Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы (1115251), страница 87
Текст из файла (страница 87)
Так, за четы — гг.) в 10 пунктах США было отмечено 2013 случаев ты"е года проникновения вершин в нижнюю стратосферу. Наиболее часто в емени, О нак это явление наблюдается весной и летом от 14 21 ° до ч местного времени, днако непосредственно над развивающимся СЪ т опо- пачза и ипо пима у р д ется и располагается на несколько десятков тропо- 27 Закат Ы бв 17 Облака ав Облака, туманы н нсалкн шин СЬ.
Это явление служит дополнительным оюп зы пределяется ы~сны~- ностью турбулентного обмена в р ф в т опосфере: чем олее он тем до большей высоты соты наблюдается падение температур выше тропопауза. б го неба, выполненных в летние По данным 490 сьемок о месяцы в ра оне оскв й М сквы, рассчитаны повторяемости ( ) разл ного количества (и) кучевых облаков; 3 4 5 6 7 8 9 20 16 13 9 6 5 Р % . .. . . 3 12 15 м анным, наиболее часто наблюдаются кучевые В 80 о/ случаев количество облака в количестве от 3 до 5 баллов.
о облаков не превышает 6 баллов. Анализ наблюд еннй за потоками прямой и ряемости плотной (Р л) й б а к пол чить сведения о повторяем ) и п остранственном (1а) масштабах з ачной (Р ) чаете кучевых рактерных временном (то) и простран кучевых облаков; 5 6 7 8 9 22 31 40 58 84 Р %.... 0 5 12 7 27 22 11 Р % .
. . 18 24 24 29 27 460 320 360 410 380 4 4 4 9 4 6 5 0 14 0 1а км.... 1,1 28 е ет, что при любом значении л Из приведенных данных следу ол п оз ачные части, где по токи пряучевые облака содержат полу р р От Н ЛЯ. СУММа обл= пл ° р ) — ю~жытв обла ов ф б ного свода. Характерный вы азить также в процентах — ко определенному ф р ф по фотог афиям не есного увеличивается с ростом п. а Ук анной (в течение 56 дней) расоблаков, как правило, уве По данным наблюдений над краиной описывается пределение водности кучевых облаков с высотой функцией вида ("(( — о' — =6*/6*, г — высота над основанием облак, блака, Н— где ь = я/Н, т) =, г — в максимум повторяемости ее приходите тся на толщина облака (максимум ие водности, которое дости- 1800 м), 00 ), 6н — максимальйое значение во водность облака обращается — па аметры.
фр у о убывает бращ ясь второй раз в нуль на в на верхней границе облака (ь= 1). ' Это такая водность, ко русо првобретает влажный н ("27* воздух прн его аднабатнческом подь. еме. Анализ 79 случаев распределения водности показал, что среднее значение Го= 0,83~ 0,1 и что в 75% случаев ьо)0,8. Это означает, что максимум водности в кучевых облаках находится вблизи их вершины. Наиболее часто встречающиеся (модальные) значения па= 2,8 и р = 0,38. Максимальная (по высоте) водность 6' зависит от толщины Н и температуры Т, на нижней границе облака: с ростом той н другой величины значение 6' увеличивается (рис.
17.5). Скорость нарастания водности с высотой заметно отличается от градиента адиабатической водности ' лишь в ннж. он г)м ней части облака (примерио до ~=0,4; 5,5 в основной же его части (от ~=0,4 до ~=0,8) градиент 6' совпадает с градиентом адиабатической водности. На основе этих данных можно заключить, что наиболее сутцествениую 2 15 роль играет перемешивание (вовлече- йо ние) по вертикали, которое в копеек- т тивных облаках сильно развито: коэффициент турбулентности в них, пс б некоторым оценкам, достигает 300— 500 ма/с, иногда 1000 — 1500 ма/с.
Рнс. 17.5. Зависимость макси- Суточный ход конвективных обла- мальной (по высоте) водности ков. Приток солнечной радиации б" кучевых облаков от толв дневное время суток способствует пьяны О н температуры т,,„ увеличению неустойчивости призем- на нижней гранада облака. ного слоя, и, как следствие, развитию конвсктивных движений воздуха, сопровождающихся, в свою очередь, образованием конвективных облаков. По этой причине в дневную половину суток повторяемость конвективных облаков больше, чем в ночную. В табл. 17.8 н 17.9 представлены (по А. П, Чуваеву) результаты анализа наблюдений за конвективными облаками на нескольких станциях равнинной (Курск, Харьков, Донецк, Ростов-на-Дону и Актюбинск) и горной (Минеральные воды и Тбилиси) местности.
Согласно этим данным, вероятность образования кучевых облаков (Сц) с 9 до 19 ч во много раз больше, чем в оставшуюся часть суток: на равнинной местности на 9 — 19 ч приходится 96,7 %, в горной — 84,8% всех наблюдавшихся кучевых облаков с максимумом повторяемости в 13 — 14 ч. Однако суточный ход мощных кучевых (Сп сопд.) и тем бо- лее кучево-дождевых (СЬ) облаков выражен не так отчетливо, 17 Облава Облака, туманы н ееаякн Время, ч 9 ~ 3 4 Облака 8 9 б б 7 О,О 0,1 0,2 1,6 1 1,6 1,7 2,! ~ 2,1 2,1 4,3 9,2 2,9 4,9 2,9 3,6 0,2 0,4 1,6 1,6 2,0 2,0 0,5 1,6» 1,9 О,О 1,7 2,0 5 123 10 799 6 405 С» Сп сопб. СЬ Время, ч Облака зб 19 1З 1б 18 О,! 1,9 2,3 О,! 2,1 2,6 0,2 2,9 3,1 0,2 3,8 4,! 0,6 4,5 4,9 1,4 5,2 5,6 6,8 7,3 7,5 10,6 8,9 8,6 !3,8 9,9 3,5 6,6 6,5 15,6 15,8 8,3 9,3 7,2 8,3 !3,6 6,7 5Д Сп См сопя, СЬ Время, ч Облака 7 8 5,7 2,7 2,5 8,6 3',2 2,6 2,5 2,5 2,6 2,4 2,8 2,7 3,7 2,4 2,8 2,5 2,7 2,7 1,4 3,1 3,2 1,3 3,0 3,4 0,5 2,8 2,9 0,5 2,7 2,9 0,4 3,! 3,2 1907 6922 4024 Сп Сп пппб.
СЬ 7%...75 Р%...100 60 — 74 88 55 — 59 7! 30 — 44 30 ч.29 !7 Таблица 17.8. Повторвемоеть (%) коявективкых облаков рпвииииой местиостп Таблица 17.9. Повторяемость (е(т) коивективных облаков в горной местности как кучевых. В самом деле, повторяемость Сп сопд. и СЬ в ночные часы вполне сравнима (особенно в горной местности) с повторяемостью в дневные. В часть суток 9 — 19 ч повторяемость Сц сопд. и СЬ уже значительно меньше, чем кучевых: она составляет соответственно 70,9 и 66,8% в равнинной, 54,7 и 50,9% в горной местности. Максимумы повторяемости Сп сопд. и СЬ наступают несколько позже, чем Сн: они приходятся на 14 — 16 ч в равнинной и на 17 — 19 ч в горной местности. Достаточно высокая повторяемость Сп сопя. и СЬ в ночное время указывает на то, что в образовании конвективных облаков существенную роль играет не только перегрев отдельных участков земной поверхности под влиянием притока солнечной радиации, но и другие факторы. Одним из таких факторов служит увеличение неустойчивости нижней тропосферы под влиянием крупномасштабных вертикальных движений воздуха в областях пониженного давления (см.
главу 20). 1.6. Вовлечение. В основе развитой в термодинамике атмосферы (см. главу 4) модели вертикального движения частиц воздуха, сопровождающегося образованием конвективных облаков, лежит представление об отсутствии тепло- и массообмена частицы с окружающей ее воздушной средой. В реальных условиях атмосферы частицы воздуха нельзя считать адиабатически изолированными от среды: между ними и окружающей средой происходит обмен массой, теплом, количеством движения, влагой и др. Об этом свидетельствуют прежде всего некоторые опытные данные.
Согласно измерениям, фактическая разность температур воздуха внутри конвективных струй и термиков и вне их примерно на порядок меньше рассчитанной по адиабатической модели: по экспериментальным данным — де. сятые доли градуса, расчетные значения — несколько градусов, Верхняя граница га конвективных облаков располагается, как правило, значительно ниже уровня свободной конвекции г„„ определенного по пересечению кривой стратификации с адиабатической кривой состояния (средняя разность г „,— яетЗ км).
Различие между зн и г„н, тем больше, чем меньше относительная влажность воздуха, в котором развиваются облака. Так, по наблюдениям в США при разности температур на уровне 500 гПа между кривыми состояния и стратификации в 5 — 8'С повторяемость ливневых осадков (Р) при различной относительной влажности имела следующие значения: Вероятность выпадения осадков тем больше, чем выше расположена верхняя граница конвективного облака. По наблюдениям в Советском Союзе установлено заметное уменьшение повторяемости гроз по мере роста дефицита точки росы на уровне 500 гПа, а также снижение вершин облаков при увеличении суммарного дефицита точки росы на уровнях 850, 700 и 500 гПа.
Эти и некоторые другие опытные данные можно объяснить, если принять во внимание массо- и теплообмен между конвективными элементами и окружающим воздухом. Этот процесс обмена (взаимодействия) конвективных термиков с окружающей средой принято называть вовлечением. Под влиянием вовлечения адиабатнческая кривая состояния смещается в сторону кривой стра- 17 06ВВВВ, тУ»ВВ» В ОСВВВВ ОВВВВВ (1.6.1) где а= 0,20 —:0,25 независимо от знака ускорения термика, Дев радиус термика на исходном уровне (при г = О). Введем понятие показателя вовлечения а, являющегося мерой интенсивности вовлечения. Пусть при перемещении термнка массой т с уровня г на г+дг его масса увеличилась иа е(т за счет присоединения (вовлечения) окружающего воздуха.
Показатель вовлечения, согласно определению, представляет собой массу вовлеченного (присоединениого) воздуха, отнесенную к единице массы термика и единице высоты; а = — —. 1 в'7В т аг (1.6.2) Теория и опытные данные показывают, что показатель вовлечения для термиков в форме струй и пузырей определяется формулой а =С/н7, (1.6.3) где )г — радиус поперечного сечения струи или радиус пузыря, С вЂ” безразмерный коэффициент. тификации, при этом смещение тем больше, чем ниже относительная влажность окружающего воздуха. Впервые на роль вовлечения в развитии конвекцин в форме струи (трубы) указал русский ученый И, И.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
