Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы (1115251), страница 83
Текст из файла (страница 83)
Облачные (конденсационные) следы. Остановимся на условиях образования облачных следов за самолетами (преиму!цественно реактивными). Параметр В = р /3з//з Т (где Лз = за — зь /хТ = = Т, — Т| ) в том случае, когда рассматриваются облачные следы, зависит в основном от давления воздуха р, поскольку второй множитель бз//зТ зависит лишь от тепло- и влаготворной способности топлива ', сжигаемого в двигателе самолета, и для данного типа двигателя — величина практически постоянная (по оценкам различных авторов отношение Туз/ЬТ изменяется в узких пределах: от 0,030 10-' до 0,045 10-' К-'). Если теперь соотношение (4.6) записать в виде з (Т, р) = =(В,Тз//,).
(Лз/бТ) и это выражение вставить в формулу (4.13), положив в ней б= О, то получим (7ь Р)=[ 5 — (7 — Т~)1 (4. 18) . В Облака, тумккы и осадки Таблица 16.15. Наибольшие значения температуры Т,' и массовой доли пара и (Т~', р) в зависимости от давления р и относительной влаулиости й к р гпа ~во ) вв ! вв ~ Во ~ 70 1 бо ~ вв ( со ~ зо Температура, 7; сС вЂ” 38,1 — 38,6 — 40,5 — 41,1 — 44,0 — 44,6 — 49,2 — 49,8 — 53,! — 53,6 — 39,! — 41,6 — 45,! — 50,2 — 54,2 — 3?,4 — 40,0 — 43. 4 — 48,6 — 52,6 — 36,5 — 39,! — 42,6 — 47,7 — 51,8 — 35,5 — 38,0 — 41,6 — 46,8 — п0,9 — 34,2 — 36,7 — 40,2 — 43,4 — 49,5 — 29,6 — 32,3 — 36,2 — 41,8 — 46,2 — ЗЗ,Π— 35,5 — 39,! — 44,4 — 48,4 900 700 500 300 200 Массовая даля пара, л (?~к, р) 3)и 900 700 500 300 200 0,36 0.35 0,34 0,32 0,30 0,26 0,26 0,25 0,25 0,24 0,23 0,23 0,22 0,22 0,22 О,!7 О,!6 0,16 0,16 0,15 О,!8 О,!8 0,18 0,17 О,!? О,!6 О,!6 0,15 О,!а О,!4 0,15 0,15 О,!4 О,!4 О,!3 0,20 0,20 0,20 О,!9 О,!9 О,!4 О,!4 0,14 0,13 0,12 Таким образом, кривые зависимости Т* от р при ?7 = сопя! могут с достаточной для практики точностью заменены изолиниями з (Т*„р)=сонэ(, нанесенными на бланки аэрологической диаграммы (или любого другого графика аналогичного назначения).
Значения постоянной с*, определяющие условия образования облачных следов за самолетами, длЯ Различных ?ь согласно табл. 16.15, следующие: 34 .. 100 95 90 80 70 60 50 40 30 с* с/оо, О,ЗЗ 0,25 0,22 0,19 0,17 О,!6 0,15 О,!3 0,12 мальна) — функция только давления воздуха р, то последнее соотношение позволяет при заданных р и ?7 определить температуру (Т*, ) атмосферного воздуха на уровне полета, при которой поступивший из двигателя водяной пар достигнет состояния насыщения, Результаты расчета Т*, и з (Т,", р) при Ьз)ЬТ= = 0,0336 10-з К вЂ” ' представлены в табл. !6.15.
Из этой таблицы следует, что при фиксированной относительной влажности (?7) воздуха на уровне полета вдоль кривой, представляющей зависимость Т; от р, массовая доля насыщенного водяного пара з (Т,*, р) практически сохраняет постоянное значение (особенно в слое от 500 до 200 гПа, где чаще всего образуются следы), т. е.
зш(Т', р) =си =сопз1. 16 Тумквы 399 (4.20) Для определения слоя атмосферы, в котором образуется об. лачный след, необходимо нанести (по данным зондирования) на бланк аэрологической диаграммы кривую стратификации. След образуется в том слое, в котором температура воздуха Т, меньше Т*, т. е. там, где кривая стратификации располагается левееизог' е граммы с приведенным выше значением с (при данном 77).
Поскольку значения температуры воздуха ниже значений Т;, приведенных в табл, 16.15, наблюдаются (особенно в теплую половину года) преимущественно в средней и верхней тропосфере, то именно здесь чаще всего и образуются конденсациониые следы. Однако зимой при сильных морозах следы за самолетом (равно как и за автомашинами) образуются н на меньших высотах (в том числе вблизи земной поверхности).
Все предыдущие рассуждения и расчеты выполнены в предположении, что относительная влажность !1 определена по отношению к воде (как это и принято на практике). Поскольку при низких температурах капли воды (первоначально образовавшиеся в следе) быстро замерзают и след состоит из кристаллов льда, то он может существовать длительное время при относительной влажности меньше 100%.
Чаще всего устойчивые следы наблюдаются тогда, когда воздух насыщен по отношению ко льду. Это означает, что прн обычно наблюдаемых температурах образования следов (от — 40 до — 50'С) относительная влажность 77 составляет 60 — 70 %, в качестве же критической изограммы (с*), левее которой должна располагаться кривая стратификации на диаграмме, следует брать 0,16 — 0,17 в)вв. Конденсационные следы под влиянием турбулентного обмена, а при пересьпцении водяного пара по отношению ко льду также и за счет дополнительной сублимации атмосферного водяного пара со временем увеличиваются в размерах и нередко превращаются в достаточно плотные перистые облака (особенно в тех случаях, когда на небосводе наблюдается несколько следов). Об эффекте тепла конденсации. В заключение оценим влияние тепла конденсации на водность и температуру тумана (облака или следа), образующегося в результате смешения масс воздуха.
Пусть вследствие выделившегося тепла конденсации температура воздуха (Т) в зоне смешения повысилась на с(Т. Массовая доля (й ) насыщенного водяного пара увеличится при этом на г(з и будет равна я +с(з . Удельную водность (бк) тумана с учетом эффекта конденсации найдем пз соотношения б„= з — (з + сЬ,„).
Повышение температуры на с)Т вызвано конденсацией б„водяного пара в 1 кг воздуха. Поскольку конденсация происходит на фиксированном уровне (прн постоянном давлении), то ?.Ок=срс!Т нли й(з — з~) — Ест=ряс)Т. 40/ Облака, тумаки к осадка Обаака Разность з — з, согласно формуле (4.3), представляет собой удельную водность облака (6) без учета тепла конденсации. Из соотношений (4.20) следует выражение .рот еа +,нт (4.2!) которое, с учетом уравнения Клаузиуса — Клапейрона, принимает вид бк / 0 622Ез Е ) 1 5 ~ + с р тгтз (4.22) Результаты табулирования этого соотношения представлены в табл. 16.16, из которой следует, что эффект конденсации значителен при положительных и не очень низких отрицательных температурах (6к/6(0,6).
Следует обратить внимание на существенное уменьшение отношения 6„/6 при фиксированной температуре (т. е. В) с увеличением высоты. Таблица !бдб. Значения отношения ба/б р гпа В гиа/К ЗОЗ !000 О, 001 0,01 0,03 0,05 0,075 0,1 0,15 0,25 0,5 0,7 0,9 1,1 1,3 1,5 1,00 0,97 0,93 0,89 0,84 0,80 0,73 0,62 0,45 0,37 0,31 0,27 0,24 0,22 0,15 1,00 0,97 0,92 0,87 0,82 0,77 0,69 0,58 0,4! 0,33 0,28 0,24 0,21 О,!9 0,13 1,00 0,96 0,90 0,84 0,79 0,74 0,65 0,54 0,35 0,29 0,24 0,2! 0,18 0,16 0,11 0,99 0,95 0,87 0,80 0,72 0,66 0,57 0,4о 0,29 0,23 0,19 0,16 0,14 0,12 0,08 0,99 0,92 0,80 0,70 0,61 0,54 0,44 0,33 .0,20 0,15 0,12 0,10 0,09 0,08 0,05 0,97 0,79 0,57 0,44 0,35 0,28 0,21 0,14 0,07 0,05 0,04 0,04 0,03 0,03 0,02 Глава 17 Облака Облака представляют собой одно из интереснейших явлений природы.
Среди тех величин и явлений, которые объединяются понятием «погода», облакам и связанным с ними осадкам принадлежит определяющая роль. Изменяя тепловой и радиационный режим атмосферы, облака оказывают большое влияние на многие стороны деятельности человека (прежде всего в сфере сельскохозяйственного производ!- ства), а также на растительный и животный мир Земли.
Велика $, зависимость от облаков, туманов и осадков различных видов ф' транспорта, в первую очередь авиации. Несмотря на развитие авиационной техники и оснащение самолетов и аэродромов современными приборами и оборудованием, облака и туманы остаются до настоящего времени такими явле- У пнями, которые наиболее существенно влияют на взлет, посадку !!з и полет самолета, на деятельность авиации в целом. Проводить полет в облаках значительно сложнее, чем вне облаков, вследствие: а) сильного ухудшения видимости; б) наличия обледенения (при отрицательных температурах); в) более сильно развитого турбулентного обмена, вызывающего болтанку самолетов. Нижняя граница облаков и дальность видимости определяют тот минимум погодных условий, при которых возможны взлет и посадка самолетов. С облаками связаны грозы — наиболее опасное для авиации метеорологическое явление.
Облаком называют видимую совокупность взвешенных капель воды и кристаллов льда, находящихся на некоторой высоте над земной поверхностью. С точки зрения микрофизического строения принципиальной разницы между облаками и туманами нет. Однако между ними наблюдается существенное различие в условиях образования, вертикальной протяженности и т. п.
Облака, как и туманы, возникают в результате конденсации и сублимации водяного пара в атмосфере. Конденсацию водяного пара и облакообразование вызывают те же процессы, которые приводят к возникновению туманов. Облака образуются или вследствие увеличения общего влагосодержания, или в результате понижения температуры воздуха. В реальных условиях играют роль оба фактора. В свободной атмосфере (вне прнземного слоя) !р важнейшими процессами, которые приводят к понижению темпераз туры и облакообразованию, являются подъем (восходящее дви- 26 Заказ Уа зм Облака Облака, туиаим и ослики хкм !О 1 Конвективные вертикальные движения. Кучевообразные (конвектнвные) облака Рис.
17.1. Схема кучево- ложлевото облака. ! — каиили стратификации, ! — крииак состоикии. ' Морфологическая классификация кратко рассмотрена в и. 3 главы 2. жение) воздуха и адвекция. Понижение температуры могут вызывать также излучение и турбулентное перемешивание (вертикальное н горизонтальное). В исследованиях по динамике атмосферы выявлено, что облачность оказывает влияние (его можно назвать обратным) на поле движения (динамику) атмосферь1, в первую очередь на поле вертикальных скоростей, и что учет облачности в численных схемах прогноза повышает оправдываемость его.
Велика роль облаков в формировании и колебаниях климата Земли. В зависимости от горизонтальных размеров областей, охваченных вертикальными движениями, а также физических процессов образуются различные по внешнему виду и внутреннему строению облака. Различают кучевообразные (конвективные), волнистообразныв и слоистообразные облака. Такое подразделение облаков хотя и основано в первую очередь на внешнем виде их, однако этот принцип отражает и особенности физических процессов образования облаков (связанных прежде всего с видом и масштабом вертикальных движений воздуха).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
