Атлас облаков. Ббк 26. 233Удк 551. 5 А92
 Скачать 3.5 Mb.
|
|
ɎȿȾȿɊȺɅɖɇȺəɋɅɍɀȻȺɉɈȽɂȾɊɈɆȿɌȿɈɊɈɅɈȽɂɂ ɂɆɈɇɂɌɈɊɂɇȽɍɈɄɊɍɀȺɘɓȿɃɋɊȿȾɕ ɊɈɋȽɂȾɊɈɆȿɌ ȽɅȺȼɇȺəȽȿɈɎɂɁɂɑȿɋɄȺəɈȻɋȿɊȼȺɌɈɊɂə ɂɆȺɂȼɈȿɃɄɈȼȺ ɋȺɇɄɌɉȿɌȿɊȻɍɊȽ ɊɂɎ©Ⱦ¶ȺɊɌª 2011 ББК 26.233 УДК 551.5 А92 Авторы: Д. П. Беспалов, А. М. Девяткин, Ю. А. Довгалюк, В. И. Кондратюк, Ю. В. Кулешов, Т. П. Светлова, С. С. Суворов, В. И. Тимофеев АТЛАС ОБЛАКОВ Одобрен и рекомендован Методической комиссией Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воейкова для работников метеорологических наблю- дательных и прогностических подразделений Федеральной службы по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромета), специалистов Гидрометеорологической службы Министерства обороны Российской Федерации. Атлас облаков / Федер. служба по гидрометеорологии и монито- рингу окружающей среды (Росгидромет), Гл. геофиз. обсерватория им. А.И. Воейкова ; [Д. П. Беспалов и др. ; ред.: Л. К. Сурыгина]. – Санкт-Петербург : Д’АРТ, 2011. – 248 с. ISBN 978-5-905264-03-0. I. Беспалов, Д. П., сост. II. Сурыгина, Л. К., ред. III. Главная геофизическая обсерватория им. А. И. Воейкова (Санкт-Петербург) Редактор Л. К. Сурыгина. Художественное оформление Л. А. Унрод. Технический редактор Н. Ф. Грачева. Корректор Г. Н. Римант. Верстка ООО РИФ “Д’АРТ” Подписано в печать 15.08.11. Формат 108 u70 1 / 16 . Бумага мелованная. Печать офсетная. Печ. л. 15,5. Усл. печ. л. 21,7. Уч.-изд. л. 20,56. Тираж 500 экз. Заказ №8335. Изготовлено ООО РИФ “Д’АРТ” 195030, Санкт-Петербург, ул. Химиков, д. 28 ISBN 978-5-905264-03-0 © ООО РИФ “Д’АРТ”, 2011 3 Предисловие ....................................................................................4 Введение ..........................................................................................7 1 Образование облаков и их классификация ........................................ 10 1.1 Образование облаков ................................................................ 10 1.2 Морфологическая классификация облаков ................................. 15 2 Описание форм и видов облаков ...................................................... 19 2.1 Облака верхнего яруса ............................................................. 20 2.2 Облака среднего яруса .............................................................. 21 2.3 Облака нижнего яруса .............................................................. 23 2.4 Облака вертикального развития ................................................ 25 3 Системы облаков, их эволюция и связанные с ними признаки погоды .. 27 3.1 Фронтальные системы облаков .................................................. 27 3.1.1 Системы облаков теплого фронта ....................................... 28 3.1.2 Системы облаков холодного фронта .................................... 29 3.1.3 Системы облаков фронта окклюзии .................................... 31 3.2 Внутримассовые системы облаков .............................................. 32 3.3 Стратосферные и мезосферные облака ........................................ 33 3.3.1 Перламутровые облака ..................................................... 33 3.3.2 Серебристые облака ......................................................... 33 3.4 Эволюция форм облаков. Переходные формы и характерные сочетания ............................................................................... 34 3.4.1 Характеристика переходных форм ..................................... 34 3.4.2 Характерные сочетания форм облаков ................................ 36 3.4.3 Особые виды облаков и состояний неба ............................... 36 3.5 Облака как местный признак погоды.......................................... 37 3.5.1 Облака верхнего яруса ...................................................... 37 3.5.2 Облака среднего яруса ...................................................... 38 3.5.3 Облака нижнего яруса ...................................................... 38 3.5.4 Облака вертикального развития ......................................... 39 4 Местные формы облаков ................................................................ 39 4.1 Облачность горных территорий ................................................. 39 4.2 Облачность полярных территорий ............................................. 40 4.3 Облачность над морскими акваториями ...................................... 42 5 Атмосферные явления ................................................................... 43 6 Космические снимки облачности .................................................... 44 6.1 Эволюция фронтальных облачных систем ................................... 45 6.2 Образование облачных вихрей ................................................... 45 6.3 Перемещение облачных систем и атмосферных фронтов ............... 47 7 Радиолокационные снимки облачности ........................................... 49 Снимки облаков .............................................................................. 55 A. Облака верхнего яруса (фото 1 —13) ............................................ 56 Б. Облака среднего яруса (фото 14—31) ........................................... 84 B. Облака нижнего яруса (фото 32—45) ......................................... 120 Г. Облака вертикального развития (фото 46—57) ............................ 148 Характерные сочетания форм облаков ............................................. 174 Особые виды облаков и состояний неба ............................................. 184 Облачность горных территорий ....................................................... 196 Облачность полярных территорий ................................................... 208 Облачность над морскими акваториями ........................................... 216 Атмосферные явления ................................................................... 226 Латинские названия форм, видов и разновидностей облаков и их сокращенные обозначения ............................................................. 248 СОДЕРЖАНИЕ 4 Процессы образования отдельного облака и, тем более, си- стем облаков протекают под воздействием многих факторов, каждый из которых накладывает свой, специфический, отпе- чаток на «внешний вид» возникающих облачных образований. Облака и выпадающие из них осадки играют важнейшую роль в формировании различных типов погоды. Поэтому перед ме- теорологической наукой уже на первых этапах ее становления возникла задача классификации облаков. Решение этой задачи предоставляет специалистам возможность отслеживать про- странственно-временную изменчивость облачных образований, что является мощным инструментом исследования и прогнози- рования процессов, протекающих в атмосфере. Впервые попытка разделения облаков по их внешнему виду на различные группы была предпринята в 1776 г. известным французским естествоиспытателем, метеорологом-любителем Жаном Батистом Ламарком, Однако предложенная им класси- фикация ввиду своего несовершенства не нашла широкого при- менения. Первая вошедшая в науку классификация облаков была разработана английским метеорологом-любителем Л. Говар- дом в 1803 г. В 1887 г. ученые Гильдебрандсон в Швеции и Эбер-кромби в Англии, переработав классификацию Л. Говар- да, предложили проект новой классификации, которая легла в основу всех последующих классификаций. При этом по мере развития метеорологической науки и обобщения практики ме- теорологических наблюдений учеными различных стран был предложен ряд классификаций облаков, каждая из которых об- ладала своими достоинствами и недостатками. Все явственнее ощущалась необходимость объединения накопленных знаний о морфологии облаков и их научного анализа. Идея создания первого единого атласа облаков была поддержана на Междуна- родной конференции директоров метеорологических служб в Мюнхене в 1891 г. Созданный ею комитет подготовил и издал в 1896 г. первый Международный атлас облаков с 30 цветны- ми литографиями. Первое русское издание этого Атласа вышло в свет в 1898 г. Следующее издание Атласа облаков было подго- товлено и издано Николаевской Главной Физической Обсерва- торией в Петрограде в 1917 г. Дальнейшее развитие метеорологии и введение в практи- ку синоптического анализа понятий об атмосферных фронтах и воздушных массах потребовало гораздо более подробного из- учения облаков и их систем. Это предопределило необходимость существенной переработки применявшейся в то время клас- сификации, следствием чего явилось издание в 1930 г. нового Международного атласа облаков. На русском языке этот Атлас был издан в 1933 г. в несколько сокращенном варианте. За прошедшие годы было выпущено еще два отечествен- ных издания Атласа облаков, подготовленные на основе из- дания 1933 г. Они отличались тем, что от издания к изданию росло количество иллюстраций, углублялась и расширялась описательная часть Атласа. Так, во второе издание 1940 г. вошли 75 снимков облаков, сделанных с поверхности земли, и 22 снимка, сделанные с самолетов и аэростатов. Третье издание, получившее широкое распространение, вышло в свет в 1957 г. и включало уже 101 снимок. В основу этого Атласа был положен ПРЕДИСЛОВИЕ 5 Международный атлас облаков 1956 г. издания. Кроме того, он был снабжен обширным пояснительным текстом. В 1978 г. увидело свет четвертое издание Атласа облаков, осуществленное Госкомгидрометом СССР. Оно мало отличалось от предыдущего издания и содержало как снимки облаков раз- личных форм, так и пояснительные тексты к ним. В настоящем издании в целом сохранена структура Атласа 1978 г., однако оно несколько отличается от него. В данном Ат- ласе произведены некоторые уточнения классификации обла- ков, переработана текстовая часть. Кроме того, основную часть иллюстративного материала Атласа составляют авторские фотографии облаков. Снимки облаков, сгруппированных по формам и видам, сопровождаются фотографиями их наиболее характерных фрагментов, что позволяет лучше понять особен- ности строения облаков различных форм и видов. Все иллюстрации сопровождаются пояснительными текста- ми, существенно облегчающими определение наблюдателями форм, видов и разновидностей облаков. В описательную часть Атласа добавлен подраздел «Образо- вание облаков», который подготовлен Л. Т. Матвеевым при уча- стии В. И. Кондратюка на основе последних достижений в из- учении динамики процессов облакообразования. Существенно переработан и приведен в соответствие с уточ- ненной морфологической классификацией облаков раздел «Описание форм и видов облаков». Раздел «Системы облаков, их эволюция и связанные с ними признаки погоды», представляющий, по мнению авторов, наи- больший интерес для синоптиков, научных работников и сту- дентов, переработан с учетом современных представлений о воз- никновении и трансформации облачных систем. Раздел «Местные формы облаков» содержит фотографии об- лаков, наиболее характерных для горных и полярных террито- рий, а также для морских акваторий. Наиболее существенное отличие настоящего издания Ат- ласа облаков от предыдущих состоит в том, что в него впервые включены как самостоятельные подраздел «Характерные соче- тания форм облаков», разделы «Атмосферные явления», «Кос- мические снимки облачности», «Радиолокационные снимки облачности». Появление раздела «Космические снимки облачности» про- диктовано развитием космической метеорологии и широким внедрением в практику оперативной работы космической ме- теорологической информации, прежде всего снимков облачно- сти. Включение раздела «Радиолокационные снимки облачно- сти» обусловлено появлением новых технических возможно- стей для получения специальной радиометеорологической ин- формации о состоянии и динамике облаков и облачных систем. Атлас как справочное методическое пособие предназначен для работников метеорологических наблюдательных и прогно- стических подразделений Федеральной службы по гидромете- орологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромета), специалистов Гидрометеорологической службы Миноборо- ны РФ. Он может быть использован также в качестве учебного пособия для преподавателей, аспирантов и студентов высших учебных заведений гидрометеорологического и географическо- го профиля, учащихся техникумов и слушателей курсов повы- шения квалификации метеорологов. Кроме того, Атлас будет полезен и научным работникам, специализирующимся в обла- сти физики облаков и синоптической метеорологии. Настоящее издание Атласа облаков подготовлено специ- алистами Главной геофизической обсерватории им. А. И. Воей- кова (ГГО) и Военно-космической академии им. А. Ф. Можай- ского (ВКА). Предисловие, введение и разделы 1–4 подготовлены груп- пой научных сотрудников ГГО: канд. физ.-мат. наук Д. П. Бес- 6 онного зондирования атмосферы. Они получены с помощью МРЛ-5 и специальной автоматизированной системы обработки радиолокационной информации «Мерком» в пос. Воейково. Отбор и аттестация фотографий облаков выполнена указан- ной выше группой сотрудников ГГО. Подписи к фотографиям подготовлены канд. физ.-мат. наук Ю. А. Довгалюк и канд. геогр. наук Т. П. Светловой. Общее ру- ководство подготовкой Атласа облаков к изданию осуществля- лось заведующим методическим отделом ГГО В. И. Кондратю- ком. Настоящее издание Атласа рассмотрено и одобрено Методи- ческой комиссией ГГО. паловым и Ю. А. Довгалюк, канд. геогр. наук В. И. Кондратю- ком и Т. П. Светловой. Подраздел 3.4.2 «Характерные сочетания форм облаков», разделы 5 и 6 подготовлены сотрудниками ВКА: д-ром физ.-мат. наук, профессором С. С. Суворовым, кандида- тами технических наук В. И. Тимофеевым, Ю. В. Кулешовым и А. М. Девяткиным. Фотографии облаков и фрагментов облачного неба, содер- жащиеся в Атласе, а также космические снимки облачности и вертикальные разрезы облачных систем атмосферных фронтов представлены указанными сотрудниками ВКА. Радиолокационные снимки облачности представлены фи- лиалом ГГО — Научно-исследовательским центром дистанци- 7 Облака с давних времен привлекали к себе повышенное внимание людей как наиболее естественное атмосферное явле- ние. Еще первые исследователи окружающей природной среды пришли к пониманию того, что разнообразие облачных форм связано с характером погоды, т. е. с постоянно изменяющимся состоянием атмосферы. Эту мысль по-иному сформулировал в 1817 г. немецкий климатолог Г. Дове, заметивший, что «обла- ко – не предмет, а процесс». Отдельные облака существуют зачастую очень короткое вре- мя. Например, время существования отдельных кучевых обла- ков иногда исчисляется всего 10–15 мин. Это происходит пото- му, что капли, из которых состоит облако, быстро испаряются. Даже если облако наблюдается очень долго, это вовсе не означа- ет, что оно является неизменным образованием, состоящим из одних и тех же частиц. В действительности облака постоянно находятся в процессе образования и распада. Облака и выпадающие из них осадки принадлежат к числу важнейших метеорологических (атмосферных) явлений и игра- ют определяющую роль в формировании погоды и климата, в распространении растительного и животного мира на Земле. Изменяя радиационный режим атмосферы и земной поверхно- сти, облака оказывают заметное воздействие на температурно- влажностный режим тропосферы и приземного слоя воздуха, где протекает жизнь и деятельность человека. Облаком называют видимую совокупность взвешенных в атмосфере и находящихся в процессе непрерывной эволюции капель и/или кристаллов, являющихся продуктами конденса- ции и/или сублимации водяного пара на высотах от нескольких десятков метров до нескольких километров. Изменение свойств этой совокупности частиц (фазового строения облака – соотно- шения капель и кристаллов по массе, числу частиц и другим параметрам в единице объема воздуха) происходит под влия- нием температуры, влажности и вертикальных движений как внутри, так и вне облака. В свою очередь, выделение и погло- щение тепла в результате фазовых переходов воды и наличия самих частиц в потоке воздуха оказывают обратное влияние на параметры облачной среды. В ряде случаев под облаком может образоваться подоблач- ная дымка, которая состоит из очень мелких капель радиусом 0,1 мкм и менее и является признаком начала образования во- дяного облака. В результате конденсации водяного пара вблизи земной поверхности (в приземном слое атмосферы) образуются туман и дымка, ухудшающие метеорологическую дальность ви- димости до значения 1 км и менее. С точки зрения микрофизического строения принципиаль- ного различия между облаками и туманами нет. Однако они существенно различаются по условиям образования, верти- кальной мощности, площади распространения, времени суще- ствования и т. п. По фазовому строению облака делятся на три группы. 1. Водяные, состоящие только из капель радиусом 1—2 мкм и более. Капли могут существовать не только при положитель- ВВЕДЕНИЕ Посредством наблюдении над облаками мож- но, не оставляя поверхности Земли, полу- чить некоторое понятие о том, что делается в воздухе очень далеко от земной по верхно- сти, ... вообще проникать в область, которую Д. И. Менделеев справедливо назвал великой лабораторией природы. А. И. Воейков. Климаты земного шара, в осо- бенности России, 1884 г. 8 ных, но и при отрицательных температурах. В последнем слу- чае капли будут находиться в переохлажденном состоянии, что в атмосферных условиях вполне обычно. Чисто капельное стро- ение облака сохраняется, как правило, до температур порядка –10...–15 °С (иногда и ниже). 2. Смешанные, состоящие из смеси переохлажденных ка- пель и ледяных кристаллов при температурах –20...–30 °С. 3. Ледяные, состоящие только из ледяных кристаллов при достаточно низких температурах (порядка –30...–40 °С). При значительном количестве капель или кристаллов в 1 м 3 облачного воздуха размер их так мал, что содержание воды в жидком виде (водность) в облаках невелико. В водяных обла- ках на 1 м 3 облачного воздуха приходится не менее 0,5 г воды. В кристаллических облаках водность существенно меньше — со- тые и даже тысячные доли грамма на 1 м 3 . Водность облака за- висит от многих факторов и не остается постоянной в нем. Она изменяется от 0,01 г/м 3 в облаках верхнего яруса до нескольких г/м 3 в облаках вертикального развития. Облачный покров днем уменьшает приток солнечной ра- диации к поверхности земли, а ночью заметно ослабляет ее из- лучение и, следовательно, охлаждение, весьма существенно уменьшает суточную амплитуду температуры воздуха и почвы, что влечет за собой соответствующее изменение и других метео- рологических величин и атмосферных явлений. Функциониро- вание сельского хозяйства, транспорта и прежде всего авиации, коммунального и водного хозяйства, курортов и других отрас- лей экономики в той или иной степени зависит от количества и формы облаков. Регулярные и достоверные наблюдения за формами обла- ков и их трансформацией способствуют своевременному обна- ружению опасных (ОЯ) и неблагоприятных (НГЯ) гидромете- орологических явлений, сопутствующих тому или иному виду облаков. В программу метеорологических наблюдений включено сле- жение за динамикой развития облаков и определение следую- щих характеристик облачности: а) общее количество облаков, б) количество облаков нижнего яруса, в) форма облаков, г) высота нижней границы облаков нижнего или среднего яруса (при отсутствии облаков нижнего яруса). Результаты наблюдений за облачностью из метеорологиче- ских наблюдательных подразделений в реальном режиме вре- мени по коду КН-01 (национальный вариант международного кода FM 12-IX SYNOP) регулярно передаются в местные про- гностические органы (организации и подразделения УГМС) и Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации (Гидрометцентр России) для синопти- ческого анализа и составления прогнозов погоды различной за- благовременности. Кроме того, эти данные рассчитываются за различные вре- менные интервалы и используются для климатических оценок и обобщений. Количество облаков определяется как суммарная доля не- босвода, закрытая облаками, от всей видимой поверхности не- босвода и оценивается в баллах: 1 балл – это 0,1 доля (часть) все- го небосвода, 6 баллов – 0,6 небосвода, 10 баллов – весь небосвод закрыт облаками. Многолетние наблюдения за облаками показали, что они могут располагаться на различных высотах, как в тропосфере, так и в стратосфере и даже в мезосфере (рис. 1). Тропосферные облака обычно наблюдаются в виде отдельных, изолированных облачных масс или в виде сплошного облачного покрова. Их строение может быть волокнистым, хлопьевидным или одно- родным, они могут иметь сплошную или расчлененную ниж- нюю поверхность, быть плотными или тонкими. В зависимости 9 от этого облака разделяются по внешнему виду на формы, виды и разновидности. Серебристые и перламутровые облака, в отличие от тропо- сферных облаков, наблюдаются довольно редко и характеризу- ются относительно небольшим разнообразием. Классификация тропосферных облаков по внешнему виду, используемая в настоящее время, получила название междуна- родной морфологической классификации. В соответствии с ней облака делятся на 10 основных форм. В каждой основной форме облаков различают виды и разновидности. Облака всех форм встречаются на высотах от нескольких де- сятков метров до тропопаузы. В этом диапазоне высот условно различают облака трех ярусов. Высота нижней границы облаков представляет собой ми- нимальное расстояние от поверхности земли до основания об- лака. Измерение высоты нижней границы облаков производит- ся, если облака (их нижние основания) расположены не выше 2500 м над уровнем моря. Если облака расположены на разных уровнях и высоту самых низких облаков не удалось измерить инструментально, она оценивается визуально. Наряду с морфологической классификацией облаков ис- пользуется и генетическая классификация, т. е. классифика- ция по условиям (причинам) возникновения облаков. Кроме того, облака классифицируются по их микрофизическому стро- ению, т. е. по агрегатному состоянию, виду и размерам облач- ных частиц, а также по их распределению внутри облака. В соответствии с генетической классификацией облака де- лятся на три группы: слоистообразные, волнистообразные и ку- чевообразные (конвективные). Правильность наблюдений за облаками, а следовательно, и ценность результатов наблюдений зависит от квалификации персонала наблюдательных подразделений и регулярности на- блюдений за состоянием неба и его изменениями во времени. Рисунок 1 – Вертикальное распределение температуры и расположение облаков в атмосфере. 10 Облака образуются в результате перехода воды из газоо- бразного состояния (водяной пар) в жидкое (капли) и твердое (кристаллы). При этих переходах, называемых конденсацией и сублимацией и происходящих вследствие конвекции или упо- рядоченного подъема влажного воздуха, выделяется большое количество тепла, которое оказывает значительное влияние на образование облаков, термическую и динамическую устой- чивость атмосферы, режим движения воздуха, формирование фронтальных разделов и развитие циклонов. Основными объектами в атмосфере, с которыми связано об- разование облаков и осадков, являются циклоны и ложбины. С помощью визуальных наблюдений можно не только опре- делять количество и форму облаков, но и делать некоторые за- ключения об их микроструктуре (например, о наличии в них ледяных частиц). Характер погоды в конкретном районе определяется об- лачными системами, связанными с атмосферными фронтами и имеющими большую пространственную протяженность, поэто- му очень важно, чтобы дежурный техник-метеоролог понимал сущность атмосферных процессов, приводящих к образованию облаков различных форм. Это поможет ему правильно опреде- лять формы облаков в тех случаях, когда облака несколько от- личаются от представленных в Атласе или относятся к переход- ным формам. Они, в свою очередь, образуются под влиянием переноса (ад- векции) холодного воздуха на более теплую поверхность и вза- имодействия этого воздуха с теплым воздухом. Свыше 70–90 % всех циклонов в северном полушарии зимой образуется вблизи восточных побережий Канады и Гренландии и дальневосточно- го побережья России, а также в северной части Средиземного моря и в западных частях Черного и Каспийского морей. После зарождения циклоны перемещаются с восточной со- ставляющей над океаном и затем выходят на территорию Евро- пы и Западной Сибири. В зимний период вследствие радиационного выхолажива- ния материки оказываются холоднее океанов и в этом случае приход воздушной массы с океана будет означать перенос (ад- векцию) тепла на материк, что способствует образованию анти- циклонов. Весной и летом материки быстро прогреваются и оказыва- ются существенно теплее океанов. В этом случае приход воз- душной массы с океана означает адвекцию холода на теплый материк, что способствует образованию циклонов. Согласно данным исследований за последние десятилетия, в умеренных широтах над материками в весенне-летний период преобладают циклоны (их образуется в 3,5 раза больше, чем ан- тициклонов) и значительная облачность, в осенне-зимний пери- од – антициклоны (их образуется в 6 раз больше, чем циклонов) и малооблачная погода. По условиям образования различают облака фронтальные и внутримассовые. Происхождение фронтальных облаков объ- ясняется процессами, происходящими на границах раздела между различными воздушными массами, а внутримассовых облаков – процессами внутри однородных воздушных масс: тер- мической и динамической конвекцией, турбулентным переме- шиванием и волновыми движениями (или адвекцией облачных систем). |