Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Когда эти слои становятся видимыми в волнистых облаках, образуются «пачки пластин», показанные ла рис. 1!.5.8. Если облака поднимаются довольно медленно в потоке со сдвигом ветра, то происходит новый рост облаков с наветренной стороны, так как термики обычно поднимаются последовательно из перемещающегося источника (рис.
9.8.5). Когда воздух в терминах сильно разбавлен окружающим воздухом и перемешается на некотором уровне примерно со скоростью ветра, то испарение и опускание, происходящие на этом уровне, создают нисходящий поток в подветренной части термика (рис. 11.5.9). оилйкй и осАдки Рис.
11.5.5. Модель облачной бангни, яоднимаюгдейся в стратифннированном окр унсении. тсрмик образуется из подкрашенной соленой вОлы. вводимой в иерхпкно часть Резер. нуара, жидкость в котором стратифицирована за счет рост» концентрации соан в направлении ко Лиу резервуаре. Башня рзэрушашщегося вещеСтва оСтаетСя Сзади, каткдав часть — ив своем разновес~ем уровне в стратнфицироваиной среде. Фронт башни ирошел несколько далыпе Сапего «онечного положения рввнонеспя. гллвд и Рпс. 11.5.6. Облака пассатпой зоны башнеобразнога тяпа, наклоненные по сдвигу ветра.
Ветер дуст с направления восток-севе~ю носток и убывает по величине с высоток нал облачиым основанием. Часто зтн облаив образуют корнлоры (фотография Дж. С. Явл- куса). Рнс. 1!.5.7. Преобразовавне башпн увлажненного воздуха, оказавшейся в слое со сдвнгом ветра, по прошсствнн несколькнх часов в форму слоев попере- менно высокой н низкой влажностн. Со штормом через несколько лпен его существования получается нечто подобное.
т. е. на больши» участка» неба созлаются тонкие прослтмкн увлажненного возлу»а. 11.5.2. Облака и инверсия; шапки; охлаждение и нагреванне Когда термик приближается к инверсии, он растекается на ее нижней границе, хотя Временно может приподнять ее за счет имеющегося у него направленного вверх количества движения. Оп может. кроме того, образовать влажный слой под инверсией, который может принять форму облака. Па рнс. 1!.5.!О показано, как термик смещает влажный слой вверх, выше уровня его конденсации. При этом образуется облако с шапкой, кото- 457 ОБЛАКА И ОСАДКИ Рис. 11.5.8. Расслоение волвистого облака по влажности, связанное са сдвигом ветра (Скалистые горы в Боузтиср, шт.
Калорадо). этот тнп еолнвстнз облехо» чвсто ззезывзжт «пзчхоа щ~зсзвн, особенно аня нзолнро- ванного облака (фототрвфяя дж. и, долзвзу. Рис. 11.5тд Рост кучевого облака при сдвиге ветра. Рост облезл проясхоант нз авнжущнхс» нехлснвее слоев с взвстренноа стороны. Испвре- нне н осехвнне нронсхоззвт с полнетрсвноа стороны облннз. 458 ГЛАВА П рая впоследствии иногда может преодолеть инверсию. Если термик представляет собой конвективное облако, а инверсия расположена достаточно высоко над его уровнем конденсации, то над вершиной облака может возникнуть шапка, которая иногда может проникнуть сквозь инверсию.
Шапки обычно появляются на небольшое время и затем опускаются обратно на свой первоначальный уровень. Иногда термик, образовавший шапкообразное облако, сам не виден, если шапка находится па уровне конденсации для приземпого слоя воздуха. Менее очевидно, что конвективпые облака могут создавать инверсию. Заметим, что у основания кучевой облачи!>стн сущест- Рнс. ! 1.5.10. Последовательные положения шаиьообразных н кучевых облаков (тсрмнков), растущих под ннмн. Если термвк проникает сквозь шапкообразное облако, то последнее скашивается и вскоре испаряет«я в иисхоляшем потоке вне кучевых облаков.
Уровни С н В яьляютсн уровнями коиденсаиии дл» нучевых и шапкообразных облаков соответственно. Термик может быть невидим, если В и С совпадут. Точка Я является положением, до которого термин искривляет устойчивый слой. вуют потоки тепла и плавучести, направленные вверх. Когда облако достигает самого высокого уровня подъема, на его верхушке происходит испарение, и этот процесс может вызвать выхолаживание, если окружающий воздух достаточно сух. На некоторой высоте в таком облаке имеется уровень, где поток тепла воздуха, обладающего плавучестью, в точности равен отрицательному потоку скрытого тепла движущихся наверх жидких водяных капель. Несколько выше находится уровень, на котором основную роль играет эффект охлаждения.
Мы говорим о «среднем» облаке, так как время существования каждого облака составляет !Π— 45 мин. При этом одни облака растут дольше, а другие в результате- испарения быстро исчезают. На рис. 11.5.11 представлена тефиграмма зондирования атмосферы. Поднимаясь, термик перемешивается с окружающим воздухом и благодаря этому приобретает некоторый профиль тем. пературы, лежащий между влажной адиабатой, проведенной из уровня конденсации (который характеризовал бы облако в отсутствие перемещпвания), и профилем температуры окружающего воздуха.
Вследствие охлаждения при испарении па уровне ОБЛЛКЛ И ОСАДКИ чой9 М перемешанный воздух приобретает температуру, равную температуре окружающей среды. В результате охлаждения некоторые термики поднимаются выше уровня М, а затем опускаются ниже этого уровня.
Другие ,достигают уровня М с меньшим перемешиванием и имеют температуру выше средней, а следовательно, больше жидкой влаги. Все термики проскакивают свой уровень равновесия и перемешиваются с воздухом, лежащим выше этого уровня, тем самым выхолаживая его и заставляя опускаться. Однако опуститься Угнюйчиемй слой дондиромзн гю еле ммниююеени ненасении Рис. ! Пйн П Изменение конвекцией начальной тефиграммы зондирования атмосферы. начальное зонлнровавие аляму изменяется конвекцией снизу ло ьрмт, с является точкой каилеисации лля термнка, лвижущегос» снизу.
Устойчнвыс слои образуются между Я и С н между М н Г в результате «онвекцин. ниже точки М они не могут. Термики, поднимающиеся выше точки М, вызывают выхолаживание воздуха, и ни один термик не может подняться выше точки Т, в которой влажная адиабата, проведенная из точки С, пересекает температурную кривую зондирования, кроме тех случаев, когда термикн преодолевают весь подъем не перемешавшись.
Так как перемешиваиие всегда имеет место, точка Т является хорошей оценкой высоты подъема термиков. Между Т и М окружающий воздух медленно охлаждается. Ниже точки М воздух нагревается благодаряоседанию, необходимому для компенсации восходящего движения в термике. Это происходит до тех пор, пока термик не прекратит движения сквозь окружающую среду. Таким образом, после некоторого времени существования конвекции результат зондирования приблизится к штриховой линии. Поэтому ниже точки Т образуется инверсия, и иагревание за счет оседания представлено опусканием воздуха от точки йГ вдоль сухой адиабаты до точки Р. Ниже уровня конденсации стратификация воздуха близка к нейтральной, и он может медленно нагреваться, как описано 46О глхвл и в конце равд. 9.4. Воздух непосредственно над основанием облака устойчиво стратифицирован; воздух, оселаюший сквозь уровень конденсации для компенсации восходящего потока втермике, образует слой, называемый подоблачной инверсией.
Подоблачная инверсия занимает слой СЬ. Г!одоблачная инверсия усиливается, если на том же уровне происходит оседание вследствие крупномасштабного движения воздуха. С другой стороны, если имеется крупномасштабная горизонтальная конвергенция (как, например, пад сушей, когда дует бриз), то подъем воздушной массы выхолаживает весь воздух над основанием облака. Это происходит благодаря устойчивой стратификации, которая делает возможным сушествование конвенции, даже если температура па поверхности не растет. Следовательно, существование копвектпвной облачности может свидетельствовазь как о наличии горизопталыюй конвергенции, так и о росте температуры нодстилаюшей поверхности. Аналогично, потепление часто связано как с оседанием, так н с нагреванием за счет термиков.
Этот вопрос подробно рассматривается Фрезером (1968) . В случае прорыва холодного воздуха с севера вся воздушная масса быстро нагревается за счет оседания. Следовательно, облака, паходяшиеся на высоте 8 — 9 км пад уровнем моря к западу от Шотландии, могут достигнуть берегов Португалии уже па высоте всего 3 или 4 км (хотя море здесь и теплее), а Канарских островов — в виде слоя слоисто. кучевых облаков ниже интенсивной инверсии на высоте 1 км. Затем они пересекут Атлантический океан с пассатом, достигнут экватора и медленно потекут над более теплым морем. С ростом температуры океана конвекция проникает все выше и выше, а конвективныс облака непрерывно испаряются в окружающее пространство, в котором происходит оседание, н становятся суше над инверсией, через которую проникает все больше и больше термиков.
Постепенно инверсия поднимается выше за счет проникновения все еще теплых облаков, и к тому времени, когда воздушные массы оказываются пад Карибским морем, высота инверсии достигает уже 3 км. Все это время воздух под инверсией, который участвует в перемешивапии, приходит с запада. Что произойдет дальше, зависит от времени года. Осенью море очень теплое, и облака начинают проникать в инверсию; в результате возникают ливни, которые быстро приводят к образованию тайфунов (см. равд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
