ГЛАВА 13. Местные ветры

ГЛАВА 13. Местные ветры

Любители восхитительных полетов и парений на планерах изучают действие ветра более досконально, чем плавающие под парусом, у планеристов можно научиться многому. Конечно, их в основном интересуют вертикальные воздушные потоки, сообщающие планерам подъемную силу, но у этих потоков обычно имеется также и горизонтальная составляющая скорости. Часто восходящие струи воздуха возникают при горизонтальном перемещении потока и его подъеме с наветренной стороны холма. Этот процесс происходит так же, как показано на рис. 69 и 70, хотя и в несколько меньшем масштабе. Таким образом, между движением воздуха вверх и вниз, которое интересует планеристов, и в стороны, которое необходимо яхтсменам, имеется тесная связь. При любом перемещении должен возникать компенсирующий поток, поэтому подъем воздуха вверх почти неизбежно вызывает в непосредственной близости ветер в поперечном направлении.

Для яхтсменов конвекция важна именно из-за тесной связи между вертикальным и горизонтальным движением воздуха.

У Британских островов ветры обычно достаточно сильны, чтобы замаскировать очень легкие бризы, вызываемые чисто местными конвективными потоками. Во многих морских районах, окруженных сушей, а также на озерах и реках, где плавает большинство маленьких яхт и где преобладают слабые ветры, необходимо обращать внимание на локальные термики.

Морские и береговые бризы

Наиболее известными примерами конвективной деятельности являются морские и береговые бризы, которые заметны в прибрежных районах при достаточно слабом ветровом потоке (см. также главы 11 и 15).

В жаркий летний день воздух над сушей прогревается быстрее, чем над морем, расширяется, становится менее плотным и поднимается. Если ветер, обусловленный полем давления, слабый, то холодный воздух над морем будет двигаться к берегу и замещать нагретый, поднявшийся вверх воздух над сушей. Возникающая при этом циркуляция изображена на рис. 71.

Ночью суша остывает быстрее, чем море, поэтому циркуляция имеет обратное направление: воздух, поднимающийся над морем, замещается более холодным воздухом, идущим с суши, как показано на рис. 72.

Рис. 71. Морской бриз, образующийся при подъеме воздуха над сушей и его замещении более холодным воздухом с моря

На восточных побережьях Америки и Англии разница между температурой суши и моря выражена четко, в результате морские бризы сильнее и наблюдаются чаще. Их скорость обычно равна 5 узлам, а в некоторых случаях превышает 8 узлов. В штилевую погоду в прибрежных водах может дуть только бриз, поэтому, хотя скорость его мала, он очень важен для яхтсмена.

Рис. 72. Береговой бриз ночью. Воздух над морем охлаждается медленнее, чем над сушей

Обычно морские бризы важнее береговых, так как их скорость больше. Морские бризы образуются при нагревании поверхности солнечными лучами, поэтому бризы не возникают при оплошной облачности, через которую не пробивается солнце. По этой же причине летом морские бризы начинают ощущаться только в разгар утра, когда солнце достаточно прогреет сушу. Обычно бризы начинают стихать после полудня, когда солнце опускается ниже к горизонту.

Во многих районах мира бризы у побережья имеют довольно регулярный характер и в определенное время года для каждого часа суток характерен ветер определенной силы.

Морские бризы редко ощущаются на расстоянии более 10 миль от суши, и, как правило, их влияние едва заметно даже ближе к берегу. При благоприятных, условиях полезный морской бриз может распространяться до 5 миль в море.

В странах, где полуденное солнце очень жаркое, а суша каменистая или песчаная и поэтому быстро нагревается до значительной температуры, морские бризы сильнее и распространяются в море на большие расстояния.

Прибрежные отмели, лагуны или большие мелководные гавани, такие, как Пул, Сидней или залив Делавэр, могут вызывать ослабление бризового эффекта. В таких местах вода обыкновенно теплее и поэтому температурные градиенты между воздухом над холодным глубоким морем и над теплой сушей меньше. Над такими бассейнами с более теплой морской водой бриз иногда поднимается на высоту, где; он уже бесполезен для яхтсмена.

Обычно морские бризы несут влагу, которая поднимается вместе с теплым воздухом над сушей, что часто приводит к образованию кучевых облаков на расстоянии одной-двух миль в глубь суши при совершенно безоблачном небе над морем. При полном штиле и ясном небе образование кучевых облаков над прибрежной полосой суши является почти достоверным признаком возможного морского бриза. Для возвращающегося с моря судна эти группы кучевых облаков часто являются первыми признаками земли, так как заметны, когда она еще скрыта за горизонтом. Часто над большим островом можно наблюдать горы кучевых облаков, отделенные от массы таких же облаков над материком полосой чистого неба над водой. Такая картина является хорошим признаком конвективной деятельности.

В некоторых случаях при морском бризе воздух на побережье примерно на 3–4 °C холоднее, чем в глубине суши.

Происхождение местных термиков

Конвективная деятельность любого масштаба вызывается неодинаковым нагреванием поверхностей. Одни участки поверхности нагреваются быстрее, чем другие, поэтому обмен теплом между соседними районами происходит с различной интенсивностью.

Тепло, передаваемое от быстро нагревающихся объектов, согревает окружающий воздух, вызывает его расширение, уменьшение плотности (то есть воздух становится легче) и подъем. Поднимающийся столб нагретого воздуха должен чем-то замещаться, и из окружающего пространства засасывается[17] более холодный воздух, чтобы в свою очередь нагреться и присоединиться к постоянно движущемуся вертикальному потоку.

В солнечные дни при тихой погоде термики, малого масштаба наблюдаются повсюду. Очень часто можно видеть птиц? кружащих в вертикальных потоках. Например, в странах с жарким климатом некоторые виды птиц с полудня до вечера парят в термиках, совершенно не шевеля крыльями.

Нетрудно представить, что песчаная или каменистая поверхность должна нагреваться и передавать тепло окружающему воздуху быстрее, чем поверхность, покрытая лесом. Поле зрелой желтой пшеницы будет отражать тепло и нагревать воздух больше, чем поле с зеленой травой. Над участком горячего песка или желтой нивой следует ожидать термических эффектов, но их не будет над лугом или лесом.

Рис. 73. Неодинаковое нагревание подстилающей поверхности вызывает подъем и опускание воздуха

Интуитивно ясно, какие объекты быстро нагреваются или легко излучают и отражают тепло, поэтому яхтсмены ищут над такими участками поверхности наиболее полезные термические течения, в частности потоки более холодного воздуха, движущиеся к нагретым участкам. Конвекция, естественно, сильнее в жаркие, штилевые, безоблачные дни, когда солнечная радиация беспрепятственно проникает в районы, по-разному реагирующие на нагревание.

Рис. 74. Нагретый воздух поднимается над полем и замещается более холодным воздухом с водной поверхности

На рис. 73, где представлена совершенно условная местность, показаны различные восходящие и нисходящие потоки, возникающие над районами с неодинаковым тепловым влиянием на воздух.

На рис. 74 наглядно показано, как эти вертикальные движения вызывают горизонтальные перемещения воздуха от более холодной к более теплой поверхности.

При плавании нас в основном интересует ветер. Воздух над поверхностью воды быстро не нагревается, поэтому если рядом с местом плавания происходит отдача тепла, то можно ожидать движение воздуха вдоль поверхности воды.

Колебания силы бриза

Поскольку более холодный воздух вовлекается в движение поднимающимся нагретым воздухом, то горизонтальное движение сильнее у основания поднимающегося воздушного потока и слабее на некотором расстоянии от него. Казалось бы, это довольно элементарное наблюдение, но практическое его использование во время соревнований иногда вызывает затруднение, так как явления, очевидные при спокойном размышлении, в другой обстановке становятся неопределенными. Мораль такова: необходимо держать яхту как можно ближе к источнику восходящего движения, то есть к наиболее сильному потоку приходящего холодного воздуха.

Важным — и легко объяснимым — свойством ветров вовлечения является то, что источник их возникновения находится в направлении, в котором они дуют. Другими словами, в полный штиль, при зеркальной водной поверхности, об источнике термического вовлечения можно судить по идущим к яхте обычным темным ветровым полосам покрытой рябью воды. Но так как вовлечение происходит в направлении основания поднимающегося столба воздуха, который втягивает окружающий холодный воздух и движется от места своего возникновения, то около яхты ветер будет дуть в направлении, противоположном движению ветровых полос. Таким образом можно всегда судить о начале термического явления.

В конце дня или вечером не следует слишком полагаться на вовлечение: как только солнечного тепла станет меньше, ветер может совершенно внезапно прекратиться. Начинается же такой ветер, как правило, постепенно.

Для плавающих под парусом важно, что этот ветер чаще встречается весной и летом, то есть в сезоны наибольших контрастов температуры между водой и сушей.

Направление струи вовлечения

На рис. 75 показан участок берега, над которым образовался восходящий термический поток. Направление струи вовлечения, ослабевающей на некотором расстоянии от берега, показано стрелками, идущими строго под прямым углом к берегу: чем слабее ветер, тем короче стрелки. Как береговые, так и морские ветры проходят линию берега под прямым углом, поэтому при отсутствии более веских соображений рекомендуется плавать вдоль берега, так как струя вовлечения не только направлена под прямым углом к берегу, но чем ближе к нему, тем сильнее.

Рис. 75. Потоки воздуха в струе вовлечения

Поиски струи вовлечения

Наиболее важно помнить, что термики имеют небольшие размеры, строго локальны и не вызывают общего движения воздуха. Поэтому, не понимая происходящего и считая, что действует только обычный порывистый ветер, можно бессмысленно вертеться по краю полезной струи вовлечения, ожидая, что она вот-вот подойдет к яхте, — а это может произойти только при неполном развитии конвекции. Установившаяся струя вовлечения локальна и не будет двигаться к яхте, в эту струю необходимо входить.

Значение местных ветров для яхтсменов

Подавляющее большинство яхтсменов игнорируют ветры, возникшие в результате конвективной деятельности, но может наступить день, когда обычный ветер полностью стихнет — и тогда единственным помощником на дистанции будет дружественная струя вовлечения. В таких условиях знание происходящих процессов столь же важно, как и изучение явлений, описанных в предыдущих разделах.

В реальных условиях плавание при наличии конвективных струй вовлечения происходит в местах типа Египетских Горьких Озер или Нила, где вода окружена пылающим горячим песком и термики настолько выражены, что едва ли не видны глазом.[18] Такие наблюдения чрезвычайно интересны.

Можно привести другой интересный пример: большая акватория может оказать значительное влияние на температуру окружающего воздуха (даже в таком относительно умеренном климате, как в Англии). Так, после заполнения Чеддарского водохранилища около Бристоля средняя температура в окружающем районе упала примерно на 3 °C. Вода в этом водохранилище очень холодная, так как питают его главным образом подземные источники.