Учебно-методический комплекс дисциплины «Климатология и метрология» для специальности 5М060800 «Экология» учебно-методические материалы
жүктеу/скачать 8.34 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- 1. Классификация облаков
Облака1. Классификация облаков. 2. Микрофизика облаков. 3. Световые явления в облаках. 4. Электричество облаков и осадков. 5. Суточный и годовой ход облачности. 1. Классификация облаковОблака – одно из интереснейших явлений природы. В том сложном комплексе элементов и явлений, который объединяется понятием погода, облакам принадлежит определяющая роль. Они изменяют тепловой и радиационный режим атмосферы и тем самым оказывают большое влияние на многие стороны деятельности человека. Прежде всего – на сельское производство, лесное хозяйство, различные виды транспорта (особенно на авиацию). До сих пор облака и туманы существенно влияют на взлет, посадку и полет самолета. Полет самолета в облаках сопровождается:
Облако – видимая совокупность взвешенных капель воды или кристаллов льда, находящихся на некоторой высоте над земной поверхностью. Облако – туман в высоте (В.И. Даль). С точки зрения микрофизического строения принципиальной разницы между облаками и туманами нет. Но они существенно отличаются по условиям образования вертикальной мощности, водности и других параметров. Облака – системы взвешенных в атмосфере (не у самой земной поверхности) продуктов сгущения (конденсации) водяного пара – капель воды, кристаллов льда, тех и других вместе. Они носят название облачных элементов (Метеорологический словарь, 1974). Облака возникают в результате конденсации водяного пара в атмосфере. Они образуются либо вследствие общего увеличения влагосодержания в атмосфере, либо под влиянием понижения температуры воздуха. А в реальных условиях оба эти фактора играют роль. Понижение температуры может происходить в результате адиабатического охлаждения, излучения и турбулентного перемешивания. Длительность существования облака может изменяться в широких пределах. Кучевое облако может существовать 10–15 минут, другое – несколько часов. Пока облако существует, в нем идет непрерывный процесс облакообразования: одни элементы испаряются, другие – выпадают, третьи – возникают заново. Наблюдаемое в природе многообразие форм облаков во всевозможных сочетаниях является результатом сложных процессов, развивающихся в атмосфере. По структуре облаков и связанных с ними осадков можно судить о состоянии атмосферы на данный момент и (что более важно) о ее ближайших изменениях. Кстати, до начала систематического аэрологического зондирования облака являлись важным элементом так называемой косвенной аэрологии, так как по облакам судили о процессах в нижней половине тропосферы. Облака классифицируются по нескольким признакам:
По фазовому состоянию облачных элементов облака делятся на классы:
Водяные (капельные) облака состоят только из капель. Они могут существовать как при положительных, так и при отрицательных (до -10°С и ниже) температурах. Такими являются высоко-кучевые, слоистые, кучевые. Смешанные облака состоят из смеси переохлажденных капель и ледяных кристаллов. Они могут существовать, как правило, при температуре от -10 до -40°С. Образуются в результате возникновения кристаллов в водяном облаке, либо в результате попадания кристаллов в водяное облако извне. Смешанные облака дают осадки. Это высоко-слоистые, слоисто-дождевые, кучево-дождевые; при низких температурах иногда также высоко-кучевые, слоистые, слоисто-кучевые. Ледяные (кристаллические) облака состоят только из ледяных кристаллов. Они могут существовать только при температуре ниже -40°С. Это все облака верхнего яруса: перистые, перисто-слоистые, перисто-кучевые, а также вершины кучево-дождевых облаков. По форме и высоте расположения формы облаков в тропосфере разнообразны и изменчивы. Но их можно свести к относительно небольшому количеству типов. Первая и самая удачная классификация облаков была предложена в 1803 г. английским фармакологом Люком Ховардом. До сих пор она считается непревзойденной. Она оказалась настолько простой и точной, что ее до сих пор используют метеорологи. В конце 19 века была принята международная классификация облаков. С 80-х годов 19 века при составлении классификации облаков используют фотографии. В настоящее время они объединены в Международном атласе облаков. В современном варианте международной классификации облака делятся на - Три типа: перистые, слоистые, кучевые; - Десять родов (форм) – сочетание трех типов; - В каждой форме выделяют виды, разновидности и дополнительные особенности. Основные 10 форм облаков
По высоте расположения: облака условно делятся на три яруса: верхнего, среднего и нижнего (таблица 8). А также выделяют облака вертикального развития: основание этих облаков лежит в нижнем ярусе, а вершина – в среднем или верхнем. Таблица 8 – Высота расположения облаков разных ярусов в зависимости от широты, км
Краткая характеристика различных форм облаков Верхний ярус – ледяные, белого цвета, не затеняющие Солнце. Перистые облака (Ci) состоят из отдельных перистообразных элементов в виде тонких белых нитей или белых клочьев и вытянутых гряд. Они имеют волокнистую структуру и шелковистый блеск. Из-за сильных ветров они имеют характерную форму вытянутых, растрепанных «кобыльих хвостов». Имеют значительное вертикальное протяжение (порядка сотен метров). Виды: нитевидные, когтевидные, башенкообразные, плотные, хлопьевидные. Разновидности: перепутанные, радиальные, хребтовидные, двойные.
Виды: слоистообразные, чечевицеобразные, башенкообразные, хлопьевидные. Разновидности: волнистые, дырявые. Иногда дают полосы падения. Перисто-слоистые облака (Cs): ледяная вуаль, тонкая, молочно-белая, прозрачная. Солнце просвечивает через них так ярко, что вокруг него появляются кольца (гало), а иногда и ложные солнца. Толщина слоя от сотен метров до километра. Виды: нитевидные, туманообразные. Разновидности: двойные, волнистые.
Виды: слоистообразные, чечевицеобразные, башенкообразные, хлопьевидные. Разновидности: просвечивающиеся, с просветами, двойные, волнистые, радиальные, дырявые. Особенности: полосы падения, вымеобразный характер. Высоко-слоистые (As) застилают небосвод целиком или частично. Через отдельные облака, менее плотные, может просвечивать Солнце или Луна. В этом случае они видны как бы через стекло, в виде размытых пятен. Это типичные смешанные облака. Дают слабые осадки. Гало не наблюдается. Виды не различаются. Разновидности: просвечивающие, непросвечивающие, двойные, волнистые, радиальные. Особенности: нижняя поверхность иногда имеет вымеобразный вид; под слоем As часто наблюдаются клочья более низких облаков. Нижний ярус Слоисто-дождевые (Ns): серый облачный покров, часто мрачного вида, кажущийся размытым. Слой облаков более мощный, чем у высоко-слоистых, поэтому Солнце и Луна через них не просвечивают. Эти облака находятся в нижнем и среднем, а зачастую и в верхнем ярусах. Это смешанные облака: в нижней части состоят из крупных капель и снежинок, а в верхней – из мелких капель и мелких же снежинок (как и As). Виды и разновидности не выделяются. Особенности: полосы падения, облачные клочья.
Виды: слоистообразные, чечевицеобразные, башенкообразные. Разновидности: просвечивающие, с просветами, непросвечивающие, двойные, волнистые, радиальные, дырявые. Особенности: вымеобразные, структура нижней поверхности. Слоистые (St) являются водными или смешанными, выглядят как однородный серый слой. При малой плотности через них просвечивает Солнце, при этом оно имеет четкие очертания. Из слоистых облаков может выпадать морось, а зимой – ледяные иглы, мелкий снег, снежные зерна. Мощность слоя до нескольких сотен метров. Виды: туманообразные, разорванные. Разновидности: непросвечивающие просвечивающие, волнистые.
у плоских – десятки и сотни метров; у мощных – более 5 км. Это водяные облака (состоят из капель), поэтому осадков не дают (за исключением тропиков, где из мощных кучевых облаков могут выпадать небольшие дожди). Виды: плоские, средние, мощные, разорванные. Разновидности: радирующие. Особенности: шапка, полосы падения.
Виды: лысые, волосатые. Особенности: полосы падения, клочья, наковальня, вымеобразные выступы, шапка, вуаль, ворот, изредка хобот.
а) облака конвекции, б) облака устойчивых масс.
а) облака восходящего скольжения, б) орографические облака.
В первом генетическом типе (внутримассовые) выделяют облака конвекции и облака устойчивых воздушных масс. Облака конвекции возникают в результате охлаждения воздуха в вертикальных восходящих токах. В первой стадии развития термической конвекции, когда она является лишь разновидностью турбулентного движения, это плоские кучевые облака, а так же разорвано-кучевые; при возникновении хорошо оформленных восходящих токов значительной скорости (3,6 м/с и более) возникают мощные кучевые и кучево-дождевые облака. В среднем ярусе с конвекцией связаны некоторые разновидности высококучевых облаков: башенкообразные и хлопьевидные. Кучевообразные, или конвективные, облака имеют вид изолированных облачных масс. Они сильно развиты по вертикали и имеют небольшую (среднюю) протяженность по горизонтали. В результате неравномерного прогревания земной поверхности Солнцем кое-где образуются «пузыри» теплого воздуха, которые поднимаются вверх и попадают в слои более холодного воздуха (термики). Там они остывают, водяной пар в них конденсируется, и образуются облака (рисунок 30). Эти пузыри, или конвекционные ячейки, живут не более 20 минут за редким исключением. Часто в одном месте образуется несколько ячеек, тогда облако может просуществовать около часа. По исследованиям методом фотограмметрирования с земли и при наблюдениях в полетах, конвективное облако состоит из отдельных потоков, которые имеют форму струи или термика (пузыря). В среднем диаметр струй у земной поверхности (и до высоты около 3000 метров) равен 60 метров, а средняя концентрация потоков составляет 40 струй на 1 км2. Размеры конвективных потоков в мощных кучевых облаках значительно больше, чем вне их (в облаке d ~ 90 м, под ним – 50 м). 
Рисунок 30 – Схема возникновения термической конвекции (Облака, 2007) В связи с развитием конвективного облака в тропосфере выделяют следующие уровни: а) уровень конденсации, практически совпадает с нижней границей облака; Zк б) уровень нулевой изотермы, отделяющий переохлажденную (верхнюю) часть облака от непереохлажденной; Zо в) уровень свободной конвекции, практически совпадающий с верхней границей облака. Слои с инверсиями температуры задерживают конвекцию и препятствуют дальнейшему развитию вершин кучевых облаков. Динамическая конвекция обусловлена вынужденным подъемом теплого воздуха при обтекании препятствия. Роль препятствия может выполнять горный хребет (рисунок 31) или фронтальная поверхность с крутым углом наклона. Облака конвекции развиваются в неустойчивых воздушных массах (в холодных в.м., двигающихся над теплой поверхностью; местных в.м. над сушей летом) носят название кучевообразных (не кучевые).
Рисунок 31 – Схема возникновения динамической конвекции при перетекании воздушного потока через хребет (Облака, 2007) В атмосфере наблюдаются волновые движения самой разной амплитуды и длины волны. Под влиянием таких движений при определенных условиях могут формироваться волнистообразные облака, которые имеют вид распространенного по горизонтали (десятки и сотни километров) слоя, состоящего из дисков, плит, валов (рисунок 32). Эти облака имеют в среднем небольшую вертикальную мощность (несколько десятков или сотен метров), но в отдельных случаях – до 2–3 км. 
Рисунок 32 – Схема образования волнистообразной облачности под слоем инверсии (Облака, 2007)
Рисунок 33 – Схема образования облаков восходящего скольжения (Облака, 2007) Кроме того, выделяют:
жүктеу/скачать 8.34 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
