Опасные природные процессы 1 Лекция 7

Опасные природные процессы 1

Лекция № 7. Природные процессы в атмосфере 1. Атмосфера. Воздушные массы. Атмосферные фронты 2. Атмосферное давление. Циклоны и антициклоны. Ветры, вихри, смерчи 3. Облака 2

1. Атмосфера. Воздушные массы. Атмосферные фронты 3

Атмосфера — газовая оболочка Земли, удерживаемая около неё гравитацией, и вращающаяся вместе с ней как единое целое. Воздушные массы (ВМ) — большие объёмы воздуха с горизонтальными размерами до несколько тыс. км, и вертикальными размерами в несколько километров, с примерной однородностью to и влагосодержания по горизонтали. Тёплая (холодная) ВМ которая теплее (холоднее) окружающей её среды и в этом районе постепенно охлаждается (нагревается), стремясь приблизиться к тепловому равновесию. При сближении и встрече масс холодного и тёплого воздуха между ними образуется наклонная поверхность раздела атмосфе рный фронт (АФ) — переходная зона в тропосфере между воздушными массами с разными физическими свойствами. 5

Различают фронты: q тёплые; q холодные, q окклюзии, q стационарные. Основные АФ: q арктические, q полярные, q тропические Зона АФ очень узка по сравнению с разделяемыми ею воздушными массами. Размеры: q фронтов десятки км; q воздушных масс тысячи км. 6

Тёплый фронт (ТФ) АФ, перемещающийся в сторону холодного воздуха. За ТФ приходит тёплая воздушная масса. Тёплый воздух, натекает на клин холодного воздуха и совершая восходящее скольжение охлаждается. При достижении насыщения в восходящем воздухе происходит облакообразование. Образуются слоистообразные облака (облака восходящего скольжения): перисто слоистые высоко слоистые слоисто дождевые (Cs As Ns). С приближением ТФ – q давление падает, q уплотняются облака, q выпадают обложные осадки. Карта погоды: ТФ отмечается красным цветом (зачернёнными полукружками, направленными в сторону перемещения фронта). 7

Холо дный фронт — АФ перемещающийся в сторону тёплого воздуха. За ХФ приходит холодная воздушная масса. Карта погоды: ХВ отмечается синим цветом или зачернёнными треугольниками, направленными в сторону перемещения фронта. При переходе через линию ХФ, ветер резко поворачивает вправо и усиливается. 8

Перед ХФ: q АД меняется медленно (падает), с прохождением быстрый рост (3 5 г. Па/3 ч. , до 6 8 г. Па/3 ч. и более). q наблюдаются осадки грозы и шквалы (особенно в тёплое полугодие). После прохождения: q температура воздуха падает — до 5… 10 °С и более за 1 2 часа. q понижается точка росы; q видимость улучшается (вторгается более чистый и менее влажный воздух из северных широт). Виды ХФ: q первого рода: холодный воздух наступает медленно, q второго рода: быстрое наступание холодного воздуха. 9

Фронт окклюзии (ФО) — АФ, возникающий за счёт того, что ХФ «догоняет» движущийся впереди ТФ и сливается с ним (процесс окклюдирования циклона). Обусловливает крупномасштабные восходящие движения воздуха и формирование протяжённой зоны облаков и осадков. С ФО связаны интенсивные осадки, в летнее время — сильные ливни и грозы. 10

11 Холодный фронт окклюзии Холодный фронт 1 го рода

2. Атмосферное давление. Циклоны и антициклоны. Ветры, вихри, смерчи 12

Атмосферное давление (АД) — гидростатическое давление атмосферы на все находящиеся в ней предметы, создаваемое гравитационным притяжением воздуха к планете. Единица измерения АД атмосфера, равная q 101 325 Па, или q 760 мм ртутного столба. Отмечены колебания АД на уровне моря 684 — 809 мм рт. ст. АД : q уменьшается с высотой из за уменьшения количества газа; q изменяется от места к месту и во времени. 13

На картах АД показывается изобарами — линиями, соединяющими точки с одинаковым приземным АД, приведенным к уровню моря. Погоду определяют непериодические изменения АД, связанные с возникновением, развитием и разрушением: q антициклонов медленно движущихся областей высокого давления; q циклонов относительно быстро перемещающихся вихрей с пониженным давлением. 14

Систематика циклонов Главные виды циклонов Среднеширотные Тропические (тайфуны) 15

Н циклон ( «Н» низкое давление), В антициклон ( «В» высокое давление). Запад: «L» (low), «H» (high) 16 Атмосферные фронты : ХФ холодный, ТФ теплый, ФО – окклюзии.

17

Ветер поток воздуха, движущийся относительно земной поверхности со скоростью свыше 0, 6 м/с. Ветер: q возникает в результате неравномерного распределения АД (из за неравенства t 0 в атмосфере), q направлен от зоны высокого давления к зоне низкого давления. 18

Направление ветра указывается азимутом точки, откуда дует ветер. Многолетние наблюдения за направлением и силой ветра изображают в виде графика — розы ветров. Визуальная оценка скорости ветра – по шкале Бофорта: интервал возможных значений скорости ветра делится на 12 градаций (баллов), связывающих скорость ветра с различными его эффектами (волнение моря, качание ветвей деревьев, распространение дыма из труб и т. д. ) Вышла из употребления. 19

Б м/с Характеристика ветра 0 - Штиль. Полное отсутствие ветра. Дым из труб поднимается 0 0. 2 вертикально. Море зеркально гладкое. 0. 3 - Тихий. Ветер еще не приводит в движение флюгер, но уже относит 1 1. 5 дым. На море рябь, но пены нет. 1. 6 - Легкий. Ветер ощущается лицом. Шелестят листья. Флюгер в 2 3. 3 движении. Гребни не опрокидываются. Слабый. Непрерывно колышутся листья и тонкие ветви деревьев. 3. 4 - 3 Развеваются легкие флаги. Гребни волн, опрокидываясь, образуют 5. 4 стекловидную пену. Изредка возникают маленькие белые барашки. Умеренный. Ветер поднимает пыль и бумажки, приводит в 5. 5 - 4 движение тонкие ветви деревьев. Волны на море удлиненные, 7. 9 белые барашки видны во многих местах. 5 8. 0 - Свежий. Качаются тонкие стволы деревьев. Волны на море еще не 10. 7 очень крупные, но повсюду видны белые барашки. Сильный. Качаются толстые сучья. Гудят телефонные провода. 10. 8 - 6 Образуются крупные волны. Белые пенистые гребни занимают 13. 8 20 значительные площади.

7 8 9 10 11 12 Крепкий. Качаются стволы деревьев. Идти против ветра трудно. 13. 9 - Волны громоздятся, гребни срываются, пена ложится полосами по 17. 1 ветру. Очень крепкий. Ветер ломает сучья деревьев, идти против ветра 17. 2 - очень трудно. Волны на море умеренно высокие, длинные. По 20. 7 краям гребней начинают взлетать брызги. Шторм. Ветер срывает черепицу и дымовые колпаки. Волны 20. 8 - высокие. Пена широкими плотными полосами ложится по ветру. 24. 4 Гребни волн опрокидываются и рассыпаются в брызги, ухудшая видимость. Сильный шторм. Ветер разрушает строения, с корнем вырывает 24. 5 - деревья. Волны оч. высокие, с загибающимися вниз гребнями. 28. 4 Сильный грохот волн подобен ударам. Поверхность моря белая от пены, выдуваемая большими хлопьями. Видимость на море плохая. Жестокий шторм. Суда небольшого и среднего размера из за волн 28. 5 - временами скрываются из вида. Края волн повсюду сдуваются в пену. 32. 6 На суше столь сильный ветер наблюдается редко. Ураган. Море все покрыто полосами пены. Воздух наполнен пеной и 21 ˃32. 7

22

Сильный ветер движение воздуха относительно земной поверхности со скоростью свыше 14 м/с. Шквал резкое кратковременное усилие ветра до 20 -30 м/с и выше, сопровождающееся изменением его направления, связанное с конвективными процессами. Шторм длительный очень сильный ветер со скоростью свыше 20 м/с, вызывающий сильные волнения на море и разрушения на суше. Ураган ветер разрушительной силы и значительной продолжительности, скорость которого превышает 32 м/с. Вихрь атмосферное образование с вращательным движением воздуха вокруг вертикальной или наклонной оси. 23

Смерч сильный маломасштабный вихрь с вертикальной осью, диаметром 100 -200 (до 1000) м, в котором воздух вращается со скоростью до 100 м/c; обладает большой разрушительной силой. Возникает в передней части грозового облака. Виден: 1) темный столб между облаками и землей, расширяющийся кверху и книзу, 2) хобот, свисающий из облака (втягивает сверху облако, а снизу пыль или воду. При сильном падении АД внутри вихря происходит конденсация водяного пара. Скорость 30 40 км/ч. Время существования десятки минут (несколько часов). Проходит: над морем несколько км, над сушей – десятки (сотни) км. АД в вихре понижено на десятки (до сотни) гектопаскалей. 24

25 22. 08. 2002 г. Черноморское побережье Кавказа (поселок Лоо)

Ветры над большими площадями образуют обширные воздушные течения: q муссоны — периодические ветры в тропическом поясе, несущие большое количество влаги, и дующие зимой с суши на океан, а летом — с океана на сушу; q пассаты — постоянные ветры силой 3 4 баллов, из которых слагается общая и местная циркуляция атмосферы. 26

Ветры в определенном районе, с характерными особенностями, объяснимыми географией этого района называются местными : q Бриз — тёплый ветер, дующий с берега на море ночью (береговой бриз), и с моря на берег днём (морской бриз). q Бора — холодный резкий ветер, дующий с гор на побережье или долину. холодный воздух (серый) накапливается перед хребтом и переваливает через него 27

q Фён — лёгкий тёплый ветер, дующий с гор на побережье или долину. q Сирокко — итальянское название сильного южного или юго западного ветра, зарождающегося в Сахаре. 28

3. Облака 29

Облака подразделяются: 1. Перистые Cirrus (Ci) 2. Перисто кучевые Cirrocumulus (Cc) облака 3. Перисто слоистые Cirrostratus (Cs) верхнего 4. Высококучевые Altocumulus (Ac) яруса 5. Высокослоистые Altostratus (As) 6. Слоисто кучевые Stratocumulus (Sc) 7. Слоисто дождевые Nimbostratus (Ns) облака 8. Слоистые Stratus (St) нижнего 9. Кучевые Cumulus (Cu) яруса 10. Кучево дождевые Cumulonimbus (Cb) Количество облаков на небе оценивается визуально по 10 - бальной системе. Записывается в виде дроби: q числитель покрытие неба вообще общая облачность; q знаменатель покрытие неба облаками нижнего яруса. 30

31

Типы облаков 32

33

1. Перистые облака (Cirrus, Ci) 34

35

2. Перисто-кучевые - Cirrocumulus (Cc) 36

4. Высококучевые - Altocumulus (Ac) 37

38

39

5. Высокослоистые облака (Altostratus, As) 40

7. Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns) 41

9. Кучевые облака (Cumulus) 42

10. Кучево-дождевые - Cumulonimbus (Cb) 43

44

Наковальня 45

46

47

По условиям возникновения выделяют облака: q скольжения (фронтальные) преимущественно слоистообразные (пересто слоистые (Cs), высокослоистые (As) и слоисто дождевые (Ns)); q конвекции в неустойчиво стратифицированной воздушной массе кучево образные (кучевые (Cu), кучево дождевые (Cb), некоторые виды высококучевых (Ac) и слоисто кучевых (Sc)); q устойчивой воздушной массы волнистые (перисто кучевые (Cc), cлоисто кучевые (Sc) и слоистые облака (St und)). Образование облаков: q из за охлаждения влажного воздуха при подъёме и расширении; q вследствие турбулентного обмена (смешения); q радиационного выхолаживания. 48

На теплых АФ образуются облака слоистых форм Ci, Cs, As, Ns. На холодных АФ развиваются преимущественно кучево дождевые облака (Cb). Перед прохождением ХФ наблюдается выброс вперед высококучевых (As lent), или перистых и высокослоистых облаков. Наиболее обширная облачность на ФО (слияние теплого и холодного АФ). 49

Конец лекции 50

51

52

53

Чрезвычайные ситуации в атмосфере q Опасные атмосферные процессы (циклоны, смерчи, сильные ливни, снегопады и др. ) q Опасные атмосферные вихри. В порядке уменьшения энергии и размеров к ним относятся циклоны, тайфуны, шквалы, смерчи (торнадо) 54

Циклон — общее название вихрей с пониженным давлением в центре. Это вихревое движение вызывается сочетанием двух сил: q контрастом между низким давлением в центре или осью атмосферного давления и повышенным давлением вокруг него; q силой Кариолиса, которая представляет собой стремление любого движущегося тела на Земле или на ее поверхности отклоняться в сторону из за вращения Земли. В Северном полушарии отклонение идет вправо от направления движения Земли, а в Южном — влево. Сочетание этих двух сил образует циклоническую модель. 55

Антицикло н — атмосферная масса, вихревое движение воздуха с высоким давлением в центре, по часовой стрелке — в Северном полушарии, против часовой стрелки — в Южном. Отличительная особенность антициклонов: направление ветра от центра к периферии (в направлении снижения давления воздуха; воздействие силы Кориолиса, поворачивающая движущий поток вправо в северном полушарии, и влево в Южном полушарии Именно поэтому ветер в антициклонах Северного полушария движется по направлению движения часовой стрелки, а в Южном — наоборот.

Среднеширотные циклоны могут формироваться как над сушей, так и над водой. Иногда их связывают с волнами или возмущениями вдоль полярных фронтов, и обычно они движутся с преобладающими ветрами с запада на восток. Тропические циклоны встречаются над теплыми тропическими океанами, в стадии формирования обычно движутся на запад с потоком пассатов (ветры), а после окончания формирования изгибаются к полюсам. Тропический циклон, достигший необычной силы, называется ураганом, если он рождается в Атлантическом океане и примыкающих к нему морям; тайфуном — в Тихом океане или его морях; циклоном — в регионе Индийского океана. 57

Разрушительная способность ветра • 0 баллов — 18— 32 м/с, слабые разрушения; • 1 балл — 33— 49 м/с, умеренные разрушения; • 2 балла — 50— 69 м/с, значительные разрушения; • 3 балла — 70— 92 м/с, сильные разрушения; • 4 балла — 93— 116 м/с, опустошительные разрушения. 58

Шкала Бофорта 0— 7 баллов — менее 19 м/с (56 км/ч), от затишья до сильного ветра; 8 баллов — 19— 23 м/с (68— 79 км/ч), буря; ломает тонкие ветки деревьев; опасна для судов, буровых вышек и аналогичных сооружений; 9 баллов — 23— 26 м/с (79— 95 км/ч), сильная буря; повреждения легких построек, кровли, труб; 10 баллов — 26— 30 м/с (95— 110 км/ч), полная буря; вырывает с корнями деревья; значительное повреждение легких построек; 11 баллов — 30— 35 м/с (110— 122 км/ч), шторм; массовое повреждение легких построек; 12 баллов — более 35 м/с, ураган. 59

Детальное подразделение: 12. 1: 35— 42 м/с (122— 150 км/ч); сильный ветровал; значительное разрушение легких деревянных поселков (ЛДП); валятся некоторые телефонные столбы; 12. 2: 42— 49 м/с (150— 175 км/ч); в ЛДП разрушается > 50% домов, в прочих постройках (ПП) — повреждения крыш, окон, дверей; штормовой нагон воды на 1, 6— 2, 4 м выше нормального уровня моря (НУМ); 12. 3: 49— 58 м/с (175— 210 км/ч); полное разрушение ЛДП; в ПП большие повреждения; штормовой нагон на 1, 5— 3, 5 м выше НУЬ; серьезное нагонное наводнение, повреждение зданий водой; 12. 4: 58— 70 м/с (210— 250 км/ч); полный ветровал деревьев; полное разрушение ЛДП и сильное повреждение ПП; штормовой нагон на 3, 5— 5, 5 м выше НУЬ; сильная абразия морского берега; сильные повреждения нижних этажей зданий водой; 12. 5: > 70 м/с (250 км/ч); многие прочные здания разрушаются ветром, при скорости 80— 100 м/сек разрушаются каменные здания, при скорости 110 м/с — практически все; штормовой нагон > 5, 5 м; интенсивные разрушения наводнением. 60

Типы натурных (полевых) контактных методов изучения ОПП q специальных тематических исследований: гидрографических, гидрологических, гидрометеорологических, геологических, геохимических, геофизических, экологических, в том числе химических, радиационных, биотических, бактериологических и др. ; q тематических съемок и картирования территорий; q опробования природных субстанций окружающей среды: воздуха, вод, почв, грунтов, биоты; q разведки территорий, в том числе с помощью горных выработок; q проведения опытных натурных работ наземных и подземных (в выработках): натурное моделирование развития процессов (сход лавин, размыв берегов, склоновые процессы, объемные деформации массивов грунтов: просадки, оседания, набухание, усадка, опытно фильтрационные работы и др. ); q стационарных наблюдений на специально оборудованных станциях, ключевых участках, закрепленных базисах, профилях, створах. 61

Циклоны средних широт, тропические циклоны (ураганы, тайфуны) Для циклонов средних широт (ураганов) характерен диаметр порядка 1000 км (максимум 4000 км); существуют они до 3— 4 недель, за которые проходят расстояния до 10 тыс. км, в том числе до 5— 7 тыс. км над сушей со скоростью обычно 30— 40 км/ч, редко до 100 км/ч. Над Северной Атлантикой циклоны рождаются круглый год и движутся в Евразию 62

Ураган — ветер большой разрушительной силы и значительной продолжительности. Это атмосферные вихри больших размеров со скоростью ветра до 1 20 км/ч, а в приземном слое до 200 км/ч. Разрушительное действие ураганов определяется, в основном, энергией скорости ветра, т. е. скоростным напором (g), пропорциональным произведению плотности атмосферного воздуха (р) на квадрат скорости воздушного потока = 37, 3 м/с (134 км/ч). 63

Баллы Скорость ветра Характеристика ветра (название ветрового режима) Признаки м/с км/час 0 0 0 Штиль (полное затишье) Дым идет прямо 1 0, 9 3, 24 Тихий Дым изгибается! 2 2, 4 8, 64 Легкий Листья шевелятся 3 4, 4 15, 84 Слабый Листья двигаются 4 6, 7 24, 12 Умеренный Листья и пыль летят 5 9, 3 33, 48 Свежий Тонкие деревья качаются 6 12, 3 43, 30 Сильный Качаются толстые ветки 7 15, 5 55, 80 Крепкий 8 19, 1 68, 80 Буря Стволы деревьев изгибаются 9 22, 9 79, 41 Шторм, буря Ветви ломаются 10 26, 4 95, 00 Сильный шторм Черепица и трубы срываются 11 30, 5 110, 00 Жестокий шторм Деревья вырываются с корнем 12 34, 8 122, 00 Ураган Везде повреждения 13 39, 2 145, 00 Сильный ураган Большие разрушения 14 43, 8 158, 00 Тоже 15 48, 6 175, 00 Жестокий ураган —» — 16 53, 6 193, 00 Тоже —» — 17 >58 <200 —» — Тоже J 64

Классификация смерчей Чаще всего смерчи подразделяют по строению на плотные (резко ограниченные) и расплывчатые (неясно ограниченные). Кроме того, различают: q смерчи — пылевые вихри; q смерчи — ураганные вихри; q малые смерчи — короткого действия (до километра по длине пути); q малые смерчи — длительного действия; q водные смерчи. 66

Интенсивность смерчей по Фуджите Пирсону – классы: О, 1 и 2: максимальные скорости ветра 18— 32, 33— 49 и 50— 69 м/с, длина пути до 16 км, ширина до 160 м; повреждения отвечают ветру 8— 10, 10— 12. 2 и 12. 2— 12. 5 баллов по шкале Бофорта; • 3: 70— 92 м/с, длина пути 16— 51 км, ширина 160— 510 м; серьез ные разрушения: некоторые здания разрушены полностью, перевернуты автомобили и железнодорожные поезда, большинство деревьев в лесу вырвано с корнем; • 4: 93— 116 м/с, длина пути 51— 160 км, ширина 510— 1600 м; опустошительные повреждения: от домов остались груды обломков, сильно разрушены стальные конструкции, автомобили и поезда отброшены в сторону, с деревьев сорвана кора, в воздухе летят крупные предметы; • 5: 117— 142 м/с, длина пути 161— 507 км, ширина 1600— 5070 м; потрясающие повреждения: сильно повреждены железобетонные кон струкции, в воздухе летят предметы размером с автомобиль; • 6: скорости ветра и другие показатели — еще выше; невообразимые разрушения, в том числе вторичные — от 67 падающих тяжелых предметов.

Взаимодействие атмосферы с космическим пространством, с 68 земной поверхностью, с недрами и водами Мирового океана

Стоковые ветры в Антарктиде 69

Холодные фронта 2 го рода 70

Шкала Бофорта 71

72