В миниатюре мы можем наблюдать то, что в грандиозных явлениях происходит в настоящем циклоне, — в пыльном вихре, кружащемся летом на дороге. Он рождается от двух потоков воздуха, столкнувшихся в своем движении и закруживших в своем вращательном движении пыль, листья, щепки, даже более крупные предметы.
Представьте себе два более мощных потока воздуха, захватывающих огромное пространство; один — явившийся из нагретых южных стран, другой — из приполярных областей. Оба потока в месте встречи образуют вихрь. Представьте теперь, что один из потоков, например, южный будет сильнее. Воздух в образовавшемся вихре, под влиянием вращения Земли вокруг оси с запада на восток, начнет устремляться справа налево или, как говорят, "против часовой стрелки", мы — наблюдатели — на дне такого вихря будем видеть возникновение и усиление ветров южных и юго-западных, если воздушный вихрь пройдет над нами юго-восточной своей частью; наоборот, если он пройдет над нами северо-западной своей частью, ветры будут слабее, но холодные — с северо-востока, севера и востока. Этот воздушный вихрь и носит название циклона, если размеры его достигают десятков и более километров, но только в нем не наблюдается настоящего круговращения как в обыкновенном вихре. Прежде всего характерно для циклона то, что его можно разделить на две не смешивающиеся части: юго-восточную — с теплым током воздуха, и северо-западную — с холодным током. Схематически это представлено у нас на рисунке (рис. 84).
Рис. 84.Схема циклона. Заштрихованная площадь означает область дождя и облачности. Стрелками справа обозначены перистые облака — предвестники надвигающегося циклона.
Можно провести даже границы между этими двумя частями циклона и двумя основными потоками воздуха в нем, — справа это будет так называемая "направляющая линия", по которой обычно следует циклон с запада на восток. Она носит название теплого фронта. Левая линия шквалов носит название холодного фронта. Посмотрим, что будет происходить на этих разделах. Теплые потоки воздуха на линии "направляющей", встретившись с поперек им идущими холодными потоками, вынуждены будут уступить их преграде, потому что теплый воздух легче холодного. Накопляясь здесь, потоки теплого воздуха начнут вследствие этого вытесняться вверх и натекать поверх холодных потоков. Это и есть то, что обычно называют восходящими токами. Восходящие токи, продолжая свой путь поверх холодных, образуют большую облачность, так как вместе с теплом несут и большое количество паров. Поэтому здесь возникают осадки и грозовые явления, которыми так характерен циклон в передней своей части. На линии же холодного фронта мы увидим обратное явление. Там холодные массы воздуха наталкиваются на поперечное им теплое течение и, будучи тяжелее теплых, начнут опускаться книзу и внедряться под теплое течение. Поэтому, с одной стороны, здесь температура станет падать, с другой же стороны — поднятые холодным воздухом кверху теплые потоки дадут кратковременную, прерывающуюся облачность и осадки. Здесь будет происходить борьба между теплом и холодом, дождем и прояснением. Это — тот тип погоды, который обычно наблюдается после прошедшего обложного циклонического дождя и который характеризуется названием "шквалов". Что же касается северной части циклона и главным образом северо-западной, то там будет сравнительно ясное небо при пониженной температуре.
Тепловой сектор циклона, заключенный между теплым и холодным фронтами, редко бывает столь широким, как показано на рисунке. Чаще всего он сужается, и иногда это сужение достигает полного слияния теплого и холодного фронтов.
Массы воздуха, заключенные между таким сомкнутым (нейтральным) фронтом, тогда вытесняются в более высокие слои тропосферы. Этим обычно заканчивается жизнь циклона, и, как говорят, он окклюдируется. Окклюзия — значит пленение или отъединение масс теплого воздуха вверх от притекающих с обеих сторон сектора холодных или менее нагретых масс воздуха соседних частей циклона, и температуры в циклоне постепенно выравниваются.
Мы представили себе в начале два мощных потока воздуха, северный и южный, дав перевес по силе второму, — и получили циклон. Теперь представим себе обратное состояние, когда северный поток перевешивает по силе южный. Очевидно, движение ветров в этом образовании будет тогда противоположное циклону — слева направо, по часовой стрелке. Такое образование носит название "антициклона".
В то время как в циклоне главное значение имел поток теплого воздуха, внедряющийся в него, в антициклоне происходит обратное: главная роль принадлежит Там холодному течению, которое вытесняет теплый, более легкий воздух.
Мы взяли в обоих случаях типичный вид циклона и антициклона с движением их с запада на восток в северном полушарии. Для южного полушария движение, распределение и значение ветров в этих образованиях будут обратными. Но и в нашем полушарии не всегда циклон непременно движется с запада на восток, а иногда может спускаться с севера на юг или подниматься с юга на север. Предлагаем читателю подумать и решить вопрос, где в таком случае в циклоне будет направляющая линия и где линия шквалов, и будут ли в нем ветры иметь такое же значение, как в разобранном случае.
ВОЗДУШНЫЕ ГОРЫ И ДОЛИНЫ
Положение циклонов и антициклонов для данного дня и часа обычно наносится на карту, которая носит название "синоптической" (рис. 85), при помощи проведения так называемых изобар, т. е. линий одинакового, барометрического давления. Поэтому у каждой линии вы видите на карте в цифрах высоту барометра: 740, 750, 760 и т. д.; если цифры убывают к центру концентрической фигуры, то мы имеем дело с барическим минимумом, у которого теплый, более легкий воздух, втекающий внутрь, понижает барометрическое давление, и барометр падает от 760 к 750 и ниже до 730–725 мм. Стрелки, поставленные по краям изобар в пунктах производства метеорологических наблюдений, показывают направление, а их оперение — силу ветра. Мы видим, что у циклона в юго-восточной половине господствуют юго-западные ветры, как и говорилось выше.
Барические максимумы, наоборот, изображены на карте с цифрами, увеличивающимися к центру: 740, 750, 760, 770 мм. Здесь теплый и легкий воздух вытесняется холодным, более тяжелым, который увеличивает давление: барометр поднимается. Ветры имеют обратное расположение, и ясное небо вообще преобладает (белые кружочки), хотя это и не является правилом. Зимние, например, максимумы заполнены густой облачностью.
На новейших картах погоды изобары выражают барометрическое давление не в мм, а в миллибарах. Это новая единица измерения давления атмосферы — "бар", равняющаяся давлению в один миллион дин на 1 кв. см поверхности. Один бар или 1000 миллибар соответствует давлению в 750,1 мм. Таким образом, барометрическое давление, изменяющееся от 710 до 800 мм, теперь выражается в миллибарах от 946 до 1066 мб. В циклонах большей частью мы видим изобары с цифрами, убывающими к центру от 1000 к 980 мб и ниже, а в антициклонах — с цифрами, возрастающими от 1000 к 1025 мб и выше. Эта система обозначений признана более удобной, по существу же она ничего не меняет.
По аналогии с земным рельефом местности, где чередуются горы и долины, возвышенности и впадины, метеорологи говорят о барометрическом или барическом рельефе. В самом деле, если в минимумах, куда втекает легкий воздух, образуется меньшее давление, казалось бы, должна образоваться пустота и все барическое образование получает вид воронки со впадиной посредине. Поэтому ее естественно приравнять к котловине, тогда как максимум, в котором скопляется тяжелый воздух, можно представить в виде гороподобного возвышения. Такое сравнение обычно и проводится, но оно имеет только условное значение, так как слой — воздуха в тропосфере везде имеет одинаковую высоту, а избыток теплого или холодного воздуха в этом слое делает лишь один и тот же объем воздуха более или менее тяжелым.
Говоря о "барическом рельефе", изображаемом картой погоды, употребляют такие термины, как ложбина и отрог. Дело в том, что не всегда мы имеем дело с законченными и ясно выраженными циклонами и антициклонами. Иногда они находятся лишь в процессе роста, иногда мы имеем дело с целой системой или, как говорят, семьей циклонов. Нередко от основного циклона тянется куда-либо в сторону циклоническое незаконченное образование, — в таком случае мы говорим о ложбине (рис. 85). Такое же образование от антициклона называется отрогом или гребнем высокого давления. Тот участок карты, на котором соприкасаются, перекрещиваясь между собою, два циклона и два антициклона, носит название седловины.
Рис. 85.Синоптическая карта погоды, составленная Главной геофизической обсерваторией в Ленинграде для утра 10 мая 1928 г. Цифры, поставленные около стрелок, обозначающих ветры, указывают температуру воздуха в этих пунктах наблюдений. На карте циклон стоит с центром над Финским заливом, антициклон за Уралом.
Таким образом, "воздушные горы и долины", проносящиеся над нами, обнаруживают себя для наблюдателя каждой отдельной метеорологической станции падением или повышением барометра. Соответственно этому, меняется и тип погоды, направление и сила ветра. По характеру и расположению барического рельефа можно судить о наступлении и ходе в данной местности погоды и ожидающихся в ней переменах, поскольку барическая система имеет в том или ином направлении перемещение.
БУРЯ, ЗАСТАВИВШАЯ АСТРОНОМА СТАТЬ МЕТЕОРОЛОГОМ
Во время Восточной войны французский и союзный флот, находившийся в Крыму в Балаклавской бухте, сильно пострадал от разрушительной бури, пронесшейся над Крымом 14 ноября 1854 г. Одно судно совершенно затонуло. Работы по планомерной осаде Севастополя сильно были нарушены. Известие об этом поселило во Франций большое уныние.
В то время директор Парижской Астрономической обсерватории Леверье был на вершине своей научной славы. В 1846 г. им было сделано замечательное открытие планеты Нептуна на "острии своего пера": сидя в кабинете за вычислениями, он указал наблюдателям то место, где должна находиться предполагаемая планета. Опечаленный несчастьем, стихийно разразившимся над союзным флотом, Леверье задумывается над бурей, которая была причиной разрушений во флоте. Математический ум его, привыкший всюду видеть строгую закономерность, ищет ее и в этой стихии. Ему кажется, что б