Б.И. Извеков, Н.Е. Кочин - Динамическая метеорология (часть 1) (1115249), страница 56
Текст из файла (страница 56)
Следовательно действие турбулентного„перемешивания в смысле повышении относительной влажности верхних слоев оказывается больше зимой, чем летом. Такие процессы, очевидно, имеют место в случаях динамических инверсий, о которых говорит Пепплер. Если, например, имеются две поверхности разрыва (или два инверсионных слоя), то в пространстве между этими поверхностями развивается энергичное турбулентное перемешивание. Благодаря этому под верхней поверхностью относительная влажность сказывается значительно больше и условия для развития конденсации и рб))фаиого слоя более благопрятны. Если слой конденсации не очень толст, то появляются облака типа Сп.
Соответственно высоте слоя структура их получает характер А-51г, А-Сп или С1-Сц, Если же'инверсия наклонна, и в слое, лежащем под ией, в котором получается увеличенная относительная влажность, развивается скольжение воздушных масс вверх, то процессы конденсации и образования облаков становятся более интенсивными. Если насыщение не вполне достигнуто, но все же под поверхностью разрыва имеетсн максимум относительной влажности, то образование облаков может произойти в случае поднятия всей массы. Пусть благодаря каким-нибудь ' процессам, например, благодаря вклиниванию внИзу новых масс воздуха, вся масса, содержащая инверсионный слой, будет поднята и займет более высокое положение. Тогда вследствие адиабатнческого охлаждения всей массы в целом, конденсация разовьется именно в слоях, лежащих непосредственно под инверсией.
Инверсия будет как бы проявлена в атмосфере, подобно тому, как проявляетса снимок на фотографической пластинке. Облака, возникающие при этом„имеют очевидно слоистую структуру. Если, например, обширная воздушная масса тянется вверх вдоль поверхности разрыва и в этой массе содержится слой инверсии, под которым располагается слой максимальной относительной влажности, то благодаря общему поднятию всей массы конденсация начинается именно в этом верхнем слое, а не вблизи поверхности скольжения. Таким образом возникают С1 — 51г, появление которых предшествует теплому фронту.
Нередко бывает, что мощный Сп при своем поднятии вытесняет вверх лежащие над ним воздушные массы. Если в этих выше лежащих массах есть инверсионные слои с располагающимися под ними слоями максимальной относительной влажности, то в этих слоях начинается конденсация и образуются облака. Так возникают зонтичные с!ггпз'ы над грозовыми сипш1пз'амн. Вероятно такое же происхождение имеют А-Сц и 51г-Сп, развивающиеся по соседству с грозовыми Си-1чЬ, вследствие вынужденного поднятия масс воздуха, содержащих слабые уже выродившиеся инверсии. В некоторых случаях, если турбулентное перемешивание слабо в слоях ниже слоя инверсии и там не образуется достаточно сильных восходящих токов влажного воздуха', а верхний слой теплого воздуха, лежащий над инверсией, богат содержанием пара, облака могут развиваться в верхнем слое.
В особенно больших размерах такое образование облаков в верхнем теплом слое происходит на поверхностях скольжения, разделяющих две различные по своей природе массы воздуха, на так называемых фронтальных поверхностях. Рассмотрим типичную кривую состояния, когда облака расположены ниже слоя инверсии (рис. 37). Максимальная относительная влажность (полное насыщение или даже пересыщение) будет лежать в верхней части облака, так как здесь температура достигает минимума. В слое непосредственно под инверсией относительная влажность быстро растет с высотой, тогда как над слоем облаков при переходе в область инверсии она очень быстро падает.
Таким образом на верхней границе такого облачного слоя, т. е. на нижней границе слоя инверсии, получаются весьма благоприятные условия для образования гельмгольцевских волн. Благодаря выпадению осадков относительная влажность все время возрастает с течением времени книзу от инверсии, и область 100',~о-относительной влажности или пересыщения распространяется книзу, но максимум пересыщения всегда остается на верхней границе облачного слоя.
На рис. 37в представлен другой случай, когда образование облаков начинается в теплом влажном воздухе над инверсией. 100~4-относительная влажность при этом начинается от верхней границы слоя инверсии и распространяется до некоторой высоты, зависящей от градиента влажности теплой воздушной массы. Максимум пересыщения вследствие'у6ы- ванин температуры с высотой опять;таки располагается вначале на верхней границе облачного слоя. Ввиду выпадейия осадков и оседания облачной массы насыщение и пересыщение распространяется вниз в область инверсии и, благодаря убыванию температуры вниз, в инверсионном слое там начинается образование вторичного максимума влажности.
При этом там образуется состояние благоприятное для развития облаков Маш;Сп. Когда относительная .влажность .достигает 100'~', в самой,,нижней, т. е. в самой холодной часги инверсии (стадия Ш на рис. ЗУв), то и максимум пересыщения достигает своего самого низкого положения (наиболее благоприятные условия для образования облаков Маш.-Сп).
Если потом происходит дальнейшЕЕ Оцуаканца, ннжирй ГРаницы 100',!,-относительной влажности, то максимум пересыщения все же будет держаться на ниж- Рис. 37. ней границе инверсии, и это положение максимума пересыщения на верхней границе насыщенного слоя будет существовать и при дальнейшем спускании (стадия Лг).
При этом дальнейшем спускании форма Маш.-Сп постепенно исчезает и переходит в Б.-Сп. Маргулес указал на возможность образования инверсии над облачным слоем, причем такая инверсия может развиваться постепенно и в однородном вначале воздушном слое. Для этого не требуется непременно предполагать с самого начала существования различных масс воздуха и фронтальной поверхности между ними. Пусть поверхмость уровня представляет такую поверхность, при прохождении которой снизу вверх наблюдается сильное (сначала) падение влажности. Такое обстоятельство часто может быть связано с температурной инверсией. Устойчивое равновесие будет в том случае, когда плотность в верхнем слое меньше, чем в нижнем. Называя плотность и температуру под поверхностью раздела через йп Т„ а плотность и температуру над поверхностью раздела через р„ Т, и прйнимая во внимание равенство давлений, будем иметь К,Т,(Я,Т, где Я~ и й,— газовые постоянные вин<него и верхнего слоя — различные в::у~лу различного содержания в слоях водяного пара.
— 237— Если верхний слой богаче содержанием пара Я,)й,), то может быть Т,( Т„ т. е. может удерживаться падение температуры с высотой. Если же, наоборот, более богатый содержанием пара воздух лежит внизу )г, ))г; то непременным условием равновесия будет температурный скачок Т,) Т,. Действительно при полетах много раз наблюдалось, что верхняя граница облаков часто бывает поверхностью разрыва температуры. Восходящие массы, в которых часть содержащегося пара конденсируется, приходят в состояние равновесия только тогда, когда встречают при своем поднятии слой меньшей плотности.
Если этот слой более сухой, то на границе слоев образуется температурный скачок. Если на границе обоих слоев плотность одинакова, то получается еще одно условие равновесия. Вертикальный температурный градиент в верхнем слое у самой границы не может быть больше влажного адиабатического градиента.
Иначе частица влажного воздуха поднимаясь оказалась бы легче окружающего воздуха и стала бы подниматься дальше. М а р г у л е с приводит следующие примеры: 1. Влажный почти насыщенный воздух располагается над сухим. Пусть Т, =-283', р =720 мм рт. ст., е= 9 мм рт. ст. Тогда надо положить Й1=Р, Й2= = — гг ~1+0,3767 ). 1 — о,зть77~ Наибольшее возможное значение Т, = 284,3'.
П. Сухой воздух располагается сверху над слоем влажного, почти насыщенного. Пусть Т, =283, р= 720 мм, е=9 мм. Надо положить Я, = — Р, 1г (1+ 0'3?67 во) )г (1+ 0'00471) Наибольшее возможное значение Т,=284,3'. Если верхний слой имеет относительную влажность 50~, то температурный скачок составляет по меньшей мере 0,6'. Исследование температурной кривой над инверсией часто затрудняется тем обстоятельством, что зондирующий аппарат проходя облачный слой, лежащий на верхней границе инверсия, покрывается осадками, которые при дальнейшем поднятии испаряются, и это испарение происходит за счет тепла, отнимаемого от тела термометра.
Таким образом термометр действует как влажный термометр и дает уменьшенные показания температуры. Подобное же искажение показаний получается, когда регистрирующий прибор спускаясь входит в облачный слой. Эти погрешности наблюдений могут быть отчасти устранены, если при исследовании температурной кривой в области выше облачного слоя пользоваться наблюдениями спуска, а для температурной кривой ниже облачного слоя— наблюдениями поднятия. Перечислим теперь главные причины образования инверсий.
1. Встреча холодных и теплых масс воздуха, в течение продолжительного времени не смешивающихся друг с другом и образующих поверхность разрыва (большие фронтальные инверсии в циклонах). 2. Опускание масс воздуха, сопровождаемое адиабатическим нагреванием (большие антициклональные инверсии). 3. Турбулентность механического происхождения, развивающаяся с обеих сторон преграясдающего слоя(динамические инверсии Пепплера). 4, Охлаждение воздушных слоев путем отдачи тепла посредством лучеиспусканин вверх. (Ночные инверсии, развивающиеся вследствие охлаждения нижних слоев, прилежащих к земной поверхности).
Третий фактор быть может не является сам по себе мощным фактором, создающим инверсии, но, наверное, он всегда сопутствует большим инверсиям первого, второго и четвертого типа и усиливает нх, так как увеличивает вертикальные температурные градиенты в слоях, лежащих непосредственно над инверсией и под инверсией. Равным образом радиация с поверхности облачного слоя может влиять в смысле усиления инверсии. ЛИТЕРАТУРА Кроме указанных в тексте исследований. 1. Ч. В) е г )г не в — 1)упаю!асье ме!еого!од1е ппб нубгоатарме.
егягег теи. 3!аик бег Аьповрйаге ппб г!ег НубговрЫге. Вгаипвсьтгегд.1912. 2. Н. К о в си |п ! е 6 е г — ))упаппвсье Ме!еого)оя!е. Ье!рз!д. 19М. 3. Н. А. М оп ч а но з. — Аарологив. Отд. Гострянсиздат. Москва. 1931. '4. О. Я ! а ч е. — Жо!кеп ппб О!еипасьеп. !АгЬе!!еп б. Ргепяя. Аегопап!.
ОЬвегта!ог!пгпв. 1!пбепЬега. Вб Х7). 5. %. К о р р. — Аего1ок!е е!Ыяег Жо!йеп)егюеп ипг! вгеиепвув!егпе !п д. А!гпоярьаге. !Веиг. 2. Рйуя. г1. !г. А!пг. Ье!рз!я. 1927. Вб. ХИ), Н. 3). б. Т о г. В е г и е г о п. — Лекции об облакал и практическом анализе карты, прочитанные и 1932 г. н 11ентр. бюро погоды СССР (перез. под редакцией Хромова). Изд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
