Пыльные бури

Пыльной или песчаной бурей называется явление переноса сильным ветром большого количества пыли и песка, при котором резко ухудшается видимость [Руководство…, 1986]. Пыльные бури зарождаются на суше – в аридных районах планеты, откуда воздушные течения выносят облака пыли в океан. Представляя опасность для человека только на суше (рис. 1-4), они, однако, значительно ухудшают прозрачность атмосферы, затрудняя наблюдение поверхности океана из космоса.

 

Пыльные бури начинаются при некоторых критических значениях скорости ветра, которые зависят от рельефа местности и структуры почвы. В большинстве районов пыльные бури начинаются при скорости ветра 10-12 м/с. Однако на лёссовой почве слабые пыльные бури могут возникать летом уже при скорости ветра 8 м/с, а иногда даже 5 м/с. Продолжительность пыльных бурь меняется в широких пределах – от нескольких минут до нескольких суток (обычно несколько часов). Например, в районе Аральского моря зарегистрирована пыльная буря, длившаяся непрерывно 80 час.

Когда причины, непосредственно вызывающие пыльную бурю, исчезают, поднятая с земной поверхности пыль остается в воздухе на протяжении нескольких часов или даже суток. Большие массы пыли переносятся в этих случаях воздушными потоками на сотни и тысячи километров. Пыльная мгла, занесенная ветром на значительное расстояние от очага пыльных бурь, называется адвективной мглой. С тропическими воздушными массами мгла переносится в южные районы Европы и России из Северной Африки и с Ближнего Востока. Западные потоки нередко выносят пыль из Центрального и Северного Китая на тихоокеанское побережье и т.д. Классическим примером адвективной мглы является мгла, приносимая в Атлантику восточными ветрами после пыльных бурь в пустыне Сахара. В отличие от пыльных бурь, адвективная мгла обычно наблюдается при слабых ветрах и даже при штиле. Как вертикальная, так и горизонтальная видимость при мгле может постепенно уменьшаться до нескольких десятков метров.

В зависимости от структуры и цвета почв, выдуваемых ветром, пыльный воздух может быть окрашен в разные цвета. Так, различают черные бури (на черноземах), свойственные южным и юго-восточным областям Европейской части России, Башкирии и Оренбургской области; бурые или желтые бури (на суглинках и супесях), свойственные Средней Азии США; красные бури (на красноцветных, окрашенных окислами железа почвах), свойственные, например, пустынным местностям Ирана и Афганистана; белые бури (на солончаках), характерные для некоторых районов Туркмении, Поволжья и Калмыкии.

В северном полушарии пыльные бури распространены в степных, полупустынных и пустынных районах, главным образом в Средней Азии (в Казахстане), в Северном Китае, Северной Африке, на Аравийском полуострове, в центральных районах США; более редко – на Среднем Поволжье, на Украине, Северном Кавказе и в некоторых районах Дальнего Востока. Северная граница распространения пыльных бурь обычно совпадает с границей степной зоны.

Горизонтальные масштабы районов, охваченных пыльными, бурями, весьма различны – от нескольких сотен метров до тысячи километров и более. Запыленность атмосферы, но вертикали может при этом колебаться от 1-2 м (пыльные или песчаные поземки) до 4-6 км.

Основной причиной образования пыльных бурь является турбулентность, обусловленная структурой ветра, способствующая подъему с земли частиц пыли и песка. При этом очень важна степень вертикальной неустойчивости воздушной массы, в которой развивается пыльная буря. Конвективное перемешивание, распространяющееся до этих высот, стремится распределить частицы песка и пыли, поднятые с земной поверхности, по всему охваченному им слою. Маленькие частицы, в последствии образующие мглу, могут подниматься очень высоко; более тяжелые имеют меньшую высоту подъема и быстро падают на поверхность.

При устойчивой стратификации воздуха, как это наблюдается, например, ранней весной в тропическом воздухе в теплых секторах циклонов, слой приземного перегрева воздуха ограничивается несколькими сотнями метров. Здесь часто наблюдаются сильные приземные пыльные бури, распространяющиеся до высоты 200-300 м; на больших высотах воздух остается совершенно прозрачным.

С синоптической точки зрения различают фронтальные пыльные бури и пыльные бури штормовых зон. У фронтальных бурь зона явления вытянута вдоль фронта на сотни километров и имеет ширину в сотни километров. Характерными чертами фронтальных пыльных бурь являются быстрое их смещение вместе с фронтом и значительное развитие по вертикали, что объясняется сильными восходящими движениями во фронтальной зоне, забрасывающими пыль иногда до высоты 4-5 км и более. Предфронтальное усиление ветра начинается на расстоянии 200-300 км перед фронтом и при соответствующем состоянии почвы вызывает вначале пыльный или песчаный поземок. По мере приближения фронта скорость ветра увеличивается и на расстоянии примерно 100-150 км от фронта поземок переходит в песчаную или пыльную бурю. При приближении фронта пыльная буря постепенно усиливается, достигая максимального развития в момент прохождения фронта. За фронтом, как правило, буря ослабевает и быстро прекращается. При удалении фронта пыль, поднятая бурей, оседает не сразу, вследствие чего создается зона медленно ослабевающей мглы. Эти пыльные бури, как правило, связаны с холодными фронтами второго рода. При прохождении теплых фронтов пыльные бури наблюдаются редко.

Пыльные бури штормовых зон нередко возникают вне связи с фронтальными разделами в атмосфере. Это бывает в тех случаях, когда в каком-либо районе у поверхности Земли создаются штормовые зоны, характеризующиеся значительными горизонтальными градиентами давления, обусловленных неодинаковыми скоростями и даже знаками изменения давления. Штормовые зоны образуются обычно в областях резкого падения или роста давления, которые граничат с областями, где давление меняется мало. Такие зоны часто наблюдаются в передней части резко усиливающегося антициклона и на южной и юго-западной периферии обширного и медленно смещающегося антициклона, когда к югу от него располагается малоподвижный циклон.

Особенно сильные штормовые зоны возникают в районах, где непосредственно соприкасаются области изменения давления противоположного знака, например, когда к усиливающемуся антициклону приближается углубляющийся циклон. Подобные условия нередко создаются зимой и в переходные сезоны на юго-востоке Европейской территории России и на юго-западе Средней Азии. Одним из процессов, порождающих быстро смещающиеся штормовые зоны в условиях Средней Азии, является выход штормовых циклонов с юга Каспийского моря. Наиболее сильные ветры наблюдаются при этом в тыловой части циклона. Быстро смещающиеся штормовые зоны формируются также в условиях антициклогенеза. Пыльные бури, связанные с антициклоническими штормовыми зонами, развиваются в пустынях обычно ранней весной или поздней осенью после периодов продолжительной засухи.

Наиболее часто последствия пыльных бурь и адвективная мгла наблюдаются над следующими частями Мирового океана: над восточной Атлантикой, примыкающей к пустыне Сахара, Персидским заливом, над Аравийским, Красным, Аральским, Желтым и Восточно-Китайским морями; в России – над Азовским и Каспийским морями (рис. 5-11). Роль, которую пыльные бури играют в океанологии, достаточно тривиальна – они  затрудняют наблюдение океана из космоса. Особенно эта касается видимого диапазона, когда приходится вносить существенные поправки на прозрачность атмосферы (атмосферная коррекция). В частности, мелкодисперсная пыль в атмосфере влияет на работу таких датчиков дистанционного зондирования как спектрорадиометры и сканеры цвета, которые дают информацию о хлорофилле и взвешенном веществе верхнего слоя моря.

Наконец, в ряде исследований утверждается, что пыль Сахары в воздухе над Северной Атлантикой, препятствуя проникновению солнечного света, во-первых, способствует охлаждению верхнего слоя океана и, во-вторых, понижает вероятность зарождения тайфунов (см. [Bettwy, 2007; Hansen, 2007])

Литература

1. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды / Под ред. Н.Ф. Вельтищева, Л.: Гидрометеоиздат.

 2. Руководство по краткосрочным прогнозам погоды. 3-е изд., части 1 и 2. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.

3.  Прогноз пыльной или песчаной бури (http://meteoweb.ru/phen027.php).

4. Middleton N.J., Goudie A.S. Saharan dust: sources and trajectories // Trans. Institute of British Geographers, 2001, 26(2), p. 165-181

5. Hansen К. Saharan dust has chilling effect on North Atlantic (http://www.nasa.gov/topics/earth/features/cooling_dust.html).

6. Bettwy M. Did dust bust the 2006 hurricane season forecasts? (http://www.nasa.gov/mission_pages/hurricanes/archives/2007/hurricane_dust.html).

 

 

Рис. 1-2. ПыльныебуривштатахТехасв 1935 г. иКолорадов 1937 г. (фотоизколлекцииBill and Marcella Bradly Collection и University of Oklahoma)

 

 

Рис. 3-4. Приближение пыльной бури к военному лагерю в Ираке 27.04.2005 (фото A.M. Garcia)

 

 

Рис. 5. Пыльная буря над Аральским морем на снимке спутника Aqua (18.04.2003, 09:25 UTC). © NASA

 

Рис. 6. «Языки» пыльной бури над Аравийским морем на снимке спутника Aqua (4.12.2002, 09:15 UTC). © NASA

Рис. 7. Вынос пыли из Сахары в Северную Атлантику на снимке спутника Terra(26.02.2000, 11:40 UTC). © NASA

Рис. 8. Вынос пыли из Сахары над Атлантикой на снимке спутника Aqua (1.01.2007, 14:55 UTC). © NASA

Рис. 9. Пыльная буря над Красным морем. © NASA

Рис. 10. Адвективная (пыльная) мгла над о-вами Зеленого мыса на снимке спутника Terra (1.01.2007, 11:50 UTC). Частички пыли визуализируют атмосферные гравитационные волны, вихревые дорожки Кармана и струи за островами. © NASA

Рис. 11. Пыльная мгла на подходе к о-вам Зеленого мыса (октябрь 2006 г.), превратившая восходящее солнце в луну. Фото А.Ю. Иванова с борта НИС «Академик Сергей Вавилов»