Л.Т. Матвеев - Курс общей метеорологии. Физика атмосферы (1115251), страница 90
Текст из файла (страница 90)
е. ду/дг(0, а закрытые — в слоях с ду/дг)0. Так, по опытным данным, среднее значение ду/дг равнялось — 2,2 10-"С/ма в случае открытых и 0,2Х Х10 а'С/ма в случае закрытых ячеек. Этот вывод подтверждают наблюдения за географическим распределением облачных ячеек. Открытые ячейки образуются чаще всего над теплыми океаническими течениями в холодное полугодие, когда разность температур вода †возд (АТ) положительна и в среднем равна 3 — 4'С (в этих условиях у велико вблизи водной поверхности, а с высотой убывает, т.
е. ду/дг~О). Закрытые ячейки наиболее часто наблюдаются над холодными океаническими течениями, где ЬТ 0 и в среднем составляет около — 1'С. Это свойство ячеек можно использовать при анализе синоптической обстановки по спутниковым данным: районы, где наблюдаются открытые ячейки, заняты холодными воздушными массамп, перемещающимися над более теплой подстилающей поверхностью; там, где ячейки закрытые, располагаются теплые воздушные массы, движущиеся над более холодной поверхностью. Правильные конвективные ячейки, как следует из теории, образуются при слабом ветре (теоретически прн штиле).
Наблюдения показывают, что скорость ветра вблизи земной поверхности прн образовании ячеек не превышает 5 — 7 и/с. Отметим также, что, согласно теории и наблюдениям, наиболее благоприятные условия для возникновения устойчивых ячеек создаются в антициклонах, где мало значение так называемого абсолютного вихря.
Гряды конвективных облаков. В тех случаях, когда в конвективном слое скорость ветра резко изменяется с высотой (велик вертикальный градиент скорости ветра), отдельные ячейки объединяются в облачную гряду. В последней расстояние между облачными элементами вдоль гряды в несколько раз меньше, чем расстояние между соседними облачными грядами. Длина волны (ширина облачной гряды плюс безоблачное пространство) колеблется между 5 и 25 км над сушей (прн среднем значении 9,1 км) и между 6 и 50 км над океаном (при среднем значении 15,8 км). Толщина конвективного слоя, в верхней части которого образуются облачные гряды, в среднем равна 2,3 км и редко превышает 3,5 км; вертикальный градиент температуры в этом слое в среднем равен 089'С/100 м и убывает с высотой (ду/дг= — 1,3.!О ''С/м').
Над конвективным слоем располагается задерживающий слой (средняя толщина 0,76 км, у= — 0,36 'С/100 м) . Образование облачных гряд сопровождается повышенными скоростями ветра вблизи земной поверхности и в нижней тропо- 28 ааааа аа аа! Облака, туманм и осадки сфере. Скорость ветра растет с высотой во всем конвективном слое (среднее значение градиента диггдг=2,6 10 ' с '), направление же ветра изменяется мало (в среднем на 6,9'/км). Облачные гряды ориентированы по направлению ветра: разность между направлением ветра на уровне облаков и направлением гряды в среднем не превышает 2'. На более детальном анализе волновых движений атмосферы останавливаться не будем по той причине, что, согласно современным представлениям, основную роль в возникновении волнистообразных облаков играют турбулентный обмен, крупномасштабные вертикальные движения н радиационные эффекты, которые рассматриваются ниже.
Только после того, как под влиянием этих факторов воздух приблизился к состоянию насыщенна или образовалась облачность, волновые движения могут привести к появлению тех особенностей в структуре облаков (валы, плиты и др.), которые рассмотрены выше. 3 Динамика формирования слоистообразных облаков 17 Облака вуют малые значения Р' (мала разность у,— у и велико " а точки, лежащие над облаками,— в левой ве хне я) (большие значения Й1) Т ия 1 . аким образом, в облаках и по преобладает сильно развитый т б " .
литый тур улентный обмен. Над облаками, особенно такими, как Зс и 51, располагаются слои с уровнями турбулентной энер Э роль задерживающих слоев. ов играют * 7 ° С ° г уа у 0/700м г,о а г л б о 7 ай=у л .Г 3 з 00 Рассмотрим теорию образования и эволюции слоистообразных облаков, под которыми имеются в виду как собственно слоистообразные (в основном фронтальные Хз — Аз — Сз), так и плотные волнистообразные (Бс — 51 — Ас) облака. Общее для этих облаков состоит в том, что их горизонтальная протяженность в десятки и сотни раз превышает вертикальную. По этой причине основные факторы формирования слоистообразной облачности и, как следствие, исходные уравнения имеют одинаковый вид для облаков всех форм данной группы.
Различия же между многочисленными формами, видами и разновидностями слонстообразных облаков обусловлены вариациями основных физических параметров, от которых зависят условия формирования облачности. 3.1. Некоторые экспериментальные данные. Турбулентный обмен и вертикальные токи играют важную роль в формировании и эволюции облачности, в частности ее границ. Практика полетов И ОЦЕНКИ ЧИСЛа РИЧардСОНа К1 = (йг7Т)(у, — у)7рй ПОКаЗЫВаЮт, что в облаках наблюдается повышенный по сравнению с безоблачной атмосферой турбулентный обмен. На рис.
17.7 приведена зависимость разности уа — у от вертикального градиента вектора скорости ветра ~. Из этого графика следует, что при одном и том же значении у, — у в атмосфере могут наблюдаться самые различные значения р, а вместе с этим и параметра К1. Однако если произвести дифференциацию точек в зависимости от физического состояния атмосферы, то окажется, что основная масса точек, лежащих в облаках и под облаками, располагается в правой нижней части графика, которой соответст- 0 05 00 уг 70 го гй амуслоупгм Рис. 17.7.
Связь между разностью у — у и вер. тгзкатьиыч градиентом вектора скорости ветра р 7 — погранкчный слой. 7 — над тропопаузой, 3 — тропопауза, 4 — облака, 5 — пад облакаык, 5 — над облакзна, 7 — безоблачная тропасфера. Отметим, т етим, что слой атмосферы, расположенный под тропопаузой, и пограничный слой характеризуются, так же как и облака„ повышенными уровнями турбулентной энергии.
Это объясняется тем, что в таких слоях наблюдаются большие значения (1. Сведения о значениях у и параметра К1 в облаках различных форм, а также под и над облаками приведены в табл. 17.13 и 17.14. Э кспериментальные данные, полученные в полетах на специально оборудованном самолете — летающей лаборатории, также указывают на то, что образование облаков связано с развитием интенсивного турбулентного перемешивания, которое не может не приводить к существенному перераспределению тепла и влаги в атмосфере.
В летних экспедициях 1956 — 1956 гг., проведенных в Арктике и умеренных широтах, получен значительный экспериментальный материал по перегрузкам самолета, которые легли в основу расчета коэффициентов турбулентности и вертикальных пульсаций скорости воздушного потока в облаках.
В этих полетах на гори- 28а 'ь, 17 Облава 437 Ф Средние значения коэффициента турбулентности в облаках различных форм и повторяемость его в облаках и вне облаков приведены в табл. 17.15 и 17.16. Облава, тумаки в осадки Таблица 17ЛЗ. Средние знвчеыня т и параметра П! т'С!100 м Высота, м Таблица 17.15. Средние значения ковффяцнента турбтлеытыостн а х ь ч х ю о ь оо хо Облака х ь оо т хо о о о ха « с х нй ка Се»ок а меус Места к»блюае»»» Облака Умеренные ши- роты Зима Арктика Таблица ПЛ4. Повторяемость (ТО) параметра П! Чксло случаев таблица 17.16. повторяемость (07») значений новффицнемтв турбулеытности й (в скобках — число случаев) Слоя атмосферы 0 — 1 ! 1-2 2 — 3 а м'/» СлОи атмосферы с 10 ! 10 †( 20 — ЗО ! 30 — 40 ! 40-30 ! 30-бО ! 00-70 ~ 70- 30 ! >30 Умеренные широты, зима В облаках Вне облаков 2,1 (!) 13,0 28,4 26,2 (6) (13) (!2) 9,6 7,7 1,9 (5) (4) (1) 2,! (1) 15,4 (8) 13,0 (6) 1,9 (1) 6,5 (3) 5,8 (3) 8,7 (4) 3,8 (2) !562 10 51 24 Среднее 53,9 (28) зонтальных площадках (продолжительностью 3 — 5 мин), на которых производилась запись перегрузок, летчик не вмешивался в управление самолетом, т.
е. последний совершал свободный полет. Расчет коэффициента турбулентности А и вертикальной скорости ж' выполнялся по формулам 25 рктнка лето Под облаками В облаках Над облаками 1,0 (1) 1,3 (1) 1,3 (1) (3.1.1) Согласно данным табл. 17.!5, средние значения Ь в облаках (преимущественно слоистообразных) заключены в интервале 26— 66 мз/с. Наибольшая повторяемость, по данным табл. 17.16, в облаках умеренных широт приходится на более высокие значения (40 — 50 мз/с), чем вне облаков (10 — 20 мзус). В Арктике, где измерения производились в основном в подынверсиониых слоистых и слоисто-кучевых облаках, такое существенное различие в турбулентном режиме облаков и внеоблачного пространства не отмечается: максимум повторяемости приходится на один и тот же ин- П1 = — ЛП, ь о об (3.1.2) где Ау! — перегрузка самолета; т — среднее (на горизонтальной площадке) время сохранения перегрузки одного знака; ос в воздушная скорость самолета; 6 =р/рб — относительная плотность; Ь вЂ” коэффициент, зависящий от летно-технических данных самолета (для самолетов Ил-14, Ил-12 и Ли-2 значения Ь соответственно равны 615, 553 и 340 мхов) .
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
