Понять небо - [57]

Рис. 173.Термичность в турбулентном слое

РЕАЛЬНЫЙ ГРАДИЕНТ

Мы говорили во второй главе, что поднимающийся или нагревающийся воздух приводит к нестабильности. Термик является порцией воздуха, которая и нагревается и поднимается. Давайте рассмотрим как на него влияет типичный градиент температуры.

На рисунке 174 показано в среднем изменение градиента у земли в течение суток. Утром мы видим наличие инверсионного слоя у земли. Вспомним, что градиент — это просто график изменения температуры от высоты. Инверсия — это слой, где этот график показывает, что воздух более теплый или недостаточно холодный, чтобы быть нестабильным.

Рис. 174.Суточное изменение градиента температуры

Утренняя приземная инверсия объясняется тем, что земля за ночь остыла и остудила нижний слой воздуха. В горах ночные бризы вниз по склону могут создать толстый слой холодного воздуха у земли, то есть толстый слой инверсии (не редкость 300 м). Вечерняя термичность, облака и ветер могут уменьшать толщину инверсионного слоя из-за перемешивания воздуха в нижних слоях и уменьшения потери тепла поверхностью излучением.

Возьмем точку на оси температур, например, 19 или 21° (график на рисунке 175). Термический поток с такой начальной температурой поднимается в приземном слое инверсии, затухая, до выравнивания температур.

Рис. 175. Термичность в приземном слое инверсии

На высоте, где температуры выравниваются, подъем прекращается, начинается перемешивание с окружающим воздухом. Если прогрев очень сильный и температура воздуха у поверхности больше 23°, то поток пробивает инверсию. Этот процесс продолжается, что приводит к прогреву слоя воздуха у поверхности. Со временем толщина прогревающегося слоя увеличивается. На рисунке 174 это отражается изменением графика в нижней части.

Усиление солнечного прогрева поверхности приводит к увеличению толщины прогреваемого слоя. Увеличение температуры из-за прогрева приводит к подъему нижней границы слоя инверсии. Из-за своеобразной формы на графике это часто называют курок температуры (trigger temperature), образно говоря, нажав на который, природа выпускает термические потоки.

Как мы видим на графике (рис. 174) приземная инверсия постепенно "размывается" теплым воздухом. Позже, к вечеру этот процесс идет в обратном направлении. Очень сильная инверсия, бывающая после ясных холодных ночей приводит к затягиванию времени на прорыв слоя инверсии и обещает хорошую термичность до позднего вечера. В таких условиях земля прогревается быстро, потому что тепловая энергия как бы попадает в ловушку в нижнем слое воздуха. Это может проявиться в том, что вдруг возникает термичность, хотя до этого момента ничего не было. В приложении 5 мы увидим, как определять время выравнивания градиента, разрушения слоя инверсии у земли.

Некоторые выводы:

Термическая активность

Безоблачные ночи приводят к толстому, стабильному слою инверсии у земли, что задерживает термическую активность на следующий день.

Ясный день обещает хороший прогрев и термическую активность.

Важным фактором, определяющим время появления термических потоков, является разность температур внизу и вверху приземного инверсионного слоя

ГРАДИЕНТ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ВЫСОТЕ

Слой инверсии может встречаться не только у земли, но и на высоте. Опускающийся воздух в барических системах высокого давления обычно создает инверсию на высоте около 2000 м, как показано на рисунке 176. Часто различные слои воздуха опускаются по разному. Этот процесс приводит к образованию двух и более слоев инверсии. К образованию дополнительной инверсии может привести также вторжение теплого воздуха сверху.

Рис. 176. Слой инверсии на высоте

Многослойная инверсия оказывает сильное влияние на термические процессы. На рисунке 177 показан типичный градиент температуры в термичный день. Как только термичность пробивает приземный слой инверсии, она быстро увеличивает свою максимальную высоту до достижения слоя меньшей нестабильности. Затем увеличение высоты потока замедляется и достигает потолка в слое инверсии. Отметим, что если термик проходит слой инверсии, то он часто продолжает подъем.

Рис. 177. Слои инверсии

Большинство термиков прекращают свое существование в инверсионном слое. Как результат пыль, дым и другие включения задерживаются на его границе, и часто можно наблюдать на горизонте серую линию, над которой воздух кажется кристально голубым. Наличие над этой линией серого купола указывает на наличие очень сильного потока, который пробил инверсионный слой. Определение местоположения инверсионного слоя помогает узнать, когда ожидается замедление потока и возможен ли подъем выше.

В следующей главе мы поговорим о термиках, проникающих сквозь инверсию. Сейчас хотелось бы отметить, что в день с сильной термичностью, тепловые процессы могут разрушать слой инверсии.

Слой инверсии может быть непостоянным над территориями с мощной термической активностью, такими, как горные цепи и в то же время быть устойчивым над близлежащими районами. Рисунок 178 иллюстрирует как бы перемещение инверсии с воздухом, где абсолютная высота над вершинами больше, чем над остальной территорией и разрыв в слое инверсии при сильном прогреве.