Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 86

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 86)

11.6.4. Град Бержерон и Финдайзсн предложили модель, объясняющую, каким образом в облаках с переохлаждсппыми каплямн образуются выпадавшие ледяпыс кристаллы. Этот механизм хорошо иллюстрируется рассмотренными в нредыдушем разделе осадками из облачного слоя Есливсе частицы заморожены (например, при температуре ниже — 40'С), то они будут оставаться маленькими. Перистые облака, образовавшиеся таким образом, проявляют слабую тенденцию к осадкам, возможно, связанную с небольшим ростом замороженных частиц в перенасыщенном воздухе.

К другим крайним случаям относятся хлопьевидные и башнеобразные облака (рис. 11.5.12), которые быстро испаряются, так как окружающий воздух очень сух и оказывается слишком теплым (например, в диапазоне температур от — 5 до — 20'С) для интенсивного оледенения, При промежуточных температурах (от — 25 до — 35'С) могут иметь место различные степени частичного оледенения, когда вследствие достаточно быстрого роста выпадает некоторое количество ледяных частиц, Остальные частицы испаряются благодаря наличию льда в их окрестности (на вершине облака) или в атмосфере ненасышепного воздуха (на краях облаков).

Более наглядный пример дает поведение слоя перенасыщенного облака, когда оледенение инициируется в одной или двух точках, а температура слишком высока (скажем, — 20'С) для спонтанного оледенения существующих мелких частиц.

Оледенение может начаться с какого-либо кристалла, выпавшего нз ледяного облака с более высокого уровня или образовавшегося при пролетании самолета. В этом случае некоторые находящиеся по соседству капли могут замерзнуть, а и следе за самолетом могут образоваться рассеянные замерзшие частицы. Иногда оледенение вызывают искусственно, рассеивая в облачном слое частицы сухого льда или йодистого серебра, Твердый СО, сублимирует при температуре — 72'С, так что его частицы в течение некоторого первоначального периода времени имеют температуру ниже — 40'С. Частицы вначале замерзают снаружи, а затем, замерзая изнутри н соответственно расширяясь, распадаются, вследствие чего оледенение распространяется, Замерзание приводит также к выделению скрытого тепла и тем самым способствует перемешиванию, которое рассеивает замерзшие частицы в окружающем неоледспсвшем облаке.

В резучьтате область оледенения растет и образуется окно осадков, показанное ОБЛАКА И ОСАДКИ Рис 11.6.8. Окно осадков в снос облаков, сосгоягппх из псреохлаждеииых капель, вызваппое местным оледеиеиием. Пока ириста.ззы льлв находится в облаке, гле воздух насыщен парами яоды. они растут н поэтому выпадают, ио обычно в бсьтсс сухом воздухе внизу онн нспарнются (фотогра- фия Сануьаьсоиа!.

Рис. 116З. Сечение приближагопгегосн теплого фронта. Облака лождсвого слоя и полосы перистых облаков, часто с нолосзмн осадков, орнентиронаяными по сдвигу потока. Паже фронтальной зоны ив-зв оседания облака испаряя гся. ГЛАВА Н 474 на рис. 11.6.8. Общее количество осадков в таких случаях невелико, так как они выпадают из тонкого слоя; тем не менее наглядной картиной этого явления часто злоупотребляют в дискуссиях, используя как аргумент в пользу программ по управлению выпадением осадков.

Такие искусственно вызванные осадки обычно испаряются, не достигнув земли. Перистые облака, которые могут быть видны вблизи струйного течения перед перемещающимся теплым фронтом (рис. 1!.6.9), образуют параллельные полосы очень большой длины благодаря большой горизонтальной и вертикальной протяженности области пересыщенного воздуха в этом случае. Характеристики развития шторма в это время можно наблюдать на небе непосредственно.

Ориентацию фронта можно определить по длинным полосам слоистых облаков, быстро перемещающихся в продольном направлении благодаря термическому ветру. Воздух па высоких уровнях движется вверх и наружу из области шторма; на нижних уровнях он движется вниз и внутрь Рис. 11.6.10. Приближающийся циклон. В нершвве системы — валки нернстых облакоц лвяжущнхся в продольном яаправаенна с северо-лапала в струйном течении. Прямая цнркулвцня (см. равд.

4.8) ставовнтсв вндпмой благоларя полосам осадков, направлеаным вмутрь янююна к теплому воздуху. Волнистые облака в средне» слое появнлнсь, вероятно. нв-аа воарастання скорастн ветра С высотой. Дымовые шлейфы укааывают на то. что ветер в нижнем слое лует с юговостока, см. рвс. 4.8.3 (фотография Лаллема).

ОБЛАКА И ОСАДКИ области шторма, уменьшая тем самым величину облачности в нижнем н среднем ярусах и увеличивая количество перистых облаков. Полосы выпадения осадков лежат поперек полос облаков, что указывает яа прямую циркуляцию; в противном случае можно ожидать, что фронт менее активен, и ветер с дождем утихнут. Эту картину описал Бьюси; рис. 11.6,10 иллюстрирует эту ситуацию.

11.7. Разнообразные облачные формы Для более полного рассмотрения этого вопроса читатель может обратиться к книге автора С1опс)з о1 11>е 1Уог!б. Здесь мы сосредоточим свое внимание в первую очередь на нескольких механизмах, которые в зависимости от обстоятельств могут вызвать образование громадного количества различных облачных форм.

Облака плохой погоды являются разорванными облаками: в дождливую погоду они лежат ниже среднего положения основания облаков. Они образуются при подъеме тсрмика в атмосфере, в которую испаряется дождевая вода и вода с влажной земли. Уровень конденсации в атмосфере при этом понижается. Талан при испирении образуется, когда холодный воздух проходит над теплой водой; он часго виден осенью пад теплыми промышленными стоками. Это те жс облака пара, какие возникают в ванной комнате; они образуются персмешиванпсм насыщенного воздуха над водной поверхностщо с более холодным воздухом, находящимся выше, как и в самолетном следе.

Облачному слою несвойственно оставаться бесформенным в течение очень долгого времени. Верхняя часть слоя теряет тепло вследствие непрерывного излучения в пространство (если над ннм пот другого слоя, излучающего вниз в соответствии со своей температурой). Следовательно, конвекцня с верхней поверхности вниз происходит непрерывно, и слои облака и тумана имеют ячеистую структуру в безветренных условиях. Это особенно ярко проявляется для тумана над морем, который нельзя просто объяснить влияю>ем холодного моря.

Туман над морем в действительности все время им греется, даже в областях с низкой температурой воды. Во многих случаях туман вначале оГ>разуется над сушей п сносится на море, где возникает устойчивое состояние с восходящим потоком тепла. В тумане над сушей реже наблюдается ячеистая структура, так как земля часто выхолаживается ночью до низкой температуры, прежде чем появляется туман. Хотя ячейки могут быть видны в структуре эгих глава и 476 тонких слоев облаков, пиркуляпню в ячейках обнаружить трудно, так как она очень слаба.

Намного быстрее образуются волнистые облака, которые делают видимыми движения, описанные в гл. 6, не оказывая на эти движения существенного влияния. Силы плавучести, возникающие благодаря конденсации, слишком малы, чтобы повлиять па это движспнс, которое уже имест большую завихренность, а излучение дли~ся чересчур долго, чтобы возникли заметные температурные аномалии.

Очертания облаков в валах зависят от их положения в системе движения. Различные возможности иллюстрирует рис. 11.7,1. Не все эти формы наблюдаются одно- Рис. 11.7.1. Различные формы облаков, которые могут появиться ири движе- нии валов (запер»»сивые области), Послелователы»ое развитие валов показано в направлении слева направо.

Вйльюая честь разповнлиостей имеет карактср, типичный для волн, т. е, отдельные ларал»ел ные элсмгиты ра»мещеиы регулярна по отиоюсиию друг к другу. Однако слслующие лвнжекия ва,юв могут образовать отдельные пгрекрываюыаеся структуры, носко»ьку ороснтапня послелующн» движений может отличаться от прслыдущей 1рис 1».»21. временно, и, так как система постоянно развивается, многие формы неустойчивы. Если, как обычно бывает, валы образуются в волне 1см. разд.

6.3), развитие копвективного нерсмешивания может быть остановлено, когда воздух проходит гребень волны, и возникает завнхрсппость другого знака. Таким образом, разпообразныс облачные завихрения, возникающие на ранних стадиях развития волнового движения, могут сохраняться, не переходя в более поздние стадии (рис.

11.7.2), Так как облака отражают перераспределение влажности,они могут оставаться устойчивой системой, если существует испарение за счет оседания, как это обычно происходит с подветренной стороны волны. Таким образом, срывные завихрения пли ячейки появятся уже сформированными па наветренной стороне обл а к а и а следующей вол не. Устойчивая система может сохраняться очень долго н появиться па следующий день, когда облака на фронте перестроились. Очень часто облачпый1 слой при первом появлении па теплом фронте имеет ячеистую структуру, нричсм ячейки пмсзот размеры много большие, чем можно было бы ожидать прп данной толщине слоя.

Это означает, что данное вертикальное рас- Рис. 11.72. Наложение валов различной ориснтации н длины я облачном сзос с тонкими кучевыми обзакамн, возниксиими ислсдствие статичсской неустойчивости, вызванной потерями текла на излучснис или подъемом слоя. ГЛАВА 11 47З пределение влажности обусловлено конвекцией, имевшей место за много часов до этого. Волнистая облачность может состоять из сглаженных чечевицеобразных облаков, возникших, когда резкая верхушка хорошо перемешанного слоя, который был верхней гранипей конвекции, в некоторых местах поднимается выше своего уровня конденсации. Основание облака в этом случае бывает горизонтальным, в то время как валы образуются иногда на его верхней поверхности.

Характеристики

Список файлов книги