Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы (1115251), страница 102
Текст из файла (страница 102)
В течение 10-летнего периода (1971 — 1980 гг.) облака в сред- нем покрывали 53, 62 и 58 % площади соответственно северного полушария, южного и земного шара в целом. функции распределения количества облаков обладают рядом особенностей. Для большинства метеовеличин распределение близко к нормальному. В то же время плотность распределения и по данным наблюдений с земной поверхности чаше всего имеет вид 1)-образной кривой, а по данным наблюдений со спутников— куполообразный вид.
Это принципиальное различие объясняется прежде всего тем, что распределение п более, чем любой другой метеовеличины, зависит от размера площади, по которой опреде- лено количество облаков. О такой зависимости свидетельствуют следующие рассуждения. Если и определяется в точке (при наблю- дении с земной поверхности — в зените, со спутника — в надире), то могут наблюдаться только два состояния: полная облачность (и 100%) или ясно (и=О), С другой стороны, если плошадь, охваченная наблюдением, достаточно велика (например, весь ма- терик или океан), то и во всех случаях будет близко к его сред- нему значению, а вероятность малых (Π— 2 балла) и больших (8 — 10 баллов) значений и очень мала, С целью реализации этой идеи и получения фактических дан- ных о плотности распределения п выполнен анализ высококачест- венных фототелевизионных изображений облачного покрова.
Коли- чество облаков определено для сферических квадратов (с общим центром), размер которых изменялся от 0,5Х0,5' до 10Х10'. В табл. 17.35 приведены (для сокрашения объема только по трем квадратам) сведения о плотности распределения и во всс се- зоны года по наблюдениям в 1979 — 1981 гг. на Евро)юйсьой части СССР (число наблюдений в каждом квадрате зимой (3) — 2!05, весной (В) — 2430, летом (Л) — 1512 и осенью (О) — 2598). Отметим прежде всего общую для всех сезонов закономер- ность: для квадратов 0,5Х0,5', 1Х1' и 2Х2' распределение носит П-образный характер — максимумы плотности распределения (!') приходятся на малые (Π— 2 балла) и большие (8 — 10 баллов) зна- Облака.
ттиакы н осадки Облака Количество облакоа, баллы Квадрат Сезон 2 ) В 4 3 В Л О 33 51 74 51 67 49 26 49 0,5 Х 0,5' 3 В Л О 17 34 50 35 6 7 12 7 5 7 10 7 16 12 9 14 38 24 11 24 рн Р( 2) !/2д (7.1) 1Х1' 3 В Л О 1! 26 39 26 7 10 18 10 29 18 9 16 18 13 9 17 Здесь и+1 т 1п 1Π— и ' т — 4 у от 10Х 10' 3 В Л О 2 5 16 4 3 7 19 8 9 14 23 !6 10 14 !2 15 8 9 8 19 12 14 6 12 !9 14 6 15 18 10 11 17 8 2 5 и и и ао Ь ик Ха Калдрат о о,б х О.б' зхи 2Х2' 4Х4' вхв вхз ю хм' 6,7 4,9 2,6 4,9 4,7 5,0 4,4 5,0 4,6 2,7 4,6 4,0 4,3 3,8 4,4 6,5 4,6 2,9 4,7 3,7 4,0 3,6 4,1 6,5 4,7 3,0 4,8 3,4 3,7 3,3 3,6 6,4 4,8 3,2 4,9 З,О 3,2 2,9 3,2 6,4 4,8 3,4 4,9 2,6 2,9 2,6 2,8 6,3 4,8 3,5 5,0 2,4 2,6 2,4 2,6 6,3 3,6 5,0 2,2 2,5 2,2 2,3 3 В Л О 3 В Л О х*=1 г(х)4(х и у*= ~ г(у)4(у о о Таблица !7.35. Энвнрнческвн плотность рнсвределенни (Тз) количества облакон в рззличные сезоны года чения а, а минимум — на 4 — 6 баллов; для квадратов 8Х8' и 10Х Х10' распределение и приближается к куполообразному — максимум ! смещается на 3 — 7 баллов, а при облачности 0 и 10 баллов плотность распределения минимальна.
Средние значения й зимой на Европейской части СССР примерно в 2 раза больше, чем летом (осредненные по всем квадратам они равны 6,4 балла зимой и 3,1 балла летом). Зависимость й от размера квадрата слабая и неоднозначная (табл. 17.36). Сред- Таблица ! 7.36. Статистические характерискики количества облаков (баллы) е квадратические отклонения (О ) при оценке и по малым квадтам сравнимы с й.
С увеличением квадрата а„уменьшается. При решении задач динамики облаков, общей циркуляции атрсферы и климата Земли нередко возникает необходимость паметризации (сглаживания) функций распределения н с нощью некоторых аналитических выражений. Испытано несколько дов таких выражений: гамма-функция, степенная, экспонеициьная, Грамма — Шарлье. В лучшем согласии с эмпирическими Фг ., данными оказалась параметрнзация с помощью обобщенного лор;:.
гарифмически нормального распределения где т и о, — среднее значение и квадратическое отклонение переменной т, п — в баллах. Средние значения модуля разности Л=Г" — Г' между аппроксимированными (гл) с помощью формулы (7.1) и эмпирическими ,(Р',) значениями функции распределения во все сезоны года окааались близкими к 0,03. В 80 — 90 о!о случаев модуль разности Л не превышает 0,06, при этом равновероятны как положительные, ,.
так и отрицательные значения 4!з. ~ Корреляционные функции с целью исключения пространственной неоднородности и нестационарности построены для нормиро,'ванных на стандарт (О ) значений и, Результаты расчета осредьмеиных по кругам широт и меридианам коэффициентов корреля".ции (г) приведены в табл. 17.37. Видно, что корреляционная связь Между значениями п вдоль параллелей значительно теснее, чем . вдоль меридианов: коэффициенты г(х) на одинаковых расстояниях существенно больше г(у). В обоих полушариях корреляционные ФУнкции убывают с увеличением расстояния.
Однако в южном поз.з!УщаРии с Ростом х и У коэффиЦиенты г(х) Убывают меДленнее, аУ(у) †быстр, чем в северном. Объясняются эти закономерно,'вти преобладанием зональных переносов полей облачности над ме- "4!идиональными. Пространственные масштабы корреляции и зависимости й от х и у, близкой к экспоненциальной, г(х*) = ,37 и г(уа) =0,37) равны: ха =3500 км и уа =1400 км в север- Облака Облака, туманы и осадки 1тг в среднем за год Фазовое состояние облаков Расстояние. км т с кристаллическое смешанное каиельное !ОЗ!2 12 286 !! 317 8 450 5 890 48!4 3 592 2 435 1 395 687 309 93 2,3 5,! 10,9 21,5 37,4 48,1 68,9 79,6 86,6 93,2 93,6 !4,1 25,9 35,4 41,8 39,9 35,2 30,9 25,3 17,2 11,! 6,8 6,4 83,6 69,0 53,7 36,7 22,7 !6,8 !0,3 5,8 3,2 2,3 1,6 0,0 — 2 — б — !Π— 14 — 18 — 22 — 26 — 30 — 34 — 38 — 42 — 46 О...
— 8... — 12... — 1б... — 20... — 32... — Зб... Северное полушарие Южное полушарие г(х) 67 52 40 50 34 49 36 38 (у) 7! 4 — !9 — 3! — 39 — 37 — 25 8 Фазовое состояние облаков таблица !737. Осуедпепные коэффициенты коррелвцвв (ч,) нормированных средцвх месячных значений л вдоль параллелей — г(х) в мервднаяов — г(у). !97! †!975 гг. б55 ' 1110 ~ 1ббб ~ 2220 ) 2775 ) 8880 ! 5885 ~ 4440 ) 4805 ~ 5580 г(у) 8! 53 25 2 — !6 — 24 — 23 — 17 — 6 иом полушарии, х* =5000 км и у* =1!00 км — в южном.
Поскольку в южном полушарии зоиальиость полей выражена более сильно, чем в северном, то масштабы корреляции, характеризующие размеры облачных палей, удовлетворяют неравенствам: х* ( м < х' и у" >у*. Анализ пространственно-временных корреляционных функций показал, что по мере уменьшения временного периода осредиеиия ослабевает корреляционная связь между значениями и иа заданиом расстоянии и становится менее выраженной аиизотрапиость поля облачности, т.
е. уменьшается различие между «(х) и г(у). Облака, как и туманы, могут состоять из капель воды, кристаллов льда и пз смеси капель и кристаллов. Первые из иих называют капельиыми (или водяными), вторые — кристаллическими (или ледяиыми), третьи — смешанными. При положительных температурах воздуха возможны только капельиые облака. При отрицательиых температурах наблюдаются все три вида облаков, при этом капли находятся в переохлаждеииом (метастабильиам) состояиии. Процесс замерзаиия пх носит вероятностный характер, Как часто наблюдаются облака в различиом фазовом состояиии, показывает табл. 17.38. Согласно данным этой таблицы, включающей в общей сложности результаты 51580 наблюдений, переохлаждеиие — явление широко распростраиеппое, встречающееся вплоть до очень низких температур ( — 42'С). С пониже- !7 Таблица !7.38. Повторяемость (%) фазовых состояяцй облаков прв разных температурах пад территорией СССР иием температуры повторяемость капельиых облаков моиотоиио уменьшается, а кристаллических — растет: при температуре выше — 10'С повторяемость первых больше 50 %, вторых — меньше 10 %; при температуре ниже — 20'С соотношение обратное — повторяемость капельиых облаков меньше 20 070, а кристаллических— больше 50 %.
Если же, однако, учитывать жидкую фазу как в капельиых, так и в смешанных облаках, то вероятность ее достаточно высока: при температуре от 0 до — 10'С аиа превышает 85 %, от — 12 до — 22'С составляет 50 — 75 %, и даже в интервале от — 24 до — 34'С вероятность жидкой фазы достигает 20 — 40 %. Характер зависимости фазового состояния облаков от температуры сохраняется для отдельных сезонов и географических райоиов СССР.
Так, при температуре ат — 8 до — 10'С повторяемость капельиых облаков составляет 54,7 % летом и 55,3 % зимой, кристаллических — 10,4 % летом и 10,3 70 зимой; при температуре от — 20 до — 22'С капельные облака иаблюдаются в 11,7 % случаев летом и в 17,5 % случаев зимой, кристаллические — соответственно в 49,8 и 45,3 % случаев. Отметим, что число случаев с температурой от — 20 до — 22'С существенно различается летом (247) и зимой (2029). Естествеиио, чта такое различие могло повлиять иа результаты расчета повторяемостей. Температура воздуха — главный из факторов, определяющих фазовое состояние облачных частиц. Наиболее существенным среди других второстепенных факторов является форма облаков, связаниая в свою очередь с характером процессов образования облаков. В табл.
17.39 приведены данные о повторяемости капельиых и кристаллических облаков различных форм. Общая закоиомериость— монотонное уменьшение повторяемости капельиых облаков и уве- 32 Заказ № 2Ы 17 Облака, еумаиы и осадки Облака Температура, 'С Облака Кацельиые облака 95,5 94,8 90,6 64,9 66,9 88,6 85,4 81,1 47,9 43,4 5! 5с Ас Ав Хв 75,8 75,2 35,1 27,8 60,8 59,0 52,6 24,6 17,4 17,6 42,1 43,8 16,1 10,9 12,5 42,0 37,2 11,8 5,3 28,6 31,3 6,9 3,6 14,4 2,2 4,3 24,0 3,6 3,8 Кристаллические облака 37,5 17,5 13,9 58,0 63,6 0,1 0,4 0,9 10,0 5,8 0,6 1,1 2,3 13,7 13,5 8! Зс Ас Ав Хв 1,9 2,0 4,2 22,6 26,0 5,9 3,9 36,3 ' 40 5 23Д 9,5 12,3 49,5 54,7 72,7 100 20,2 35,0 75,2 83,5 77,9 82,4 40,0 15,3 67,0 72,3 Смешаккые облака 10,8 13,5 16,6 38,4 43,1 33,3 37,2 39,5 39.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
