Плавание под парусом: ветер, волнение и течения
Шрифт:
Однако построение плана рефракции имеет небольшое практическое значение, так как на воздушный поток одновременно влияет много других факторов.
Рис. 83. Замедление одного края столба воздуха раньше другого вызывает рефракцию ветрового потока. Трение о поверхность суши уменьшило скорость ветра с 400 до 300 метров в минуту.
Следует отметить, что степень искривления воздушного потока за счет рефракции при ветре, более или менее перпендикулярном берегу, меньше, чем при его косом подходе. Это обстоятельство необходимо иметь в виду при совместном
Рефракция не проявляется (по крайней мере теоретически) до пересечения береговой линии, где начинает сказываться разница в скорости ветра над сушей и водой. Следовательно, при ветре на сушу влияние рефракции часто заметно настолько близко от берега, что не имеет практического значения для яхтсменов, но при береговом бризе этот эффект может быть полезен. Однако еще до рефракции некоторый поворот воздушного потока в направлении рефракции все-таки происходит.
Рис. 84. Построение диаграммы рефракции. Скорость ветра, равная над водой х, над сушей уменьшается до 3/4 х
При ветре как на берег, так и с берега воздушный поток после искривления рефракцией неизбежно возвращается к своему первоначальному направлению. Это показано на рис. 81 и 82. Конечно, иногда на воздушный поток кроме рефракции влияют и другие факторы и их действие может препятствовать возвращению ветра к первоначальному направлению, но даже в этих случаях некоторый возврат все же отмечается.
Причиной возврата является трение между слоями воздуха, расположенными на различной высоте. Рефракция действует до сравнительно небольших высот, где ощущается замедляющее влияние трения о землю. На достаточно больших высотах трение о поверхность суши не влияет на ветер и рефракция не наблюдается, здесь возможно только незначительное изменение направления ветрового потока из-за трения между различными горизонтальными слоями воздуха.
Таким образом, основная масса ветрового потока пересекает береговую линию без рефракции, и трение между основным потоком и слаборефрагированным ветром внизу постепенно выталкивает нижележащий воздух в направлении его собственного движения.
У береговой линии при соответствующих условиях наиболее сильно ощущается влияние морских и береговых бризов.
В жаркий летний день, если нет ветра с берега, обусловленного полем давления, возможно образование бриза, несущего холодный воздух от поверхности воды на замену теплому воздуху, который поднимается над более быстро нагревающейся сушей (см. гл. 11 и 13). Такие бризы, следуя из более холодного района в более теплый, обычно пересекают береговую линию примерно под прямым углом. Бриз (или тенденция к его образованию, если ветер, обусловленный полем давления [19] , слишком силен и препятствует заметному появлению бриза) будет влиять на градиентный ветровой поток.
19
В дальнейшем для удобства будем иногда называть его градиентным ветром, или генеральным ветровым потоком. Несмотря на неточность этого определения для ветра у поверхности, суши или воды, оно довольно часто используется в прикладных работах. В последнее время ветер, обусловленный полем атмосферного. давления, стали называть также фоновым ветром. (Прим. перев.)
Даже слабые ветры, дующие с берега, препятствуют образованию бризовой циркуляции. При ветре на сушу влияние береговой линии на термики обычно распространяется гораздо дальше, чем при рефракции. Эти термики могут проявляться как морской и береговой бризы большого масштаба или как более легкие локальные возмущения.
Форма береговой черты также
Если ветер спускается с относительно высокого обрыва под углом к береговой линии, то, подобно любому скатывающемуся телу, ветер (при отсутствии других сил) стремится вниз, а не поперек холма. Можно допустить некоторую аналогию между действием ветра на склон холма и попыткой прокатить мяч под углом к склону: мячик будет отклоняться от первоначального движения и неизбежно скатится вертикально вниз.
Можно также применить эту аналогию к воздушному потоку, набегающему на наветренную сторону холма под некоторым углом. Мяч, катящийся вверх по склону под некоторым углом, стремится изменить направление, следуя по линии наименьшего сопротивления, то есть вдоль основания склона. Аналогичным образом — ветер, приближающийся под углом к склону, стремится повернуть к нему под более острым углом и идти вдоль основания. (Аналогию не следует распространять слишком далеко, так как мячик обязательно будет скатываться вниз по склону, а с ветром, перемещение которого зависит не только от количества движения, этого не происходит.)
Таким образом, влияние конфигурации берега на ветер с суши и с моря прямо противоположно. Береговой эффект отклоняет ветер с моря параллельно крутому берегу, этот же эффект заставляет ветер с суши опускаться с обрыва под прямым углом.
Замедление морского ветра трением о сушу при пересечении береговой черты приводит не только к рефракции, но и к другому важному явлению.
Как уже говорилось, в жаркий день при ветре к берегу наблюдается тенденция к образованию бризовой циркуляции, которая в значительной степени может быть замаскирована движением воздуха, обусловленным полем давления. Воздушный поток, возникающий в результате этой тенденции, может таковым не восприниматься, так как не исключено существенное влияние генерального ветрового потока. Но тем не менее бризовая циркуляция существует, а направление и сила ветра при пересечении линии берега являются результатом сложения двух ветров, общего и бризового, каждый из которых имеет свою скорость и направление.
Мы видели, что морской бриз обычно пересекает береговую черту под прямым углом. Понятно, что такой бриз (или тенденция к нему) стремится отклонить морской ветер в направлении, перпендикулярном к берегу. Это показано на рис. 85.
Сказанное достаточно просто, однако важно, что хотя теоретически каждый из обоих ветров сохраняет свое направление (в течение всего периода существования, независимо от эффектов рефракции и т. д.), они непостоянны по скорости или силе. Бриз сильнее у береговой линии, где разница температуры воздуха над водой и сушей наибольшая. Строго говоря, для потока, обусловленного полем давления, справедливо обратное — у береговой линии его скорость (или сила) уменьшается за счет трения. Следовательно, при достижении берега бризовый поток становится сильнее, а градиентный — слабее.
Рис. 85. Сочетание генерального ветрового потока с бризовым эффектом образует результирующий ветер, направленный к линии берега под углом, более близким к прямому
В результате — чем ближе к берегу результирующий ветер, тем ближе к прямому угол, под которым он следует к берегу.
Этот эффект проявляется только при ветре на берег. При ветре с суши конвективная деятельность ослаблена и бризовая компонента может полностью отсутствовать.
Все, что ослабляет или сдерживает бризовую циркуляцию, будет, естественно, уменьшать отклонение результирующего ветра, поэтому подход ветрового потока, обусловленного полем давления, под очень острым углом к береговой линии неблагоприятен для образования бризовой циркуляции. Уменьшение термического влияния при косом подходе ветра возмещается большой рефракцией. Бризовые эффекты будут сильнее в жаркую солнечную погоду, при более слабом градиентном ветровом потоке.