Тарасов Л.В. - Ветры и грозы в атмосфере Земли (1109048), страница 5
Текст из файла (страница 5)
25 Л Л Солнечное излучение и атмосфера Земли (общие сведение) Классификация облаков тропосферы Согласно современной классификации, в тропосфере существуют десять основных форм облаков, различающихся внешним видом и структурой. Из них восемь относят к категории облаков горизонтального развития (их называют слоистообразиыми облаками), а две формы — к категории облаков вертикального развития (их называют также кучевообразиыми облаками). Облака горизонтального развития сильно развиты в горизонтальном направлении (их горизонтальная протяженность составляет от 1О до 1000 км) и относительно слабо в вертикальном направлении (облако может иметь толщину, измеряемую всего лишь сотнями метров).
Время жизни таких облаков относительно большое — оно измеряется сутками. Вертикальные перемещения воздушных масс в облаках происходят медленно — со скоростями, не превышающими 1Π— 30 см/с. Облака вертикального развития относительно слабо развиты в горизонтальном направлении (их горизонтальная протяженность колеблется от одного до нескольких километров, в отдельных случаях до десятка километров), зато толщина облаков, которую лучше называть высотой, доходит до 10 км и даже 15 км, так что вершина облака может достичь стратосферы.
Время жизни таких облаков невелико — от нескольких десятков минут до нескольких часов. Вертикальные перемещения воздушных масс происходят достаточно быстро; максимальные скорости достигают нескольких метров в секунду, а в кучево-дождевых облаках они могут составлять 20 м(с. Если у облаков вертикального развития высота нижней границы не превышает двух километров (у кучевых облаков она находится в пределах от 0,8 до 2 км, а у кучево-дождевых — от 0,4 до 1,5 км), то у облаков горизонтального развития высота нижней границы находится в интервале от 100 м до 10 км.
Поэтому облака горизонтального развития подразделяют на облака нилсиего яруса (высота нижней границы облака от 0,1 — 0,4 км до 1 км), облака среднего яруса (высота нижней границы от 2 до 5 км), облака верхнего яруса (высота нижней границы от 6 до 1О км). Облака нижнего яруса состоят целиком или в основном из водяных капель, а верхнего яруса — целиком из ледяных кристаллов. Облака среднего яруса состоят как из капель, так и из кристаллов. Глава !. Циркуляции ваздуисинл масс в авснастнув Как уже отмечалось, существуют восемь форм облаков горизонтального развития.
Представим их, перемещаясь от нижнего яруса к верхнему. $ й 3 Оелеке сернлентелинем релентня Облаке еертнкллинате рлзентня Рнс, 1.6 1. 1. Солнечное ииученне и атмосфера Земли (общие сведения) 27 В нижнем ярусе выделяют три формы облаков: слоистые, слоисто-дождевые, слоисто-кучевые. Слоистые облака (рис. 1.6, а) имеют вид тонкого однородного слоя без определенных очертаний, похожего на туман, который приподнялся над земной поверхностью. Они могут образоваться на склоне горы. Осадки не выпадают, если не считать мелкой мороси.
Слоисто-дождевые облака (рис. 1.6, б) отличаются весьма неопределенной размытой формой и в отличие от других слоистообразных облаков могут иметь толщину в несколько километров. Они могут дать начало обложному дождю или снегу. Именно с такими облаками связано представление о пасмурной погоде. Слоисто-кучевые облака подобны слоистым, но в отличие от них имеют хорошо выраженную структуру в виде слоя из крупных гряд и полос, разделенных просветами или сливающимися в сплошной волнистый покров. Осадки отсутствуют. В среднем ярусе выделяют две формы облаков: высоко-кучевые и высоко-слоистые. Высоко-кучевые облака (рис.
1.6, в) похожи на слоисто-кучевые, но характеризуются более четким и выразительным разбиением на длинные гряды и круглые глыбы. Осадки отсутствуют. Высоко-слоистые облака совершенно не похожи на высоко-кучевые. Они выглядят как однородная пелена без какой-либо структуры, нередко закрывающая все небо. Сквозь пелену просвечивает солнпе. Зги облака могут вызывать дождь, а в зимнее время снегопад. В верхнем ярусе выделяют три формы облаков: леристые, леристо-слоистые, перисто-кучевые. Перистые облака (рис.
1.6, г) имеют характерный вид переплетений нежных белых нитей и тонких полос, образующих силуэты птичьих крыльев и хвостов или рыбьих скелетов, перисто-слоистые облака выглядят как однородная белесая полупрозрачная пелена в которой просматривается волокнистое строение, перисто- кучевые облака — белые тонкие облака, имеющие вид мелких волн, хлопьев или ряби. Употребляемый в просторечии термин «небо в барашках» относится именно к таким облакам. Все облака верхнего яруса не дают осадков. Переходя к облакам вертикального развития, напомним, что они подразделяются на две формы. Зто либо кучевые, либо кучево-дождевые облака.
Различают кучевые облака хорошей погоды (рис. 1.6, д) и мощные кучевые облака (рис. 1.6, е). Кучевые облака хорошей погоды обычно отделены одно от другого, тогда как мощные кучевые облака образуют причудливые нагромождения высотой от 3 до 5 км и горизонтальной протяженностью до 1О км. Вспомним у А.А. Фета: 28 Глава Д 1(иркуллиил воздушных масс в атмосфере Вон там на заре растянулся Причудливый хор облаков: Все будто бы кровли да стены, Ла ряд золотых куполов. Физические процессы, происходяшие в кучевом облаке (поговорим о них подробнее в гл.
2), обусловливают характерные особенности его внешнего вида — вытянутость в вертикальном направлении, куполообразную вершину, обилие белых клубов. При всем том кучевые облака поражают неповторимостью своего вида; ни одно из них не копирует другое.
Кучевые облака, как правило, осадков не дают, а вот кучево- дождевые облака (рис. 1.6, зк), называемые также грозовыми, дают ливневые осадки, которые могут сопровождаться градом. Кучево- дождевые облака по своему виду похожи на кучевые, но имеют более крупные размеры и более высоки. Внизу они темные, иногда почти черные. Вершина облака обычно растекается в горизонтальном направлении, что придает ему форму наковальни.
Кучево-дождевые облака смешанные: в нижней части они состоят из водяных капель, а в верхней из кристаллов льда. Физика процессов созревания, развития и разрушения грозового облака будет рассмотрена в гл. 2. 1.2. КОНВЕКЦИЯ И ВЕТЕР Конвекцня в атмосфере Нагревание воздушных масс вблизи земной поверхности приводит в действие механизм коивекции. Нагретый воздух начинает подниматься вверх. Напомним, что с учетом конвекции воздуха батареи отопления в комнате помешают вблизи пола, а форточку в верхней части окна. Холодный зимний воздух с улицы, проникая в комнату через форточку, опускается к полу, тогда как теплый воздух от нагретой батареи поднимается вверх, к потолку.
В результате происходит перемешивание воздуха. Комнату обогревает воздух от батареи и освежает воздух из форточки. Сейчас нас интересует конвекция воздуха в земной атмосфере. Почему она происходит? Почему нагретый воздух поднимается («всплывает») над менее нагретым, а холодный воздух опускается, 29 1.2. Коиеекцие и ветер погружаясь под нагретый? Чтобы ответить на этот вопрос, вспомним закон Архимеда.
Предположим, что сплошное тело объемом е' и плотностью р, погружено в жидкость или газ плотностью рг Согласно закону Архимеда на тело будет действовать выталкивающая сила Г,, равная весу жидкости (газа) в объеме тела: Р; = р еК, где К вЂ” ускорение свободного падения.
Обозначим через Г модуль силы тяжести тела. Проекция Я равнодействующей приложенных к телу сил на направление вектора ускорения свободного падения равна (1.1! ) й = Š— Е, = (р, — р,) ) К. Если р, < р, то Я < О; в этом случае тело всплывает (поднимается вверх). Если р, > р, то Я > О; в этом случае тело опускается на дно. теперь выделим мысленно внутри воздушной массы объем е', обозначим р, плотность воздуха внутри этого объема, а рз — плотность вне его. Предположим, что воздух в выделенном объеме нагрет в большей степени, чем воздух вне объема. Учитывая, что при нагреве газа его плотность понижается, а при охлаждении повышается, заключаем, что в данном случае р, < рз и согласно (1.11) выделенный объем воздуха должен подниматься вверх.
Если же воздух в рассматриваемом объеме натрет меньше, чем вне объема, то р, > р, и, следовательно, выделенный объем воздуха будет опускаться вниз. Итак, конвекция воздуха в атмосфере (равно как и конвекция воды в морях и океанах) есть не что иное, как проявление закона Архимеда. Давление как мера степени сжатия среды Прежде, чем мы перейдем к обсуждению ветра, необходимо поговорить о таком понятии как «давление». Существуют скалярная величина «давление» (будем обозначать ее р) и векторная величина «сила давления» (обозначим ее Р). К сожалению, понятия давление и сила давления не всегда различают и говорят, например, что на некоторую стенку действует давленое. Однако давление не может действовать. Действует сила давления, а давление характеризует степень сжатия среды в той или мной ее точке, обусловленную действием сил давления.
Возможно, во избежание путаницы следовало бы употреблять вместо термина «давление» термин «механическое напряжение». Кстати сказать, в применении к твердым те- 30 Глава Л есор«уловив воздушяьи масс в атмосфере лам, подвергнувшимся тем или иным силовым воздействиям, действительно используют термин «механическое напряжение» или короче — «напряжение». Выберем произвольную точку А внутри атмосферного воздуха и рассмотрим достаточно малую частицу воздуха в виде куба с гранями плошадью д5 каждая, для которого точка А является центром (рис.
1.7). Находящиеся снаружи кубика молекулы воздуха будут бомбардировать грани кубика, оказывая на каждую грань силу давления, направленную перпендикулярно к данной грани и одинаковую по модулю для всех граней. Обозначим этот модуль через Г»Р. Поскольку куб достаточно мал, давление воздуха в любой точке каждой его грани будет равно р = ЬРГГзБ. Ввиду малости кубика можно Рис. 1.7 считать, что таким же будет давление, в частности, и в центре кубика, т. е. в точке А.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
