Як виглядають терміки
Вступ
Прикордонний шар
Найбільш коротке визначення терміків - це колони повітря, що піднімається. Більш розгорнуте вимагатиме відступу у фізику прикордонного шару атмосфери. Прикордонний шар - це шар повітря, близького до землі, який піддається її впливу в масштабах години або близько того. Різновид прикордонного шару, в якому ми зацікавлені - це конвективний прикордонний шар, який з'являється над землею в денний час при слабкому і помірному вітрі.
Існують й інші різновиди, які нецікаві нам, оскільки вони не створюють терміків. При подальшому аналізі будемо припускати досить плоску і однорідну поверхню землі і середню погоду з куповими хмарами.
Фізика прикордонного шару - область атмосферної фізики і метеорології, але масштаби області, що цікавить нас, дещо інші. Дуже легко помилитися, застосувавши метеорологічні концепції, розроблені для відносно великих областей атмосфери до прикордонного шару.
Конвективний прикордонний шар має товщину від кількох сотень метрів до 3 км, залежно від енергії сонця, що надходить на землю, вологості землі, атмосферних умов у даній місцевості (високий або низький тиск), швидкості вітру та інших факторів. Позначимо його висоту як zi. Дном його є приземний шар завтовшки близько 0.1*zi, тобто 100-200 м. Приземний шар нагрівається завдяки контакту із земною поверхнею. Верхівкою прикордонного шару є температурна інверсія (тобто zi можна назвати висотою інверсії).
Тому перш за все терміки - колони теплого і тому "плавучого" повітря, яке піднімається із приземного шару. Відстань між терміками становить 1.5*zi, або 1-2 км. Термики мають діаметр вдвічі менший, ніж відстаньміж ними, тобто 500 – 1000 м. Більшість терміків перетинають прикордонний шар вертикально. Звичайно ж, тут має місце розподіл розмірів терміків. Між ними присутні широкі області повітря, що опускається вниз. Ці потоки не такі сильні, оскільки розподілені по більшій площі. На верхівці прикордонного шару все навпаки, але вкрай рідко літаємо на таких висотах.
Це, звісно ж, ускладнення. Ми літаємо, як правило, у приземному шарі, і лише іноді – у нижній частині прикордонного шару. Повітря, що піднімається в приземному шарі (перші 100 - 200 м) мають форму маленьких вихрів діаметром в кілька десятків метрів. Ці вихори збираються в купки біля верхівки приземного шару і утворюють власне терміки.
Кордон приземного шару з прикордонним шаром НЕ чітка, тому часто ми бачимо, що летимо то добре організованому терміці, то неорганізованих вихрях поперемінно.
Динаміка терміків
Терміки еволюціонують у часі, піддаючись впливу землі, що розмиваються і рухаються вітром. Терміки прикордонного шару формуються та розсмоктуються в межах 10-30 хвилин, вихори приземного шару ще швидше. Це призводить до появи "бульбашок", тобто. "від'єднаних" терміків чи вихорів. Вони, своєю чергою, виникають частіше у одних місцях, ніж у інших, відповідаючи нерегулярностями земної поверхні (рослинність, будівлі тощо.). Темна (але СУХА.) земля та металеві дахи – це загальновідомі концентратори терміків. Якщо вітер слабкий, терміки можуть залишатися прив'язаними до місця їх виникнення, якщо ні, вони періодично виникають у цьому місці та несуть вітром. Терміки дрейфують із середньою швидкістю вітру з їхньої висоті, тому можуть рухатися з іншими швидкістю і напрямом, ніж приземний вітер. Терміки також нахиляються,якщо на більшій висоті вітер сильніший, що зазвичай відбувається.
Терміки немає ні чіткої форми, ні явно виражених кордонів. Їх краї взаємодіють із навколишнім повітрям, тому терміки зазвичай є тепле, досить розмите ядро, оточене завихренными кордонами. Повітря навколо цих кордонів може рухатися як вгору, і вниз. Це призводить до загальноприйнятої ідеї, що терміки мають форму бублика. Можливо, більш точним буде уявлення терміків у вигляді вертикальних циліндрів. Повітря, відірване від кордону терміка, охолоджується і не може бути всмоктане назад у термік, хіба що біля землі, адже кільцеві вихори розміром з термік поки не були виявлені.
Силою терміків управляють кількість сонячної енергії та стан земної поверхні. Якщо поверхня волога або ж волога виділяється живими рослинами, більша частина сонячної енергії, що надходить, використовується для випаровування вологи, і менша - для нагрівання повітря. Випаровування вологи - це данина, яку доводиться платити за "плавуче" повітря, але ця данина набагато менше, ніж робота з нагрівання повітря.
Варіації на тему
Вище описана ситуація, типова для середини дня при високому тиску та легкому вітрі. Як хочеться, щоб усі польотні дні проходили за такої погоди. Але нажаль.
. Якщо вітер досить сильний, завихрення, що створюються контактом вітрів різних напрямків на різних висотах, роблять роботу терміків слабкою та нерегулярною. Якщо барометричний тиск низький, інверсії, що визначає прикордонний шар, швидше за все не буде. Це призводить до виникнення величезних терміків, далеко розташованих один від одного, і ця ситуація зберігається принаймні доти, як піде дощ.
Чи обертаються терміки?
Так, але непередбачувано. Навіть смерчі не маютьнайімовірнішого напрямку обертання.
Терміки занадто малі і короткі у часі, щоб бути розкрученими коріолісовою силою або екваторіально-полярним температурним градієнтом. Їх обертання визначається поверхнею землі у цій місцевості. Швидкість обертання ядра мала порівняно з вертикальною швидкістю потоку.
Бібліографія
Для особливо зацікавлених у розглянутій темі: Roland Stull (Kluwer) має бути в будь-якій поважаючій себе університетській бібліотеці. Розділ про конвективні прикордонні верстви цілком читаємо.
Пізніше видання - "Calculations of Area-Averaged Vertical Profiles of the Horizontal Wind Velocity from Volume-Imaging Lidar Data", в Journal of Geophysical Research, vol. 97, pp.18, 395-18,407, 1992. Schols and Eloranta.
Від перекладача
Оригінал статті можна знайти тут: http://www.rc-soar.com/tech/thermals.htm Переклад виконаний максимально близько до тексту, з невеликими купюрами, тому вибачаюсь за можливі стилістичні помилки та невідповідності. Використані визначення "прикордонного" і "приземного" шарів - це досить вільний переклад назв шарів "boundary" і "surface", що найбільш повно, на мій погляд, відображає їх структуру.