Основной задачей для капитана в яхтинге является получение свежего прогноза погоды. Также капитан яхты должен грамотно его интерпретировать. Для этого требуется понимание базовых принципов метеорологии и основных погодных паттернов. Рассмотрев приведенные в предыдущей статье физические феномены, можно попытаться сделать модель глобальной картины движения преобладающих воздушных масс, вызванной нагревом поверхности Земли Солнцем и вращением Земли вокруг своей оси.
Модель № 1. Горячий экватор и полюса холода. Преобладающие воздушные массы.
Земля поджаривается на космическом инфракрасном солнечном гриле, поворачиваясь на вертеле своей оси. Солнечное излучение распределяется неравномерно. Поверхность земли в районе экватора располагается перпендикулярно солнечным лучам, обеспечивая максимальное количество получаемого тепла на единицу поверхности. Полюса при этом получают минимальное количество солнечного тепла, поскольку в этих районах поверхность располагается по касательной к лучам. Таким образом образуются зоны холода на Северном и Южном полюсах и горячий пояс вдоль экватора. Согласно эффекту Bonfire мы ожидаем увидеть следующую картинку устойчивых преобладающих воздушных масс: на полюсах поселяются хронические зоны высокого, а на экваторе низкого давления. Преобладающие воздушные массы, охладившись в районе полюса, растекаются вдоль меридианов от полюса к экватору, затем, нагревшись на экваторе, возвращаются в верхних слоях обратно на полюс. В соответствии с моделью типичными ветрами в Северном полушарии должны быть северные ветра, а в Южном — южные.
У этой модели есть одно слабое место. Холодные преобладающие воздушные массы, двигаясь вдоль меридианов, подвергаются подогреву от поверхности и стремятся подняться вверх раньше, чем успели достичь экватора. Такая же ситуация и с обратным потоком преобладающих воздушных масс в верхних слоях: по мере удаления от экватора теплые воздушные массы излучают тепло и остывают, стремясь опуститься к поверхности раньше, чем достигли полюса. На первый взгляд эти восходящие и нисходящие потоки преобладающих воздушных масс должны проявляться спонтанно и непредсказуемо, приводя к хаосу наподобие затора в час пик на перекрестке с неисправным светофором. В такой ситуации трудно было бы ожидать хороших прогнозов погоды. Да и плохих, кстати, тоже. Единственный прогноз, который бы точно можно было сделать в такой ситуации, — это вывод, что тепловая смерть Вселенной не за горами. Хаос он и в Африке хаос! А хаос в яхтинге не приемлем. Так что вряд ли кто всерьез огорчится, что наша первая модель не очень соответствует реальности.
Модель № 2. Резонансные структуры и ячейки Бенара (порядок из хаоса).
Наблюдения за природой оставляют место для некоторого оптимизма. Известны примеры, когда абсолютно неразумная материя самоорганизуется, созидая строгий порядок из абсолютного хаоса. В домашних условиях возможно создать модель хаотического перемешивания восходящих и нисходящих потоков преобладающих воздушных масс. Для визуализации восходящих потоков можно будет использовать любую взвесь мелких частиц в воде: утренний какао вполне годится для этих целей. Если налить какао в кастрюлю с очень толстым дном (чтобы гарантировать равномерный нагрев жидкости по нижней поверхности объема) и начать медленный подогрев, то возникнет ситуация коллизии интересов. Нагретые низы от дна кастрюли будут стремиться подняться наверх, а верхи, утратив тепло, — вниз. Концентрация частиц какао больше внизу за счет силы тяжести, так что восходящие потоки будут окрашены более темными оттенками шоколада.
На старт, внимание, марш! Теперь холодной массе наверху объема нужно поменяться с подогретой массой внизу. Интересно, как они разойдутся, ведь на этом перекрестке нет ни одного светофора. Попытайтесь угадать, где будет подыматься горячий шоколад, а где опускаться остывший. В середине? По стенкам? Или мы увидим хаотическую картину вроде той, что наблюдаем в транспортных пробках?
В это трудно поверить, но неразумная материя решает эту проблему гораздо рациональнее чем скопление Homo sapiens. Мы увидим, что восходящие и нисходящие потоки распределились в строгом порядке в виде сот! По стенкам этих шестигранных структур горячая жидкость поднимается вверх и, охлаждаясь опускается вниз в центральных частях шестигранников.
Подобным образом утрясается вопрос и в случае движения преобладающих воздушных масс. Они непонятным образом договариваются между собой о местах, предназначенных для подъема наверх, и местах, предназначенных для спуска вниз. Каким образом неразумная материя принимает подобные решения — загадка, но результат этой договоренности известен: одна ячейка сот разбивается на три ячейки. Зоны повышенного давления чередуются зонами пониженного.
На рисунке показано типичное распределение поясов повышенного и пониженного атмосферного давления. В зонах повышенного давления преобладающие воздушные массы движутся вниз, а в зонах пониженного давления утекают вверх. Циркуляция потоков, соответствующая этой модели, достаточно очевидна. В этой модели все ветра будут дуть строго вдоль меридианов, что не очень соответствует реально наблюдаемой картине, хотя для яхтинга было бы удобно. Очевидно, что-то еще мы не учли.
Модель № 3. Сила Кориолиса. Движение преобладающих воздушных масс.
Если мы в предыдущую модель — № 2 — внесем поправку на силу Кориолиса, отклоняющую движущиеся преобладающие воздушные массы вправо в Северном полушарии и влево в Южном, мы получим картину типичных ветров, весьма правдоподобно описывающую наблюдаемую в жизни.
Мы видим на этой картине устойчивые пояса с типичными ветрами. Суммарная мощность этих ветров огромна. Вся эта машина приводится в движение энергией излучения Солнца и силой инерции вращающейся Земли.
Можно уверенно заявить, что парусная яхта — это судно с термоядерным двигателем. Правда, для удобства реактор вынесен на солнце!
Давайте рассмотрим некоторые следствия, вытекающие из такой модели:
- На экваторе и на полюсах преобладают вертикальные составляющие в движении господствующих воздушных масс, что приводит к отсутствию в этих местах уверенных стабильных ветров.
- 60°: полярный фронт. На этих широтах сталкиваются лоб в лоб арктические (сухие и холодные) и субтропические (теплые и насыщенные водой) преобладающие воздушные массы. Здесь проходит великий атмосферный фронт, вдоль которого текут навстречу друг другу разнородные преобладающие воздушные массы, порождая завихрения, из которых образуются циклоны. Постоянное рождение и дальнейшее движение циклонов во многом объясняет крайне нестабильную и динамичную картину движения преобладающих воздушных масс в зоне умеренных широт, расположенной между полярным фронтом и конскими широтами.
- 30°: штилевой пояс конских широт — зона повышенного атмосферного давления. Ближайший к нам антициклон постоянно прописан на Азорских островах, в сердце Атлантики. Любые изменения в его самочувствии и настроениях неизменно отражаются на погодной картине всей Европы.
- 7-30°: пассатные или торговые ветра (Easterly Trades), названные так за свое удивительное постоянство и спокойствие. В этих широтах можно смело рассчитывать на 15-20 узлов попутного ветра в течение всего перехода, только не пытайтесь пересекать океан против их направления! Идеальное место для яхтинга , правда в одном направлении.
- 7 S-7°N: экваториальный штилевой пояс. Это грустная история. Не только кони гибли в этих широтах во время первых экспедиций за экватор. Около 1000 миль штилевой зоны оставляли мало шансов добраться до цели многочисленным командам парусников. Нехватка воды и продовольствия делали свое дело. Однако благодаря совместному влиянию движения торговых преобладающих воздушных масс в районе экватора проходит экваториальное западное течение. Это экваториальное течение, отразившись от берегов Америки, дает начало знаменитому Гольфстриму. Вы должны быть очень везучими, чтобы получить ветер в придачу к яхте, арендованной в экваториальных широтах.
Поскольку Солнце постоянно изменяет свое положение относительно экватора, в течение года отклоняясь от экватора то в Северное, то в Южное полушарие, резонно ожидать, что и все рассмотренные здесь преобладающие воздушные массы будут смещаться вслед за Солнцем к северу или к югу в зависимости от времени года.
Основной вывод, который можно сделать из всего вышесказанного: ежедневные изменения погоды в мире носят скорее упорядоченный и разумный характер, нежели хаотический и случайный, что дает возможность предсказания погоды на ближайшее будущее, в том числе и на основе собственных наблюдений. А это, в свою очередь, сделает Ваш яхтинг более безопасным и комфортным.
Инерция вращающейся Земли и солнечное тепло приводят в движение огромный живой механизм, благодаря которому в разных широтах планеты устанавливаются различные устойчивые картины движения преобладающих воздушных масс, приводящие к возникновению некоторых типичных распознаваемых паттернов (сценариев) развития погодной ситуации, наличие которых позволяет не только делать предсказания, но и надеяться на их достоверность.
Давайте перейдем к рассмотрению отдельных погодных сценариев.Но об этом в следующей статье.