Текст книги "Вопросы о погоде"
Автор книги: Павел Астапенко
сообщить о нарушении
Текущая страница: 25 (всего у книги 32 страниц)
16.23. Как практически осуществляется искусственное воздействие на погоду?
Основной путь искусственного изменения погоды – воздействие на облака. Именно облака лучше всего характеризуют состояние погоды, и по ним можно судить, является ли оно неустойчивым или находится на грани неустойчивости. Достаточно малого толчка, расходования ничтожного количества энергии, чтобы изменить это состояние, пустить развитие процессов в атмосфере в желаемом направлении. Так, засевая облака некоторыми веществами, можно искусственно усилить выпадение из них осадков, если таковые уже выпадали; можно вызвать некоторое количество осадков из ряда форм облаков, не дающих осадков в естественных условиях. Увеличение количества осадков из облаков по сравнению с естественными условиями при активном воздействии на облака разными веществами, так называемыми реагентами, может достигнуть 10-15%. Можно при желании, вызвав выпадение осадков из облаков определенных форм, достигнуть одновременно на некоторое время рассеивания, то есть исчезновения, облаков (или тумана).
16.24. Почему искусственное воздействие на облака дает лишь незначительный «прирост» осадков?
При естественном развитии атмосферных процессов облака в состоянии дать примерно в 10 раз больше осадков, чем в случае, когда их «принуждает» к этому человек. Объясняется это тем, что, воздействуя на облака, мы не можем получить из них влаги больше, чем ее содержится в них в тот момент, когда осуществляется искусственное воздействие. Мы пока не можем искусственно «запустить», привести в действие весь механизм образования облаков и осадков в том виде, в каком он существует в природе. Ведь в облаке одновременно с выпадением осадков происходит регенерация влаги, многократное восстановление его влагосодержания, и это делает возможным длительное выпадение дождя и снега. Искусственным путем мы провоцируем лишь одноразовое освобождение облака от накопившихся запасов влаги.
16.25. Можно ли эффективно воздействовать на циклоны?
Возможности воздействовать на погоду в масштабах, выходящих за пределы локальных, скажем, в масштабах целой области, занимаемой циклоном с его системой фронтов и облачностью, еще не очень ясны. Во-первых, нельзя точно сказать, каким будет характер изменений погоды в самом районе воздействия, а во-вторых, и это самое главное, трудно представить себе, как это воздействие скажется на погоде других областей, поскольку через циклон и его фронты будет затронут механизм общей циркуляции атмосферы, все элементы которого взаимосвязаны. Известны попытки ослабить тропический циклон путем засева реагентами его системы кучево-дождевых облаков. Объективных данных о результатах таких экспериментов пока нет.
16.26. Какими еще способами можно воздействовать на погоду и климат?
Теоретически помимо воздействия на облака погоду можно изменять, воздействуя на прозрачность воздуха, то есть регулируя поступление солнечного тепла на земную поверхность путем искусственного задымления отдельных устойчивых слоев атмосферы. Можно изменять отражательную способность поверхности океана или суши. Осуществление таких воздействий в больших масштабах – технически трудная, но в принципе посильная человеку задача.
Современная техника, уровень энерговооруженности, масштабы химического производства, развитие ракетного дела и других транспортных средств – все это в совокупности позволяет активно воздействовать на атмосферные процессы, например через облачность или через подстилающую поверхность (путем изменения ее отражательной способности). Нельзя отвергать и принципиальную возможность воздействия на отдельные элементы механизма атмосферной циркуляции – циклонические вихри. Однако возможные результаты такого воздействия пока недостаточно ясны. Последствия могут быть нежелательными и даже необратимыми.
ПОГОДА В ГОРАХ
Своеобразие климата и условий погоды, встречающихся в горах, общеизвестно. Высота местности над уровнем моря, ориентировка склонов по отношению к господствующим в атмосфере воздушным потокам и к солнцу – настолько существенные факторы климата, что подчас их влияние бывает заметнее влияния широты или близости моря. Горные вершины и в тропиках покрыты вечным снегом, а на подветренных склонах гор и в центре Азии осадков, случается, выпадает больше, чем на побережьях океанов… Поразительна контрастность метеорологических условий, какие можно встретить в горных районах в пределах считанных километров. В горах можно наблюдать все разнообразие погоды, присущее равнинной местности, но там бывают и явления, не наблюдающиеся нигде, кроме гор. Ветер, облака, осадки, температура воздуха, явления атмосферного электричества – все в горах имеет свои особенности, причем в разных горных районах они проявляются по-разному… Но есть особенности погоды, общие для всех гор. Рассмотрим некоторые из них, наиболее типичные.
17.1. В чем особенность климата горных областей Земли?
Основная общая для всех горных областей особенность – вертикальная зональность климата, то есть последовательная смена климатических зон по мере поднятия вверх. Это связано с общей закономерностью убывания с высотой температуры воздуха и уменьшения его влагосодержания. На любой географической широте с высотой возрастает суровость климата и соответственно изменяется растительный мир. На самом верху, вблизи высокогорных вершин, – царство холода, снега и льда. Нижней границей этой климатической зоны является снеговая линия. Конечно, ее высота в разных географических зонах очень различна: на гористых островах полярных районов она составляет всего несколько сот метров, а в тропиках – более 5000 м. На южных склонах гор она лежит выше, чем на северных. Например, на Алтае эта разница составляет около 800 м (4800 и 4000 м). Там, где больше осадков, снеговая линия ниже, чем там, где осадков мало: на склонах Эльбруса на Кавказе разница составляет около 350 м (3850 и 3500 м), при этом она ниже на южном склоне, который богаче осадками, чем северный склон.
Ниже снеговой линии начинается зона бедной растительности, соответствующей растительности тундры, а затем – зона альпийских лугов с растительностью из трав и стелящихся кустарников. Ниже этой зоны, на высоте со средней июльской температурой 10-12°C, проходит верхняя граница леса.
С границей леса практически совпадает и верхняя граница земледелия в горах, которая в умеренных широтах проходит на высоте примерно 1500 м, а в тропиках – около 4000 м, на Тибетском нагорье – даже 4600 м. Леса у верхней границы – хвойные, ниже становятся лиственными; в тропических областях нижняя граница леса представлена вечнозеленой растительностью.
17.2. Какие явления свойственны только горным районам?
Только горным районам присущи снежные лавины, ледники, дающие начало горным рекам, сели – бич многих горных долин, горно-долинные XE «ветер:горно-долинный» ветры и ветры горных склонов, имеющие в каждой горной местности локальные особенности и свои названия, а также фён – ветер, переваливающий горные хребты и очень своеобразно влияющий на режим температуры, облачности и осадков горных склонов. Кроме того, в горах наблюдаются так называемые подветренные волны и связанные с ними особые формы облаков, а также некоторые оптические явления. Наконец, горы отличаются разнообразием микроклиматов, определяемым особенностями экспозиции, наличием ветровой тени, близостью ледников, затененностью и другими чисто местными характерными чертами.
17.3. Что такое подветренные?
В тех случаях, когда длинный горный хребет расположен под углом, близким к прямому, относительно направления воздушного потока на подветренной стороне хребта могут возникнуть регулярные возмущения потока. Эти возмущения принимают характер стоячих волн, прослеживающихся на значительном расстоянии за хребтом (примерно равном двадцатикратной высоте хребта) и до высоты, в несколько раз превосходящей высоту самого хребта. Это явление чаще всего имеет место при устойчивом и достаточно сильном ветре скоростью не менее 10 м/с, оно бывает особенно четко выраженным при наличии плоской равнины на подветренной стороне хребта. Часто подветренные волны порождают характерные облака линзообразной (чечевицеобразной) формы, располагающиеся ярусами, – слоисто-кучевые, высоко-кучевые и перисто-кучевые. В нижнем, приземном, слое воздуха на подветренной стороне хребта, кроме того, могут наблюдаться замкнутые, так называемые роторные, вихри и связанные с ними облака. Общая картина подветренных волн и облачности показана на рис. 81.
17.4. Какие оптические явления можно наблюдать в горах?
Альпинисты и жители горных селений нередко наблюдают в горах удивительные явления. При тумане или облачности, покрывающей склоны гор в стороне, противоположной солнцу, стоящему невысоко над горизонтом, часто можно увидеть расплывчатые очертания диковинных существ, напоминающих человека, но в несколько раз больше его размерами. Эти существа темно-серой окраски непрерывно меняют форму, то приближаясь, то удаляясь. Иногда над их «головами» виден яркий круг сияния, придающий им еще более загадочный вид, что дало суеверным людям повод принимать их за призраки. Это явление получило название «брокенский призрак» XE «брокенский призрак», по вершине Брокен (горы Гарц в Средней Германии), где это можно видеть довольно часто. Явление это имеет простое объяснение: стоящие на вершине люди попадают в лучи низко стоящего солнца и их тени проецируются на фоне колышущегося тумана или облачности. Капли тумана или облаков разлагают солнечный свет на отдельные лучи спектра, образуя яркое цветное свечение вокруг неясных очертаний верхней части тени, а объемный характер отражающей поверхности тумана или облаков делает изображение тени тоже объемным.
Рисунок 82 поясняет, как возникают в горах подобные оптические явления. Иногда эти явления можно наблюдать и с борта самолета, летящего невысоко над облаками. Вокруг движущейся и колышущейся тени самолета виден ореол свечения – радужные кольца венцов, или глории.
В старину в Западном Китае брокенский призрак был известен под названием «Великолепие Будды» – набожные буддисты совершали паломничество на гору Золотой пик, чтобы удостоиться чести созерцать это «чудо».
17.5. Как возникают снежные лавины?
Лавины, или снежные обвалы, возникают при соскальзывании с поверхности горных склонов накоплений снега. Скорость движения снежной массы лавин – 20-30 м/с. Лавиноопасными считаются склоны крутизной более 15°. Для образования лавины необходима толщина снега на склоне более 40 см. В зависимости от высоты склона и его горизонтальной протяженности объем низвергающегося при лавинах снега может быть очень большим. Иногда он превышает 1 млн. м3, что при средней плотности лавинного снега 0,5 составляет колоссальную массу. Сила удара снежной лавины может достигать 100 т/м2.Непосредственной причиной схода лавин могут быть:
– перегрузка склона после метели или сильного снегопада, когда силы сцепления свежевыпавшего снега с подстилающей поверхностью еще незначительны;
– появление водной смазки между снегом и подстилающей поверхностью во время сильных оттепелей;
– разрыхление нижнего слоя снега из-за повышения температуры в его толще и испарения снега в теплом горизонте.
Таким образом, лавины могут быть сухие и мокрые. В зависимости от характера горного склона лавины могут соскальзывать по всей поверхности склона вне русел (осовы), вдоль русел, по ложбинам (лотковые) и по уступам склонов (прыгающие). Все они представляют большую опасность, но особенно разрушительны прыгающие лавины. Вместе с массой снега лавины нередко несут с собой обломки горных пород. На дне долин они могут формировать насыпи снега; нередко последние служат источниками дополнительного питания ледников.
Как опасные явления лавины прогнозируются, об их предстоящем сходе даются предупреждения. Строительство дорог в горах, сооружение ЛЭП и возведение зданий осуществляются с учетом лавиноопасности местности. Населенные пункты, как правило, располагаются на участках гор, не доступных лавинам. Лавиноопасные участки дорог защищаются противолавинными инженерными сооружениями. Одной из мер предотвращения лавин является также облесение склонов.
Кроме того, существуют активные методы борьбы с лавинами: опасные скопления снега расстреливают из артиллерийских орудий или минометов.
17.6. Что такое фён?
Это теплый сухой ветер. Существует несколько разновидностей фёна: ветер, возникающий при переваливании воздушным потоком горного хребта, ветер, дующий с гор по склону в долину вне связи с переваливанием хребта, и нисходящий поток воздуха в свободной атмосфере в центральной части антициклона. При всех разновидностях фёна решающую роль в развитии процесса играет нагревание опускающегося воздуха в соответствии с известными физическими законами (при сжатии некоторого объема воздуха в связи с ростом давления его температура повышается, а при расширении и понижении давления – падает). По классической схеме фёна воздух, переваливающий горное препятствие, сперва охлаждается, поднимаясь по наветренному склону, а затем нагревается, опускаясь по подветренному склону. Если при подъеме достигается температура конденсации – возникает облачность и могут выпадать осадки, что часто и наблюдается в горах на наветренных склонах. В опускающемся воздухе относительная влажность быстро уменьшается, облака исчезают. Так как изменение температуры воздуха при подъеме и опускании происходит с разной скоростью, то опустившийся вниз воздух может оказаться теплее, чем он был до начала его подъема. В этом и состоит тепловой эффект фёна. Кроме того, фён на подветренных склонах хребтов может размывать облачность атмосферных фронтов, способствовать прекращению или ослаблению осадков и т. п. В разных горных районах фёновые ветры имеют свои местные названия.
Для возникновения фёна должны складываться благоприятные синоптические условия, способствующие направлению воздушного потока через горное препятствие под углом, близким к прямому, по отношению к направлению хребта.
17.7. Чем характерен ветер чинук в Скалистых горах Северной Америки?
Чинук – это ветер типа фёна, наблюдающийся на восточных склонах Скалистых гор. Он может вызывать очень сильные колебания температуры, особенно зимой: в это время они могут достигать нескольких десятков градусов за несколько часов. При высоте перевалов более 2000 м нагревание воздуха может быть очень значительным – более 20,0°C. В котловинах и на равнинах в предгорьях в условиях ясной штилевой погоды зимой температура воздуха бывает очень низкая: около -30°C; когда возникает чинук, пленка приземного холодного воздуха разрушается и на смену ему приходит опускающийся сверху сухой прогревающийся воздух. Зарегистрирован случай, когда температура воздуха в январе менее чем за сутки повысилась при таком процессе на 50°C: от -31 до 19°C!
17.8. Что такое фёновая стена облаков?
Облака, возникающие на наветренной стороне горного препятствия, у вершины его, с подветренной стороны при фёне резко обрываются, образуя длительно существующую неподвижную облачную стену. В действительности с наветренной стороны хребта облака непрерывно продолжают развиваться, но наблюдателю с подветренной стороны они кажутся неподвижными, стоящими стеной, отчего и возник этот термин.
17.9. Что такое бора?
Это холодный резкий ветер, наблюдающийся зимой, как правило, очень сильный. Стремительно спускаясь вниз по невысокому горному склону, он вытесняет располагающийся ниже более теплый воздух. При таком распределении температуры по высоте возникает очень сильная турбулентность, порождающая множество вихрей, ветер у поверхности земли носит шквалистый характер, с резким изменением направления и скорости. Поскольку высота склона, по которому холодный воздух обрушивается вниз, невелика, воздух практически не нагревается. Если горный склон обращен к морю, озеру или другому водоему, то на поверхности последнего образуется сильное волнение, воздух над водой наполняется водяной пылью, пеной и брызгами; при отрицательной температуре воздуха происходит быстрое намерзание льда на всех окрестных предметах, и они обледеневают, как при интенсивном гололеде.
Возникает бора обычно при приближении сформированного в холодной воздушной массе антициклона или его гребня к невысокому горному кряжу или хребту с севера. Классический пример боры – переваливание холодного арктического воздуха через западную оконечность Кавказского хребта на Мархотском перевале под Новороссийском. Скорость ветра при новороссийской боре может достигать 60 м/с, продолжительность ее – несколько суток, иногда до недели. Наблюдается бора также на Далматинском побережье Адриатического моря, на Байкале, на Новой Земле и во многих других районах земного шара. Там, где это явление выражено сильно и наблюдается регулярно, оно известно под различными местными названиями.
17.10. Что представляют собой горно-долинные ветры?
Это ветры с хорошо выраженной суточной периодичностью смены направления: днем они дуют снизу вверх, вдоль горного склона или по дну ущелья, а ночью, наоборот, – сверху вниз. Они подобны бризам на морских побережьях и наблюдаются обычно в теплое время года. Кроме того, горно-долинные ветры бывают заметны и хорошо выражены при отсутствии других сильных ветров, связанных уже не с местной, а с более общей циркуляцией воздуха, перекрывающей относительно слабую местную циркуляцию; таким образом, они характерны для антициклонических условий или для другой барической системы со слабыми ветрами (барической седловины).
17.11. Какие особенности орографии и климата способствуют возникновению селей?
Сели на горных реках возникают при сочетании трех условий: значительного уклона дна ущелья, наличия легко смываемого, рыхлого обломочного материала и резкого увеличения количества стекающей воды в результате интенсивных ливней или сильного снеготаяния. В районах засушливых, с бедной растительностью, выветривание создает запасы рыхлого обломочного материала, не скрепленного корневой системой растительности. Редкие, но сильные ливни легко смывают верхний слой почвы и обломочных пород.
17.12. Связаны ли с погодой оползни в горах?
Оползни образуются при смещении масс горных пород вниз по склону под влиянием силы тяжести. Возникают они обычно на крутых склонах гор при нарушении равновесия пород в результате ослабления их прочности из-за землетрясения, выветривания или переувлажнения атмосферными осадками. Так что метеорологические условия могут быть непосредственной причиной оползней. В апреле 1979 года на юге Киргизии, в Ошской области, больше четырех суток шли непрерывные дожди и в некоторых местах выпало около 200 мм осадков – почти полугодовая норма. С разбухших склонов на поля, пастбища, шоссейные дороги, горные тропы и жилые поселки двинулись многие десятки оползней и грязевых потоков. Помимо того, что был нанесен ущерб сельскохозяйственным угодьям, линиям связи и электропередачи, многочисленным жилым и общественным зданиям, оказались повреждены жизненно важные артерии, отрезаны общественные стада, находившиеся на дальних пастбищах. Выпавший в горах снег местами лег полутораметровым слоем, создав угрозу массовой гибели животных. Так как в горы более недели нельзя было пробиться никакими видами транспорта, пришлось призвать на помощь авиацию: с вертолетов сбрасывали тюки сена и мешки с комбикормом. Ценой героических усилий тысяч людей, вышедших на борьбу со стихией, удалось избежать человеческих жертв и предотвратить потери скота…
Прошло немногим больше месяца, и угрожающее положение возникло в Таджикской республике. В ночь с 18 на 19 мая 1979 года прошли небывалой интенсивности ливни с градом, вызвавшие многочисленные оползни, селевые потоки и камнепады. В Гиссарской долине оползни повредили посевы хлопчатника, сады и виноградники. Правительством республики были приняты чрезвычайные меры для ликвидации последствий стихийных бедствий, созданы десятки специальных восстановительных отрядов…
Так время от времени погода в горах преподносит людям сюрпризы, чреватые неприятными последствиями, одним из которых, и притом весьма опасным, могут стать оползни.
17.13. Почему в горах встречаются безводные пустыни?
Засушливые и пустынные местности встречаются в горных субтропических областях во внутренних районах континентов, где горы препятствуют свободному доступу влажного воздуха с океана. Особенно страдают от недостатка осадков закрытые со всех сторон горами котловины, невысокие плато или замкнутые долины. Примером таких пустынь могут служить плоскогорье южной Невады и межгорная впадина Долина Смерти в Калифорнии, в США. На дне Долины Смерти, находящейся на 85 м ниже уровня моря, между хребтами Амаргоса и Панаминт, летом совсем не выпадают осадки, а температура воздуха достигает значений, близких к абсолютному максимуму, зарегистрированному на поверхности Земли: 56,7°C (июль 1913 года). Свое название эта долина получила в годы освоения американского Запада, когда многие переселенцы и золотоискатели поплатились жизнью, пытаясь пересечь долину на конных повозках.
