Р. Скорер - Аэрогидродинамика окружающей среды (1115254), страница 87

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

Текст из файла (страница 87)

С другой стороны, валы могут быть видны снизу просто благодаря нескольким просветам в волновой ложбине облачного слоя. Если слой образовался за счет распространения облачной вершины в инверсию, основание может быть точно определено разрывом влажности и, следовательно, может иметь волновую форму. Волны часто оказывают одинаковое влияние как на поднимаюшийся, так и на оседаюший слой.

Таким образом, башне- образные облака могут возникать вследствие волновых движений и распространяться по линии вдоль потока от точки, в которой происходит конденсация. С другой стороны, прп меньшей неустойчивости облако может приобрести ячеистую структуру, которая размывается в подветренной части вала и снова появляется в наветренной части слсдуюшего вала. Волны могут существовать вплоть до очень больших высот„ на которых температура может быть ниже — 40'С и капли замерзают почти немедленно. Если воздух остается выше уровня испарения для льда, перистые облака могут растягиваться па много километров в направлении ветра; это орографические перистые облака. Такие облака имеют много общего со шлейфами от ледяных облаков с наковальнями при конвекции пад островом в океане или над изолированной горой в сухой местности. Источник термиков известен, но часто ветер внизу небольшой, а на уровне перистых облаков он может быть сильным и непрерывно уносит прочь вновь образующиеся облака с наковальнями.

11.8. Свободно развивающиеся штормы Воздушная масса, в которой может начаться ливень, часто вблизи земли содержит теплый влажный воздух, а выше — значительно более сухой. Изолированные термики, растушие в сухом слое, быстро испаряются. Крупных облаков с длительностью сушествовапия, достаточно большой, чтобы возник дождь, не образуется, особенно если имеется сдвиг ветра. Сдвиг ветра благодаря испарению облаков преврашает увлажненные башни воздуха в тонкие слои (рис. 11.5.7), в которых испарение подни. ОБЛАКА И ОСАДКИ ма1ощихся облачных терников несколько уменьшается (Ладлэм, 1966). Вследствие о.тсденения сильно уменьшается испарение, которое, возможно, является более важным фактором, чем выделение скрытого тепла в количестве 80 кал/г.

Прежде чем произойдет испарение, оледенение по механизму Бержерона — Финдайзсна вызывает начало выпадения осадков, поэтому последующее выделение скрытой теплоты конденсации произойдет, когда осадки выпадут в виде жидкости. Дальнейшее, очень упрощенное описание основывается на работе Ладлэма (1963), цити- Лифта в*т олттттиыь ьитарма Рис. 11.8.!. Сечение переыещающегоси ливневого облака, показывающее свой- ства, существенные для самораспространении. Ливневое облако смещает боле» влажный воздух вперед от себя, а ковер более холодного воздуха, находящийся за яим, увлажняст дождем. 5 — сгноит приближающегося холодного воздуха, который воспринимается при своем появлении как внезапный шквал. В некоторых случаях он может распространяться лагщко впереди шторма. рованной ранее Ньютоном (1966) и другими авторами. Предполагается, что существует простая двумерная система потоков, которая может вызывать ливень (рис. 11.8.1).

Прп ливне происходит перенос теплого воздуха вверх и выделяется скрытая теплота конденсации. В то же время сдвиг ветра с высотой вызывает наклон облака вперся, и дождь /т', выходя из внутренних слоев облака, попадает в сухой воздух под основанием облака и выхолаживает его. Это выхолажнвапие много существеннее, чем испарение облака, так как дождь /с' продолжает проходить через воздух, пока не достигнет земли.

Так как он выпадает с уровня более сильного ветра, то нисходящий поток быстро распространяется вдоль земли, вытесняя теплый влажный воздух вверх, в облако, что поддерживает процесс (рис. 11.8.1) . На самом высоком уровне, который может находиться непо- средственно под тропопаузой, поднимающийся влажный воздух ГЛАВА П 480 приобретает скорость своего окружения и образует перемещающееся вперед большое облако с наковальней Л. !!екоторая часть этого воздуха, ноднимаюшаяся очень быстро !Т), может рас- люль 1Уб ге У июля 1О шаля П июля Гг июля М июля 1гмгй б 1г !вгй у и и гйу 1гуггй у рг мгь ГУ Влалслясть, % ,йаталслие, юю Рис.

1!.8.2. Кривые влажности, температуры н давления для Мадрида, показынающие внезапное появление холодного воздуха из зоны шторма в 16 ч ! 1 июля 1952 г. В нрслыа>щис и носаеаующие лва аиа .кинней в эхом районе ие было, так *по характеристики возаущиой массы остааааись неизменными. прострапяться также в противоположную сторону под тропопаузой, а башни Т проннка1от на несколько сот метров в стратосферу. Лед, который выпадает из верхней выступающей вперед части облака Е, может вызвать град Н в сильном восходящем потоке !/.

Холодный воздух 5 распространяется пад землей и может оказаться далеко впереди ьпторма, вызывая появление там новых облачных башен, так что система будет развиваться скачкамн. В общем случае система пе является двумерной и сущест- 48! оклики и осадки Рос. 1!.83. Шторм с наковальней,вытянутой преимущественно назад, и новым выростам (на правой стороне снимка). Рис 11.84. Приближмощаися (сзева) гроза (фотография Бетси Вулворя). главк и вует много сложностей за счет местных особенностей, таких, как топография. Пример характеристик холодного потока перед штормом показан на рис.

1!.8.2 (Скорер, 1953). Графики отражают падение температуры, рост влажности и неожиданное повышение давления. Теплый воздух В' впереди штормового фронта может распространяться непосредственно у подоблачной инверсии )г; после того, как шторм пройдет, оп может оставить нижнюю инверсию 1", располагающуюся над воздухом, который был перенесен вниз за счет охлаждения и разостлан под штормом как ковер. Изменения ветра вблизи подстилающей поверхности могут быть весьма разнообразными. Теплый воздух может либо перемешаться, либо не перемещаться в направлении шторма.

Холодный воздух может появляться или не появляться как шквал, н если фронт имеет выдвинутые вперед зоны (рис. 9.9.2). то скорость шквала будет очень заметно меняться вдоль фронта по величине и направлению. Это распространенная ситуация. Появление шквала перед дождем обычно сопровождается шумовыми н прочими эффектами: хлопают двери н окна, на веревках развевается белье.

гремят листы сорванного железа, подпн- Рнс. 1!.8.8. Облако н шкначьном франте нрнблнжающейсн грозы. Вндно неровное основвннс облака на граннне теплого н холодного воадуха. Выше нвходнтсн облако с наковалоаей гсннмок М. Колдовского). ОБЛАКА И ОСАДКИ 483 ма>отса опавшие листья я пыль и т. д. Во время дождя на небе обычно много облаков плохой погоды.

Над шквалом можно видеть плапиру>ощих»тиц, которые сопротивляются спуску в холодный> турбулентный воздух и предпочита>от подъем вверх. На рнс. 11.8.3 — 11.8.5 приведены примеры таких штормов. Математическое описание штормовой ситуации сделать непросто. Для э~ого параметры нужно выбрать таким об>разом, чтобы можно было воспроизвести динамику системы. Для всех сложных систем движения, вкл>очающях в себя несколько механизмов, которые нелегко разде,знть, это представляет очевидные трудности.

Форма движения никогда пе определяется расчетами; они обычно предназначены для того, чтобы подтвердить то, что мы уже знаем. При изучении описанных явлений не было получено никаких новых законов физики или динамики, а лишь только нх новые комбинации или усложнения. 11.9. Роль облаков во фронтальных циклонах Многочисленныс расчеты циклопов па ЭВМ показывают, что их фронты могут быть определены без учао~ни конденсации и выделения скрытой теплоты. С другой стороны, исходная точка, а именно устойчиво стратифццированная атмосфера с горизонтальными температурными градиентами, не может возникнуть без облаков. Вертикальный профиль температуры под основанием облаков ббльшую часть времени является сухоадиабатическнм, кроме тонких слоев вблизи земли. Выше основания облаков воздух всегда устойчиво стратпфицирован, кроме самого облака, и коивскция поддерживает эту ситуацию, В результате подъем фронтальных поверхностей может привести к концентрации во фронтальную облачную систему, которая далеко пе распространяется, что и должно быть в устойчиво стратпфнцнровапной воздушной массе.

Это значит, что прямая пиркуляция, порождающая дождь и ветер, сосредоточена в основном вблизи фронтов н сохраняется много дольше, чем в случае, если бы такого сосредоточения не происходило, поскольку общие характеристики контрастных воздушных масс оста>отея неизменными. Прогнозисты, использук>щие ЭВМ, обычно распространяют влияние фронтов па широкую зону, так как разрывы пе могут быть описаны грубой сеткой точек. Фронты как бы вставля>отса на соответствующие им места в пространстве, а затем прогнозисты, используя знапце свойств фронта, изобретают детатш погоды, которые должны следовать из вычислений перемещений фронтов и нх общего развития. Если бы земля пе имела облачности, длительность существования циклопов была бы много короче. глава и 11.10.

Характеристики

Список файлов книги