Рефракцию ветрового потока наиболее просто представить, рассматривая столб воздуха, движущегося с поверхности воды и под углом к берегу (рис. 83). На рисунке линии, ограничивающие столб воздуха, разделены на отрезки, равные примерно 100 метрам. Для удобства рассмотрим ветер, движущийся над водой со скоростью 400 м/мин (примерно 13 узлов). Тогда движение столба воздуха за минуту можно показать штриховой линией через 400 метров. Предположим также, что скорость ветра над сушей составляет 3/4 скорости над водой, то есть 300 м/мин; Следовательно, при пересечении линии берега правая часть столба воздуха пройдет только 300 метров, а левая — 400 метров. В результате- изменяется направление движения воздуха. На рисунке это показано достаточно четко. Из рис. 83 также хорошо видно, как происходит рефрагирование берегового ветра; картина здесь обратная.
Построение диаграмм искривления ветрового потока в основном такое же, как при рефракции световых волн по волновой теории света. Это показано на рис. 84, где АВ — расстояние X, пройденное столбом воздуха за 1 минуту над водой. Расстояние, пройденное воздухом за 1 минуту над сушей, уменьшилось (за счет трения) до 3/4 X. Следовательно, мы можем описать полукруг с центром в точке В и радиусом 3/4X. Линия из точки Р касается полукруга в точке Q. BQ дает направление перемещения столба воздуха над сушей.
Однако построение плана рефракции имеет небольшое практическое значение, так как на воздушный поток одновременно влияет много других факторов.
Рис. 83. Замедление одного края столба воздуха раньше другого вызывает рефракцию ветрового потока. Трение о поверхность суши уменьшило скорость ветра с 400 до 300 метров в минуту.
Следует отметить, что степень искривления воздушного потока за счет рефракции при ветре, более или менее перпендикулярном берегу, меньше, чем при его косом подходе. Это обстоятельство необходимо иметь в виду при совместном рассмотрении рефракции и других факторов, влияющих на искривление воздушного потока.
Рефракция не проявляется (по крайней мере теоретически) до пересечения береговой линии, где начинает сказываться разница в скорости ветра над сушей и водой. Следовательно, при ветре на сушу влияние рефракции часто заметно настолько близко от берега, что не имеет практического значения для яхтсменов, но при береговом бризе этот эффект может быть полезен. Однако еще до рефракции некоторый поворот воздушного потока в направлении рефракции все-таки происходит.
Рис. 84. Построение диаграммы рефракции. Скорость ветра, равная над водой х, над сушей уменьшается до 3/4 х
При ветре как на берег, так и с берега воздушный поток после искривления рефракцией неизбежно возвращается к своему первоначальному направлению. Это показано на рис. 81 и 82. Конечно, иногда на воздушный поток кроме рефракции влияют и другие факторы и их действие может препятствовать возвращению ветра к первоначальному направлению, но даже в этих случаях некоторый возврат все же отмечается.
Причиной возврата является трение между слоями воздуха, расположенными на различной высоте. Рефракция действует до сравнительно небольших высот, где ощущается замедляющее влияние трения о землю. На достаточно больших высотах трение о поверхность суши не влияет на ветер и рефракция не наблюдается, здесь возможно только незначительное изменение направления ветрового потока из-за трения между различными горизонтальными слоями воздуха.
Таким образом, основная масса ветрового потока пересекает береговую линию без рефракции, и трение между основным потоком и слаборефрагированным ветром внизу постепенно выталкивает нижележащий воздух в направлении его собственного движения.
У береговой линии при соответствующих условиях наиболее сильно ощущается влияние морских и береговых бризов.
В жаркий летний день, если нет ветра с берега, обусловленного полем давления, возможно образование бриза, несущего холодный воздух от поверхности воды на замену теплому воздуху, который поднимается над более быстро нагревающейся сушей (см. гл. 11 и 13). Такие бризы, следуя из более холодного района в более теплый, обычно пересекают береговую линию примерно под прямым углом. Бриз (или тенденция к его образованию, если ветер, обусловленный полем давления[19], слишком силен и препятствует заметному появлению бриза) будет влиять на градиентный ветровой поток.
19
В дальнейшем для удобства будем иногда называть его градиентным ветром, или генеральным ветровым потоком. Несмотря на неточность этого определения для ветра у поверхности, суши или воды, оно довольно часто используется в прикладных работах. В последнее время ветер, обусловленный полем атмосферного. давления, стали называть также фоновым ветром. (Прим. перев.)