Добро пожаловать в мир струйного течения

Струйное течение – одно из важнейших направлений работы любого метеоролога. Анализ местоположения, формы и силы струйного течения позволяет получить огромное количество информации о том, что происходит у поверхности. Поскольку струйное течение – это один из высотных ветров, которые курсируют на большой скорости высоко в небе, усмотреть связь между поверхностью Земли и самым потолком тропосферы может быть непросто. Однако именно струйные течения часто обвиняют во всем подряд – от арктических морозов до иссушающей жары. Возникает вопрос: почему же ветер, который дует где-то в тринадцати километрах над поверхностью Земли, оказывает такое существенное влияние на погоду у самой поверхности?

Струйное течение змеится над Атлантическим океаном и соединяет на этой высоте воздух над Северной Америкой и Европой. Оно принадлежит к крупному семейству сильных высотных ветров, которые проносятся над Землей в средних широтах и носят общее название волн Россби. Если посмотреть на полюса нашей планеты из космоса, можно увидеть, что эти ветры образуют в Северном полушарии венчик из воздушных волн, которые иногда расширяются, иногда сокращаются, но всегда движутся по кругу в восточном направлении. Эти ветры формируются там, где полярный воздух сталкивается с тропическим. Официальное название струйного течения над Атлантическим океаном – Полярное струйное течение. Холодный воздух движется на юг, теплый воздух – на север. Эти две воздушные массы встречаются над средними широтами, однако в силу неустойчивой природы этих ветров могут распространяться дальше на север или на юг.

Центральные ветры струйного течения обычно самые сильные, особенно если поток скорее зональный (прямой), чем интенсивный (с минимумами и максимумами). К северу от этих высотных ветров воздух холоднее, к югу – теплее. Это хороший способ определить тип воздушной массы (холодная или теплая), которая накрыла определенный район: надо выяснить, по какую сторону от основной струи он находится. Чем больше разница температур, тем сильнее струйное течение, и тем большее влияние оно оказывает на погодные условия у поверхности Земли.

Выраженная разница температур также создает в этой зоне значительные различия в давлении. Почему? Холодный воздух тяжелее, чем теплый, и оттого начинает спускаться вниз. Поэтому в столбе холодного воздуха быстро начинает падать давление по сравнению с окружающим теплым воздухом. Еще одно объяснение заключается в том, что скорость изменения давления в холодном воздухе больше, потому что его масса с высотой быстрее меняется: воздух все сильнее сжимается, оттого и изменения происходят быстрее.

Граница между холодным и теплым воздухом вдоль струйного течения выражена четко. Хотя мы знаем, что воздух обычно перетекает из зоны, где воздуха больше, в зону, где его меньше (от высокого давления к низкому), абсолютно прямого пути из одной в другую не будет – этому мешает вращение Земли. Ветры, следующие в зону низкого давления, отклоняются силой Кориолиса. Таким образом, струйные течения движутся в соответствии с разницей температур, однако они всегда будут отклоняться, поскольку воздух стремится сгладить эту разницу.

Зимой разница температур между полюсами и тропиками значительно больше, поскольку тропики в течение года теряют не так много тепла, в то время как Северный полюс окутан полной темнотой и погружен в холод. Поэтому струйные течения сильнее всего зимой, как и разница давления. Все это оказывает влияние на распределение давления на поверхности, а следовательно – и на ветер, дождь и бури. Форма, местоположение и мощность областей пониженного давления, многие из которых образуются над открытыми водами, определяются струйным течением. Если эти ветра сильные, то течение почти наверняка окажется зональным или прямым – с запада на восток. Оно почти не отклоняется, так что погодный фронт быстро следует курсом через Атлантический океан. Тогда говорят о мобильности погодного фронта, а если струйное течение проходит близко к суше, например, Великобритании, то это часто ведет к ветреной и влажной погоде.

Зимой 2013–2014 годов Великобритания оказалась на пути последовательно сменявших друг друга погодных фронтов. Струйное течение проходило прямо над островом. Поэтому, хоть погода и была сравнительно мягкой, в некоторых районах страны за зиму было зафиксировано наибольшее число осадков за историю наблюдений. Особенно много их выпало на Сомерсетских равнинах; бури и штормовой ветер привели к немалым повреждениям.

Когда струйное течение проходит над Великобританией, погода часто меняется, но обычно остается ветреной и влажной. Если струйное течение забирает к северу от Великобритании, то страна оказывается по его теплую сторону, что обеспечивает более теплые и мягкие погодные условия. Летом в таких случаях бывает очень тепло, а на севере идут дожди – вплоть до Исландии. Если струйное течение проходит к югу от Великобритании, остров оказывается по холодную сторону, температура становится низкой, так что зимой действительно может наступить зима – со снегом, льдом и морозами.

Форма струйного течения очень важна для определения местоположения зон высокого и низкого давления: от нее зависит, будет ли фронт блокирующим или мобильным. Представьте себе быстро текущую по шлангу воду: из распылителя она буквально вырывается во всех направлениях. Высокое давление в шланге сменяется низким снаружи. Похожий механизм можно наблюдать в струйном течении, когда воздух вырывается из центральной части потока сильных ветров. На освободившееся место воздух поступает снизу: он быстро поднимается и образует облака, дожди и сильные ветры.

На входе в струйное течение воздух движется быстро, воздушная масса сверху сокращается, в результате у земли образуется зона низкого давления. В игру вступают и другие динамические факторы: у воздушных столбов имеется собственный компонент вращения – так называемая завихренность, и его сила зависит от изменения скорости и направления ветра с набором высоты. При усилении этого вращения у поверхности земли формируются более глубокие области низкого давления, что может привести к ухудшению погодных условий. Таким образом, можно сказать, что взаимодействие верхних и нижних слоев атмосферы проявляется в распределении давления воздуха и температуры, которое придает дополнительную энергию погодным системам.

Ложбины образуются, когда воздух направляется к югу, что способствует образованию систем низкого давления. Когда струйное течение ныряет сначала на юг, а затем на север, подобно букве U, на поверхности воздух резко поднимается вверх, вызывая облачность и дожди. Поэтому форма струйного течения – хороший индикатор того, над какими регионами будут формироваться области низкого давления. Гребни струйного течения вызывают высокое давление, то есть нисхождение воздуха, что приводит к спокойной стабильной погоде.

Когда в струйном течении несколько изгибов и волн, вся система распространяется медленнее, как полноводная река, текущая по равнинному ландшафту, лишь изредка выбирая более прямой путь. Когда течение реки встречает сопротивление скал или донного осадка, река начинает извиваться, а порой и вовсе останавливается. Если же течение извивается, оно замедляется, и распространение воды задерживается; это же относится и к струйному течению. Летом, когда высокое давление удерживается почти постоянно, сильная жара может сохраняться надолго, но если Великобритания оказывается в зоне низкого давления, которой некуда деться из-за блокирующего нисходящего потока воздуха, то дождь может продолжаться весьма значительное время.

В других частях света действуют свои собственные струйные течения. В особенности это относится к Японии и Северной Америке. В этих регионах живет значительная часть населения Земли, и климат здесь располагает к хорошим условиям существования: большую часть времени здесь не слишком жарко и не слишком холодно, дождь идет, но не стеной, сохраняется идеальный баланс солнечного света и облачности, выражена смена времен года, земля плодородна и растительность обильна. За все это нужно сказать спасибо струйному течению, которое приносит с собой перемены погоды и сохраняет температуру воздуха на умеренном уровне, пригоняя с океанов теплый воздух зимой и сдерживая жару во время повышения континентальных температур летом: чрезвычайные погодные условия могут возникнуть здесь только при блокировании широких систем давления.

Что такое погодная бомба?

Если вы слышите выражение «погодная бомба», то, возможно, сразу представляете, как правительства или организации стараются овладеть силами погоды, чтобы изготовить бомбу и куда-нибудь ее сбросить, например, наслать на какой-нибудь город ураган или торнадо. Идея использовать энергию урагана или молний не так уж утопична, но сделать из нее бомбу?! Итак, что же такое погодная бомба на самом деле? Ее подлинное метеорологическое название – взрывной циклогенез – может помочь в этом разобраться.

Вы, наверное, уже слышали о тропических циклонах – масштабных деструктивных погодных системах, существующих в тропическом поясе мира; вариациями таких тропических циклонов являются ураганы и тайфуны. Существуют и нетропические циклоны – это области низкого давления, образующиеся в средних широтах. Хотя они формируются не так, как их тропические родственники, основной принцип их работы одинаковый: воздух в центре области низкого давления вращается по часовой стрелке (в Северном полушарии) или против часовой стрелки (в Южном полушарии). Этот приток воздуха на поверхность приводит к конвергенции, так что воздух начинает подниматься вверх. Именно такое развитие и укрепление циклонов мы и называем циклогенезом.

Мы должны начать рассказ с полярного струйного течения – быстро движущейся высоко в атмосфере полосы воздуха, которая извивается над средними широтами. Она перемещается со скоростью 250–300 километров в час на высоте 9–12 километров, и именно этот быстрый ветер отделяет холодный воздух с полюсов от теплого воздуха тропиков. Извиваясь, он перераспределяет теплый и холодный воздух по регионам. Для Великобритании наибольшее значение имеет движение этого струйного течения вокруг Северной Америки и через Атлантику. Если течение сильно отклоняется к северу или югу, у поверхности начинаются небольшие колебания – конвергенция и дивергенция: воздушные потоки либо сходятся, либо расходятся. Если говорить о зонах низкого давления, то нас больше интересуют зоны конвергенции. Когда воздушные потоки сходятся, единственное направление, в котором воздух может проследовать дальше – вверх. Восходящее движение воздуха создает область низкого давления у поверхности, и именно в этот момент формируется циклонная погодная система.