ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА, 2008, № 2, с. 68-83
= ОБЗОРЫ
УДК 528.873.044.1
НОВОРОССИЙСКАЯ БОРА: ВЗГЛЯД ИЗ КОСМОСА
© 2008 г. А. Ю. Иванов
Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, Москва E-mail: ivanojf@ocean.ru Поступила в редакцию 16.03.2007 г.
На основе анализа изображений видимого и инфракрасного диапазонов ИСЗ NOAA и Terra/Aqua, а также данных СВЧ-скаттерометра Quikscat и радиолокаторов с синтезированной апертурой спутников ERS-2 и Envisat предпринята попытка ответить на вопрос, какую принципиально новую информацию о новороссийской боре можно получить путем их совместного анализа. Воздействие сильного северо-восточного ветра при боре на характеристики облачного покрова, ветрового волнения и верхнего слоя моря приводит к формированию характерных сигнатур на снимках из космоса в видимом, ИК- и СВЧ-диапазонах. Спутниковые РСА-изображения и скаттерометрические данные позволяют определить ряд количественных характеристик и судить о масштабах боры, обычно охватывающей обширную акваторию в северо-восточной части Черного моря. Показано, что использование данных дистанционного зондирования Земли, в первую очередь, данных скаттерометрии и радиолокации для мониторинга боры позволяет существенно расширить знания об этом опасном явлении.
ВВЕДЕНИЕ
Бора (греч. bóreas — северный ветер) — сильный и холодный ветер, дующий преимущественно в холодное время года с невысоких горных хребтов в сторону теплого моря. Классическая бора связана с переваливанием холодной воздушной массы через горный хребет, когда с наветренной стороны происходят подъем воздуха, конденсация водяного пара, образование облачности, а с подветренной стороны интенсивный нисходящий поток воздуха, достигающий ураганной силы [1—3]. При боре столь существенно аэродинамическое сжатие воздушного потока при его взаимодействие с рельефом местности, что ее отличают от местных ветров, возникающих из-за гравитационного стока воздуха под действием силы тяжести (катабатические ветры). Катабатиче-ские ветры имеют различные механизмы формирования, однако в зависимости от причин, вызывающих их усиление, их в общем случае делят на две группы: стоковые ветры, возникающие из-за локального усиления барического переноса гравитационным стоком воздуха; и ветры, образующиеся при сжатии воздушного потока при его взаимодействии с рельефом местности (бора и бороподобные ветры) [1].
Как и другие местные явления природы, эти ветры в различных районах земного шара называются по-разному: мистраль, биза, улан, сарма и т.п. Общим для них являются такие качества, как внезапность, большая сила, порывистость и характер воздействия на суда и сооружения. Практический интерес к прогнозу этого явления обусловлен прежде всего высокими скоростями вет-
ра, а также резкими изменениями температуры и влажности воздуха.
При изучении этого явления обратили внимание, что бора, как правило, бывает в тех местах, где невысокий горный хребет граничит с морем. И, как правило, горы отгораживают относительно высоко расположенную равнину, над которой воздух в холодное время года выхолаживается, и образуется область высокого давления. В это же время над морем образуется область низкого давления — например, при приближении или расположении циклона над морем. Из-за этого возникают большие горизонтальные градиенты давления, которые приводят в движение массы холодного воздуха. Воздух начинает переваливать хребет, а вследствие действия силы тяжести и ряда других факторов скорость движения воздуха резко возрастает после его переваливания через хребет. Считается, что вертикальный масштаб боры достигает 200—400 м, а горизонтальный — всего несколько километров от берега [1].
К наиболее известным районам действия боры относится Адриатическое побережье Хорватии и район г. Триест, район г. Новороссийск на Черном море, Ольхонские ворота на Байкале, побережье о. Новая Земля. К разновидностям боры можно отнести мистраль на Средиземноморском побережье Франции, норд в районе г. Баку, норстер в Мексиканском заливе и др. местные ветры [1, 3]. Классическими районами со стоковыми ветрами являются Гренландия и Антарктида.
Наиболее известная бора в России, которая в литературе носит название новороссийской, имеет место на побережье Черного моря на участке от
Рис. 1. Волнение в море (Новороссийская бухта) во время боры: короткие ветровые волны с крутыми, обрушающими-ся гребнями, с которых ветром срываются пена и брызги; скорость ветра 16—20 м/с. Фото И. Торгачкина (29 октября 2003 г., 08 : 05 мск).
Анапы до Туапсе, достигая в г. Новороссийск катастрофической силы. Здесь бора наиболее часто возникает в зимнее полугодие при вторжении на Северный Кавказ масс холодного воздуха, в которых формируется область повышенного давления, и при пониженном давлении над восточной частью Черного моря. При этом создаются большие барические градиенты, способствующие, помимо других причин, перемещению воздушных масс в юго-западном направлении. Достигая хр. Варада (высота 600 м), эти массы воздуха устремляются через пер. Мархотский (высота 435 м) вниз, образуя "воздухопад". Большая плотность холодного воздуха способствует нисходящему движению, а разница температур еще больше увеличивает его скорость. В г. Новороссийск скорость северо-восточного (СВ) ветра при боре может достигать 30—40 м/с, максимальные значения до 50—60 м/с отмечены на Мархотском перевале. Температура воздуха может понизиться на 10— 15°С и более.
По данным [4] бора в районе г. Новороссийск наблюдалась в 74% случаев в холодный период (сентябрь—март) и 26% случаев в теплый (апрель—август). Продолжительность боры в 78% случаев составляла 1—3 сут, значительно реже она наблюдается от 4 до 9 сут и совсем редко более 10 сут (1%). В среднем в Новороссийске бывает 40—50 дней с борой в году, чаще всего она бывает в ноябре—декабре [4]. Катастрофические случаи боры наблюдаются главным образом с октября по март. Представление о режиме боры в Новорос-
сийске в 1901—1954 гг. можно получить из таблицы, приведеной в [4]. Последняя очень сильная и продолжительная бора наблюдалась в Новороссийске в начале декабря 2001 г., когда побережье было объявлено зоной стихийного бедствия.
Хотя воздух при падении немного нагревается (вследствие адиабатического эффекта), однако, если его первоначальная температура низка и горы невысоки, он приходит вниз сравнительно холодным. Внезапное падение холодного воздуха на относительно теплую поверхность прибрежной суши и моря приводит к резкому понижению температуры, усилению скорости ветра, развитию сильного аномального волнения с крутыми, обрушающимися гребнями, с которых ветром срывается пена и брызги (рис. 1), а при отрицательных температурах — к обледенению судов и портовых сооружений [5, 6]. Типичный ход метеорологических параметров на ст. Новороссийск во время боры в зимний период показан на рис. 2.
Катастрофические случаи боры, возникающие в холодное время года, приносят большой экономический ущерб хозяйству России. Во время боры новороссийский порт практически прекращает работу, останавливаются другие производства, выходят из строя линии электропередач, связь, работает с перебоями железнодорожная станция, тонут или бывают выброшены на берег суда. Из-за сильного ветра или обледенения разрушаются или повреждаются постройки, в отдельных случаях имеются человеческие жертвы. Ряд катастрофических последствий боры красноречиво опи-
15 10 5 0 - 5 -10 -15 30 25 20 15 10 5 0
35 30 25 20 15 10 5
Температура воздуха, °С
Порывы ветра, м/с ♦ ♦
♦ ♦ ♦ ♦ ♦
J_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
20
40
60
80
100 120 140
1030 1028 1026 1024 1022 1020 1018 1016 1014
350 300 250 200 150 100 50 0
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10
0
Давление на уровне моря, ГПа
Относительная влажность, %
J_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I_I
20
40
60 80 100 120 140
Рис. 2. Типичный ход метеорологических параметров на ст. Новороссийск во время боры с 00 : 00 ЦТС 6.12 по 18 : 00 ЦТС 11.12 2002 г По оси X отложено время в часах.
0
сан в [4—6]. Отметим, что, например, во время январской боры 1848 г. в Цемесской бухте практически полностью погибла черноморская эскадра контр-адмирала Ф.А. Юрьева [6], а 8 февраля 1976 г. во время боры в Новороссийске (скорость ветра достигала 30—35 м/с) затонули три научно-исследовательских судна: "Академик С. Вавилов", "Адмирал Нахимов" и "Профессор Арнольди" [5].
Бора может иметь место и в теплое время года. В это время она усиливается до ураганных ветров, в тех случаях, когда имитируется зимняя ситуация — относительно холодный воздух переваливает через хребет и стекает к морю. Наблюдения показывают, что в теплое время года в районе Новороссийска ежегодно случаются одна-две боры.
Сведения о новороссийской боре и ее последствиях дошли до нашего времени из различных источников: лоций, судовых журналов, архивных материалов, данных гидрометеорологических наблюдений, теоретических статей и т.п. Первое описание новороссийской боры, составленной по наблюдениям моряков, было дано в лоции Черного моря, изданной в 1847 г.
Впервые причины возникновения новороссийской боры были исследованы русским гидрографом Ф.Ф. Врангелем, который дал толкование боры как потока холодного воздуха, низвергающегося с гор на теплый приморский воздух. Другим крупным исследованием боры явилась работа [7]. В ней на основании десятилетних наблюдений на ст. Новороссийск была изучена изменчивость основных метеорологических характеристик во время боры, ее повторяемость по месяцам и продолжительность. В [7] впервые подчеркивалось, что воздействие орографии в районе Новороссийска способствует локальному усилению ветра при боре.
Следующим шагом в исследовании боры стала работа [4]. В ней, в частности, показано, что условия образования боры существенным образом зависят, с одной стороны, от соотношения высоты горного хребта и мощности натекающего слоя воздуха, а с другой - от контраста температур между нижним холодным и верхним теплым слоями воздуха. Необходимо также упомянуть исследования [8—10]; значительным вкладом в теорию боры явилась работа [11].
Однако для того, чтобы определить полн
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.