В некоторых случаях максимумы скорости ветра обнаруживаются в слое или под слоем инверсии температуры на расстоянии даже 500-600 км перед теплым фронтом на приземной карте погоды. Максимумы скорости ветра наблюдаются на высотах от 300 до 1000м, реже на высотах 1200-1700м.

В случае холодных фронтов также иногда формируются струйные течения нижних уровней, в основном после прохождения фронта у поверхности земли, иногда на расстоянии 200 км от линии фронта. Хотя также максимумы скорости ветра наблюдаются реже, чем на теплых фронтах, но они могут быть значительными, в особенности при вторичных холодных вторжениях.

На фронтах окклюзии максимумы скорости ветра в приземном слое наблюдаются реже и интенсивность их невелика.

Струйные течения нижних уровней могут формироваться при отсутствии фронтов и быть связаны с наличием слоев изотермии или инверсии, особенно приземных.

В слое приземной инверсии температуры часто наблюдаются резки изменения ветра с высотой по направлению и (или) скорости, в особенности, если инверсия сформировалась в зоне больших скоростей геострофического ветра. При этом обычно выше слоя инверсии рост скорости ветра с высотой прекращается и профиль скорости ветра с высотой может иметь вид струйного течения нижних уровней.
Максимумы скорости ветра в слое инверсии температуры в нижних слоях атмосферы довольно часто обнаруживаются на периферии антициклонов и

гребней, особенно в ночное время, и могут наблюдаться одновременно на больших территориях. В дневное время при безоблачной погоде вследствие прогрева воздуха от земной поверхности инверсия температуры в приземном слое разрушается, и повышение турбулентного обмена приводит к выравниванию профиля ветра и исчезновению максимума. После захода Солнца при сохранении безоблачной погоды максимум вновь восстанавливается, достигая наибольшего развития во второй половине ночи.

Ночной максимум ветра чаще всего находится на высотах 200-400м, но может быть и до 900м.

Неровности рельефа местности обычно существенно усиливают струйные течение нижних уровней. При приближении фронта к горам струйное течение, связанное с фронтом, обостряется и скорость его может существенно возрасти. У фронтов, на которых до этого не наблюдалось струйного течения, в районах предгорий оно может появиться. Внефронтальные струйные течения также усиливаются при наличии неровностей рельефа. Это происходит потому, что ночью в низинах (долинах) накапливается стекающий по склонам холодный воздух и радиационная инверсия становится более мощной. При этом обмен количеством движения существенно ослаблен: в низинах воздух застаивается, в то время, как в верхней части пограничного слоя (чаще всего на уровне или чуть выше вершин окружающих гор, холмов) может наблюдаться большая скорость ветра и профиль ветра соответствует струйному течению.

 

 

 

Грозовой Направление движения грозы

очаг

нисходящий

поток

восходящий Теплый воздух над холодным воздухом

поток

 

 

Теплый воздух

 

 

Холодный воздух

фронт

 

порывов

 

Рис 4.5 Типичный фронт порывов в разрезе.

 

В условиях активной конвекции в районе аэродрома и образования мощных

грозовых облаков (как фронтальных, так и внутримассовых) формируется сложная структура поля ветра и часто наблюдается значительное усилении ветра в нижнем слое атмосферы (в том числе шквалы и смерчи). В зоне очага и даже на существенном удалении от него (до 30км) поле ветра в пограничном слое может резко отличаться от ветра, обусловленного барическим градиентом. Кроме того, могут наблюдаться быстро смещающиеся зоны усиления ветра, сопровождающиеся сильными восходящими и нисходящими потоками. Эти зоны называют фронтами порывистости и они представляют чрезвычайную опасность для всех воздушных судов, выполняющих взлет, посадку и полет на малых высотах(рис.4.5).