ZAŁĄCZNIK 4 Lotnicza Pogoda w pytaniach i odpowiedziach. Kontrasty temperatur na powierzchni ziemi powodują zmiany gęstości powietrza, co jest przyczyną wzrostu różnic w ciśnieniu atmosferycznym. Dlatego też, ciśnienie pomiędzy różnymi miejscami na kuli ziemskiej może być znacząco inne. Te różnice ciśnień mają decydujące znaczenie dla pogody, a więc także wiatru. Jednym z parametrów mierzonych przez służby meteorologiczne na całym świecie jest właśnie ciśnienie atmosferyczne. Na mapie obok widać przykładowy rozkład ciśnienia na powierzchni ziemi. Ten rozkład opisywany jest za pomocą izobar, czyli linii łączącym punkty o tym samym ciśnieniu. Izobary pokazują jak powierzchnie ciśnienia (baryczne) położone są na powierzchni. Powierzchnia baryczna jest to poziom w atmosferze gdzie ciśnienie jest jednakowe. Powierzchnia te nazywane są także powierzchniami izobarycznymi. Ciśnienie opisane przez izobary jest ciśnieniem QFF, czyli ciśnieniem zmierzonym na poziomie punktu obserwacyjnego i następnie zredukowane do poziomu morza i do rzeczywistych warunków atmosferycznych (nie jest to ciśnienie służące do nastawień wysokościomierza). Izobary formują się w różne kształty (patrz rysunek). Formy tych kształtów dają wartościowe informacje o rozkładzie ciśnienia. Kształty te formują się w wyraźne systemy baryczne leżące na różnych obszarach. Mamy więc: Obszary niskiego ciśnienia (inaczej Niże lub Cyklony); Obszary wysokiego ciśnienia (inaczej Wyże lub Antycyklony); Zatoki niżowe; Kliny wyżowe; Siodła baryczne. Niże/Cyklony: Niże to obszary na mapach gdzie ciśnienie jest niższe od otoczenia. Centrum niżu może mieć różną wielkość ale zawsze otoczone jest przez wyższe ciśnienie. Czasami może występować kilka różnych centrów wewnątrz większego obszaru i nazywamy je wtedy 1
niżami drugorzędnymi. W niżu izobary są przeważnie blisko siebie --» duży gradient ciśnienia, co oznacza wietrzną pogodę, oprócz centrum niżu gdzie wiatr cichnie. Powietrze jest zasysane od dołu niżu na skutek zbiegających się (konwergencja) prądów powietrza i zmuszone do wznoszenia się oraz ochładzania adiabatycznego. Kiedy powietrze jest wilgotne, to jego wznoszenie (ochładzanie adiabatyczne) prowadzi do kondensacji pary wodnej w nim zawartej, a więc tworzą się chmury. Kiedy ciśnienie w centrum niżu spada to mówimy, że niż się pogłębia (usila się), a jeśli ciśnienie rośnie, to mówimy, że niż się wypełnia (słabnie). Istnieją dwa podstawowe typy Niżów: Dynamiczny = chłodny Niż (niż pogłębia się wraz z wysokością i wiatr się usila); Termiczny = ciepły Niż (niż słabnie wraz z wysokością i wyżej przemienia się w wyż). Na północnej półkuli wiatr wieje do centrum niżu i jest skierowany przeciwnie do ruchu wskazówek zegara, a na południowej przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. Skutkiem wiania wiatru do centrum niżu jest właśnie wznoszenie się powietrza, co wzmacnia ruchy konwekcyjne prowadząc często do tworzenia się chmur CB (jeśli powietrze jest lub staje się niestabilne). Jednakże, nawet kiedy powietrze jest stabilne to i tak będą się tworzyć chmury jeżeli powietrze jest wystarczająco wilgotne i wtedy powstaną chmury warstwowe. Widzialność w dolej części niżów jest zwykle lepsza niż w wyżach z powodu lepszego mieszania się powietrza. Typową pogodą w pobliżu układu niżowego jest wzrastające zachmurzenie, usilający się wiatr, wznoszenie się powietrza, co zwiększa szansę na wystąpienie opadów atmosferycznych. Podsumowując, typową pogodą dla Niżu jest: Zatoki niżowe. Zachmurzenie: przeważnie pełne z niskimi podstawami, rozciągające się do tropopauzy; Temperatura : umiarkowana; Widzialność : słaba w opadach, poza tym dobra wskutek wznoszenia się powietrza; Wiatry : zwykle silne im głębszy Niż i bliżej położone izobary --» tym silniejszy wiatr; Opady atmosferyczne mogą być ciągłe od słabych do umiarkowanych, ale także występują intensywne opady przelotne i burze. Zatoka niskiego ciśnienia jest wydłużonym obszarem niskiego ciśnienia atmosferycznego, której często towarzyszą fronty atmosferyczne. Jest to obszar wskazywany przez wydłużone izobary rozciągające się od centrum Niżu zwykle formując kształt litery V. Zatoka niżowa jest czymś podobnym do doliny obniżonego ciśnienia. Ciśnienie w zatoce jest niższe niż po obu jej stronach. Jeżeli zatoka tworzy się w średnich szerokościach geograficznych, to różnica temperatury pomiędzy dwoma stronami zatoki oznacza istnienie frontu atmosferycznego, który leży w osi zatoki. Wiatry w zatoce wieją do jej, osi co oznacza konwergencję powietrza, a co za tym idzie jego wznoszenie. Specyficznym rodzajem zatoki niżowej jest zatoka orograficzna (zatoka tworząca się po zawietrznej stronie gór). Tworzy się ona, gdy prądy powietrzne skierowane są prostopadle do łańcucha górskiego. Stanowi on przeszkodę na drodze poruszającego się 2
powietrza powodując jego sprężanie na stronie nawietrznej i nad górami i jego rozprężanie po zawietrznej stronie gór. W wyniku tego procesu nad górami tworzy się cyrkulacja antycyklonalna, a po zawietrznej stronie cyrkulacja cyklonalna. To prowadzi do spadku ciśnienia i po zawietrznej stronie gór formuje się zatoka niskiego ciśnienia. Jest ona zazwyczaj stacjonarna i nie pogłębia się, a istnieje tak długo jak strumień powietrza wiejącego do łańcucha górskiego Podsumowując typowa pogoda dla zatok niżowych jest następująca: Zachmurzenie: dla zatok bez frontów atmosferycznych przeważnie chmury CU i CB o dość dużym rozwoju pionowym. Dla zatok frontowych jeżeli chłodne powietrze wypiera ciepłe (front chłodny) to wtedy przeważają chmury kłębiaste o dużym rozwoju pionowym, a gdy ciepłe powietrze zastępuje chłodne (front ciepły, to mamy do czynienia z chmurami o znacznie mniejszej rozpiętości pionowej. Opady atmosferyczne: dla zatok nie frontowych oraz z chłodnym frontem przeważają opady przelotne deszczu (śniegu) i burze (czasami z gradem), a dla zatoki z frontem ciepłym typowe są ciągłe opady mżawki i słabego lub umiarkowanego deszczu (śniegu) ciągłego. Widzialność: względnie dobra z wyjątkiem opadów przelotnych. Dla zatoki z frontem ciepłym słaba z powodu ciągłych opadów; Wiatry: umiarkowane z możliwością porywów i szkwałów. Wyże / Antycyklony Układ wyżowy jest obszarem o wyższym ciśnieniu niż otoczenie. Przeważnie jest to obszar o zamkniętych prawie kołowo izobar, które są stosunkowo bardziej oddalone od siebie w porównaniu z Niżami. Wartość izobar w wyżu maleje wraz ze wzrostem odległości od jego centrum. Centrum wyżu posiada najwyższe ciśnienie atmosferyczne. Większe odstępy między izobarami oznaczają słabszy gradient ciśnienia co skutkuje oczywiście słabszym wiatrem. Jednakże na obszarach gdzie wyż jest blisko Niżu, gradient ciśnienia może być silny, co powoduje wiatr od umiarkowanego do silnego. Kiedy popatrzymy na pionowy przepływ powietrza w Wyżu, to zauważymy konwergencję (zbieżność) na wyższych poziomach i dywergencję (rozbieżność) przy powierzchni ziemi. Powoduje to, że powietrze w Wyżu opada (osiada) wzdłuż jego rdzenia rozprzestrzenia się przy ziemi na zewnątrz od niego. Osiadające/opadające powietrze ulega sprężaniu i adiabatycznemu ogrzewaniu. Powoduje, to powstawanie tzw. inwersji osiadania w której temperatura powietrza znacząco wzrasta, a jego 3
wilgotność maleje. Wysokość inwersji osiadania zależy od intensywności Wyżu, mieszania termicznego powietrza w dolnej warstwie oraz od odległości od jego rdzenia. Wielkość takich inwersji są zwykle pomiędzy 2000 ft - 5000 ft dla chłodnych Wyżów, podczas gdy dla ciepłych inwersje takie mogą sięgać nawet FL100. Powietrze powyżej inwersji jest suche, natomiast pod nią może być ale nie musi być wilgotne i zależy to warunków jakie przeważają. Wiatr w Wyżach jest: Zgodny z ruchem wskazówek zegara i skierowany na zewnątrz Wyżu półkula Północna; Przeciwny do ruchu wskazówek zegara i skierowany na zewnątrz Wyżu półkula Południowa. Powyżej warstwy tarciowej, wiatr wieje równolegle do izobar. Kiedy ciśnienie w centrum Wyżu wzrasta, to mówimy, że układ się umacnia, a kiedy ciśnienie spada, to oznacza, że układ wyżowy słabnie. Mamy dwa główne typy układów wyżowych, które zależą od tego, czy zawierają one chłodne czy ciepłe powietrze (zakładamy, że rozkład temperatury jest symetryczny względem centrum Wyżu). Wyże podzwrotnikowe (ciepłe antycyklony): układy te są spowodowane przez strumienie ciepłego powietrza z okolic okołorównikowych, które przemieszcza się w kierunku północnym na półkuli Płn. lub na południe na półkuli Płd. na wysokościach tropopauzy równikowej. Strumienie tego powietrza są odchylano na prawo (na lewo - półkula Płd.) i generują podzwrotnikowy prąd strumieniowy (jet stream) i akumulację powietrza w okolicach równoleżników 30 zarówno N i S. Na niskich poziomach wzrasta ciśnienie powietrza i przy powierzchni ziemi następuje wypływ powietrza na zewnątrz systemu. Wewnątrz wyżów podzwrotnikowych występuje zjawiska osiadania ciepłego powietrza od góry do centrum wyżu. Inwersje osiadania w takich wyżach nazywana jest czasami inwersjami pasatowymi. Wyże te są zwykle układami stacjonarnymi lub poruszają się niezmiernie wolno i ruch ten jest związany ze zmianami sezonowymi, dlatego nazywamy je wyżami permanentnymi. Najbliższy Europie podzwrotnikowy układ wyżowy, to Wyż Azorski, który jest źródłowym obszarem kształtowania się masy powietrza zwrotnikowo morskiego. Powietrze poniżej inwersji osiadania jest wilgotne i niestabilne, natomiast powyżej niej jest suche i stabilne. Wysokość występowania inwersji osiadania zmienia się wewnątrz komórki wyżowej. Najwyższe wysokości (5000 7000 ft / 1500 2100 m) obserwowano w strefach zachodnich odcinków Równika, a najniższe (1500 2000 ft / 450 600 m) w strefach jego wschodnich odcinków. To jest przyczyną dlaczego prawdopodobieństwo zwrotnikowych opadów przelotnych jest o wiele większe nad zachodnimi obszarami oceanów niż nad wschodnimi. Powietrze na niskim poziomie przesuwające się na północ zwykle nabiera z oceanu duże ilości wilgoci. W tym samym czasie temperatura wody oceanu spada, powietrze jest więc ochładzane od dołu. Zimą często prowadzi to do powstawania wielkich stref niskiego zachmurzenia, opadów mżawki i mgieł, kiedy powietrze dociera do północno zachodniej Europy. Latem antycyklon od czasu do czasu umacnia się nad Atlantykiem Płn.. Daje to suchą i słoneczną pogodę nad Europą Zach., ale nad Skandynawią występują niże z opadami deszczu. Wyże kontynentalne (chłodne antycyklony): składają się z chłodnego polarnego powietrza i tworzą się nad chłodnymi kontynentami w sezonie zimowym. Na niskich występuje zimne powietrze, które rzadko sięga poziomu 700 hpa (FL100) natomiast horyzontalny obszar jego zalegania może być bardzo duży. Wyże termiczne nie są tak stabilne jak dynamiczne, dlatego wędrujące niże mogą od czasu do czasu je rozrywać. Wyże Syberyjski i Kanadyjski są źródłowym obszarem dla powietrza polarno kontynentalnego. W środku sezonu zimowego stanowią one także obszar źródłowy dla powietrza arktycznego w ramach Arktycznych / Antarktycznych permanentnych układów wyżowych. 4
Jeżeli układ wyżowy rozciągnie się w zimie nad obszarami przybrzeżnymi np. wzdłuż wybrzeży m. Północnego lub Bałtyku, to będą występowały przelotne opady śniegu nad morzem, a głębi lądu będzie mgła i zamglenie poniżej inwersji. Jeżeli powietrze jest suche i nie ma adwekcji powietrza znad otwartego morza, to będzie zimno ale słonecznie i bez zachmurzenia. W czystych i ekstremalnie zimnych masach powietrza, może się tworzyć lód i mgła. Inna kategorią wyżu jest tzw. Wyż blokujący. Są to antycyklony ciepłe, często pochodzą ze strefy podzwrotnikowej. Antycyklony blokujące mogą przeciąć typową trasę ze wschodu na zachód wędrówki Niżów Polarnych. Zwykle tworzą się nad Atlantykiem Płn. (strefa szer. geogr. 30 N - 60 N, strefa dł. geogr. 10 W - 20 W) i mogą utrzymywać się przez wiele dni. W układach tych powietrze z wyższych poziomów osiada niżej, co powoduje tworzenie się dużych obszarów o zachmurzeniu przez niskie chmury ST i S.C. ale chmury te nie mają dużej rozpiętości pionowej. Rozkład ciśnienia atmosferycznego. Średni globalny rozkład ciśnienia na poziomie morza dla stycznia i lipca. 5
Analizując ten rysunek można zauważyć że: Zarówno w lecie jak i w zimie na obu półkulach, w pasie między 20 i 30 szerokości geograficznych - w rejonie oceanów podzwrotnikowych, występują prawie zawsze układy wysokiego ciśnienia; W lipcu podzwrotnikowy pas układów wyżowych rozszerza się w kierunku północnym aż na Syberię oraz nad kontynentalną Amerykę Płn., a w styczniu zanika; W styczniu, nad północnym Pacyfikiem i na północnym Atlantyku u wybrzeży Grenlandii przeważają głębokie niże są to odpowiednio Niż Aleucki i Niż Islandzki; W styczniu, zimne układy wysokiego ciśnienia przeważają nad kontynentami półkuli północnej. Dwa najbardziej charakterystyczne to: Wyż Syberyjski i Wyż Kanadyjski; Nad lądowymi obszarami półkuli południowej zarówno w styczniu jak i w lipcu dominują układy niskiego ciśnienia. 6