Атлас облаков. Ббк 26. 233Удк 551. 5 А92
 Скачать 3.5 Mb.
|
|
2.3 Облака нижнего яруса К облакам нижнего яруса относятся все формы и виды обла- ков, которые образуются, развиваются и существуют в нижнем слое атмосферы (от 30 м до 2 км). 2.3.1 Слоисто-кучевые облака (Stratocumulus – Sc). Высота нижней границы облаков Sc отмечается чаще всего в пределах 0,5–1,5 км, толщина слоя – от 0,2 до 0,8 км. Sc состоят в основном из мелких капель воды (радиусом пре- имущественно 5–7 мкм), зимой переохлажденных. В отдель- ных случаях среди капель присутствует некоторое количество ледяных кристаллов (пластинок) и снежинок. Связь с другими формами. Слоисто-кучевые облака могут наблюдаться одновременно с высококучевыми облаками. Не- которые разновидности Sc cuf. образуются при распаде Сu или Сu cong. Кроме того, при усиливающейся конвекции Sc, осо- бенно Sc cast., могут развиваться в кучевые облака. При при- ближении фронта Sc могут смениться Ns, что сопровождается усилением обложных осадков, и, наоборот, при появлении нис- ходящих движений фронтальные облака Ns могут перейти в Sc. Характерные особенности по наблюдениям с поверхности земли. Отличительным признаком слоисто-кучевых облаков служит их внешний вид, четко очерченная нижняя граница, отсутствие в большинстве случаев осадков или довольно слабые осадки с перерывами. Sc иногда бывает трудно отличить от Ас, As, Ns, St или Cu med. Слоисто-кучевые облака располагаются ниже (ниже 2 км) и состоят из более крупных и более темных элементов, чем Ас. Условно принимается, что видимый размер элементов Sc превы- шает десятикратный диаметр солнца. Sc op. отличаются от As op. главным образом по высоте их расположения. Кроме того, у As меньше выражено волнистое строение, а волны не имеют правильного чередования и пред- ставляют собой отдельные вытянутые по горизонтали уплотне- ния неправильной формы. Sc op. имеют вид правильных волн. As часто имеют волокнистое строение, которого не бывает у Sc. Покров As более светлый, чем Sc op. Облака Sc op. обычно отличаются от облаков Ns волнистым строением и отсутствием или слабой интенсивностью осадков. Полезно при различении Sc от As и Ns учитывать характер по- годы, поскольку As и Ns являются преимущественно облаками фронтальных систем, тогда как Sc образуются в большинстве случаев внутри однородных воздушных масс. 24 Sc отличаются от облаков St большей высотой основания и более ярко выраженной волновой структурой. От Сu med. (которые иногда располагаются грядами) обла- ка Sc отличаются большей длиной гряд и отсутствием куполо- образных вершин (кроме разновидности Sc cast., у которой вы- ступающие купола и башни сравнительно невелики и быстро меняют очертания). Основные процессы, приводящие к образованию слоисто- кучевых облаков, следующие: • волновые движения в слоях инверсий, расположенных на высотах менее 2 км над подстилающей поверхностью; • адвекция слоистообразных облаков из циклонов и ложбин и их трансформация; • растекание Сu и Сu cong. в слое воздуха под инверсиями, располагающимися ниже 2 км; • волновые движения, возникающие на подветренных скло- нах возвышенностей и гор. В слоисто-кучевых облаках выделяют 2 вида: волнистоо- бразные и кучевообразные. 2.3.2 Слоистые облака (Stratus – St). Наиболее низкие обла- ка, высота их нижней границы обычно колеблется в пределах от 0,03 до 0,4 км, а толщина слоя – от 0,1 до 0,6 км. Слоистые облака состоят из мельчайших капель воды ради- усом 2–5 мкм, размер капель может колебаться от 1 до 20 мкм. Связь с другими формами. Облака St могут трансформиро- ваться в облака Sc. В теплую половину года облака St fr. утром при отсутствии более высоких облаков могут превратиться в кучевые, если поверхность земли прогревается и развивается конвекция. Характерные особенности по наблюдениям с поверх- ности земли. Иногда бывает трудно различить St и As, St и Sc, St и Ns. Об отличии облаков St от облаков As и Sc указано в пп. 2.2.2 и 2.3.1. Кроме того, следует отметить, что у облаков St, даже у St und., волнистое строение выражено очень слабо и с трудом различается, так как волны имеют большую длину, а облака расположены низко. По внешнему виду облака St похожи на Ns. Однако их мож- но различить по следующим признакам: – St располагаются обычно ниже, чем Ns, они нередко сопро- вождаются моросящими осадками и ухудшением видимости; – St имеют более светлый цвет, чем Ns, причем обычно за- метно чередование темных и светлых участков облака, которые имеют большую или меньшую толщину; строение St более одно- родное, чем Ns; – St никогда не дают обложных осадков. При определении облаков St полезно также учитывать ха- рактер погоды, так как эти облака образуются главным образом внутри однородных воздушных масс, являются зачастую обла- ками местного происхождения. Облака St нередко имеют доста- точно четкий суточный ход (максимальное количество облаков наблюдается ночью). В отличие от них, облака Ns и As наблюда- ются обычно на атмосферных фронтах. Исключение составляет разновидность разорванно-слоистых облаков (St fr.) – разорван- но-дождевые облака (Frnb), которые характерны для фронталь- ных систем облаков. В слоистых облаках выделяют 3 вида: туманообразные, вол- нистообразные и разорванно-слоистые. 2.3.3 Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus – Ns). Высота нижней границы Ns отмечается в пределах от 0,5 до 1,9 км, она ниже всего вблизи линии фронта. Толщина слоя облаков обыч- но достигает 2–3 км, иногда 5 км и более. Однако нередки слу- чаи, когда толщина слоя Ns не превышает 1–2 км и между ними и вышележащими As имеется безоблачная прослойка. Слоисто-дождевые облака состоят из переохлажденных ка- пель и ледяных кристаллов. В верхней части облака кристаллы 25 имеют преимущественно форму столбиков, в нижней – форму пластинок. В нижней части облака преобладают мелкие капли воды с примесью снежинок или сравнительно крупных капель. Большинство капель воды имеют радиус 8–12 мкм. Связь с другими формами. Обычно Ns тесно связаны с As. В пункте наблюдений вначале прослеживаются As, которые затем постепенно уплотняются, снижаются и превращаются в Ns. Пе- реход от As neb. op. к Ns происходит постепенно, поэтому резкой грани между ними нет. Хорошим признаком совершившегося перехода является выпадение устойчивых обложных осадков. Ns могут образоваться из Sc op. В этом случае элементы Sc (отдельные хлопья, пластины или волны) постепенно сливаются между собой, облака снижаются и преобразуются в Ns. Переход считается завершившимся тогда, когда волнистая структура, присущая Sc, полностью исчезает и нижняя поверхность облаков вследствие выпадения осадков перестает быть четко различимой. Иногда наблюдается связь Ns с Cb. При приближении хо- лодного фронта первого рода вал предфронтальных облаков Cb непосредственно переходит в Ns, а ливневые осадки сменяются обложными. В некоторых случаях такая связь Cb и Ns наблю- дается и на холодных фронтах второго рода. На теплом фронте, особенно летом, наблюдается переход Ns в Cb: отдельные участ- ки облаков Ns, сильно развиваясь по вертикали, постепенно приобретают все признаки Cb; выпадающие из них осадки име- ют характер ливневых. Характерные особенности по наблюдениям с поверхности земли. Основным признаком, по которому безошибочно опреде- ляются Ns, служит выпадение обложных осадков. Этот признак помогает обнаружить Ns даже тогда, когда они снизу маски- руются разорванно-дождевыми облаками Frnb. Однако иногда осадки из Ns не достигают поверхности земли вследствие испа- рения. В этих случаях облака Ns можно отличить от As neb. op. по следующим основным признакам: – значительно более темному цвету; – непрозрачности облаков (солнце и луна не просвечивают); – размытости основания облаков. Следует отличать слой Ns от Cb большого размера, которые, надвигаясь, могут на короткое время полностью закрыть небо над пунктом наблюдения. Такая ошибка особенно вероятна, если обзор с места наблюдений сильно ограничен. В этом случае отличительным признаком будет служить характер осадков. Помогает также наблюдение за предшествующим состоянием неба: Ns появляются на фоне сплошной облачности (после As neb. op. или Ac op.), a Cb надвигаются при наличии просветов голубого неба. 2.4 Облака вертикального развития К облакам вертикального развития относят две основные формы: кучевые и кучево-дождевые. 2.4.1 Кучевые облака (Cumulus – Сu). Высота нижней гра- ницы кучевых облаков в значительной мере зависит от влаж- ности воздуха (от дефицита насыщения). В умеренных широтах высота нижней границы кучевых облаков обычно составляет 0,6—1,2 км, вертикальная протяженность – от сотни метров до нескольких километров. Кучевые облака состоят из капель воды, более крупных в верхней части облака (преобладающий радиус капель около 20 мкм) и более мелких у его основания (преобладают капли ради- усом около 10 мкм). При отрицательных температурах капли находятся в переохлажденном состоянии. Связь с другими формами. Развиваясь, Сu могут трансфор- мироваться в Cb. Иногда Сu и Cb наблюдаются одновременно. Весной и летом облака Сu могут наблюдаться на фоне любых других облаков, если эти облака не препятствуют прогреванию 26 поверхности земли и развитию дневной термической конвек- ции. При теплой погоде утром кучевые облака могут образо- ваться из St fr. Распадаясь, Сu могут перейти в Sc, Ас или, пройдя стадию Сu fr., рассеяться совсем. Характерные особенности по наблюдениям с поверхности земли. Если кучевые облака находятся в стороне от наблюдателя, то он видит их от основания до ослепительно белых клубящихся вершин. В этом случае правильно определить форму облака не представляет никаких затруднений. Если же облака располага- ются у зенита или ими покрыта большая часть неба, то наблюда- ется только их нижняя поверхность, которая всегда имеет неко- торые неровности, а иногда и рваные края. В этом случае их легко спутать со слоисто-кучевыми или кучево-дождевыми облаками. Кучевые облака, в отличие от слоисто-кучевых, не образуют непрерывного слоя. Покров Сu всегда разделяется на отдельные облака, в промежутках между которыми видны их бугристые, резко очерченные края, уходящие в высоту. Центральные части отдельных облаков могут быть темными (серыми или темно-се- рыми в зависимости от их мощности), а освещенные края – яр- ко-белыми, в виде светлой или блестящей каймы в зависимости от расположения облаков относительно солнца. В сплошных длинных валах вершины Сu сохраняют разную высоту. Иногда трудно отличить Сu cong. от Cb, имеющих не только внешнее сходство, но и сходство процесса образования. Условно принято считать облака кучево-дождевыми, когда их вершина приобретает отчетливое волокнистое строение («обледенева- ет»), а также когда начинается выпадение ливневых осадков или заметны полосы падения осадков (хотя бы и не доходящих до поверхности земли). Основной процесс, приводящий к образованию кучевых об- лаков, – это мощные восходящие движения воздуха, обуслов- ленные неравномерным нагревом подстилающей поверхности (термическая конвекция). Из многообразия кучевых облаков выделяют 3 вида: куче- вые плоские, кучевые средние и мощные кучевые. 2.4.2 Кучево-дождевые облака (Cumulonimbus – Cb). Высота нижней границы Cb обычно находится в пределах от 0,6 до 1,2 км. Верхняя граница кучево-дождевого облака достигает 4–5 км, в отдельных случаях – высоты тропопаузы (8–9 км). Микрофизическая структура представлена набором ка- пель разного размера (радиусом от нескольких мкм до 1 см), а также ледяных кристаллов, снежных зерен и града (до не- скольких см). Связь с другими формами. Кучево-дождевые облака образу- ются, как правило, в результате дальнейшего развития Сu cong. Cb могут наблюдаться одноврем0енно с Ac, As, Sc, Ns, Сu, Frnb. При распаде Cb могут образоваться Ci sp., Ci ing., Ac cuf., Sc diur., Sc vesp. Характерные особенности no наблюдениям с поверхности земли. Определить Cb обычно нетрудно. Их можно спутать толь- ко с Ns и Сu cong. Если Cb сильно распространились по горизонтали, их осно- вания слились и с пункта наблюдений ни в один из просветов не видно резко очерченных бугристых боковых сторон облаков, то их можно спутать с Ns. Основное различие заключается в том, что Cb имеют свинцово-темную окраску и дают ливневые осад- ки. При определении также нужно учитывать предшествующее состояние неба. Облака Cb отличают от облаков Сu cong. по следующим при- знакам: – темная окраска основания облака; если Cb находится близко к зениту, то его окраска становится свинцово-темной, освещенность при этом резко уменьшается; 27 – выпадение ливневых осадков; если осадки не достигают поверхности земли, то они (в удаленных облаках) заметны в виде полос падения (virga); – волокнистое строение части облака или перистовидная форма его вершины. Если хотя бы один из этих признаков имеется, облако следу- ет считать кучево-дождевым. Основным процессом образования кучево-дождевых обла- ков является процесс охлаждения воздуха при восходящем дви- жении в условиях сильно развитой динамической или термиче- ской конвекции. Поэтому толщина их достигает 3–5 км. В холодное время года, когда отрицательные температуры воздуха, при которых замерзают облачные капли и растут ледя- ные кристаллы, наблюдаются уже на сравнительно небольшой высоте, при наличии конвекции образуются плоские кучево-до- ждевые облака (Cb hum.), дающие, однако, достаточно интен- сивные осадки. Особенно типичны Cb hum. для районов Край- него Севера и приморских районов. В кучево-дождевых облаках выделяют 2 вида: кучево-до- ждевые лысые и кучево-дождевые волосатые. 3 СИСТЕМЫ ОБЛАКОВ, ИХ ЭВОЛЮЦИЯ И СВЯЗАННЫЕ С НИМИ ПРИЗНАКИ ПОГОДЫ Появление, развитие, трансформация и разрушение обла- ков и облачных систем подчиняются определенным закономер- ностям. Облака располагаются на небесном своде в виде ско- плений определенной формы или систем облаков разных форм, различной протяженности и структуры. Облачные системы характеризуются последовательностью форм, размерами и вы- сотой облаков во времени и пространстве. Они отделяются друг от друга участками ясного (малооблачного) неба или более вы- соких облаков. Материалы радиолокационных наблюдений, метеорологи- ческих спутников Земли показывают, что кроме облачных си- стем синоптического масштаба, называемых макросистемами (протяженность порядка 10 3 км и более, продолжительность су- ществования от 1 до 5 дней), имеются также системы меньшего масштаба, именуемые мезосистемами (протяженность порядка 10–10 2 км, продолжительность существования от нескольких до десяти часов). При плотности действующей в настоящее время метеоро- логической сети Росгидромета мезосистемы или совсем не вы- являются, или фиксируются одной-двумя станциями, что не позволяет определить их истинные размеры и погодные харак- теристики. Однако они представляют большой практический интерес, так как с ними связаны многие неблагоприятные и опасные гидрометеорологические явления. Технические возможности искусственных спутников Зем- ли и метеорологических радиолокаторов позволяют наблюдать мезосистемы и следить за их эволюцией. Макросистемы опреде- ляются только со спутников, они бывают фронтальными и вну- тримассовыми. 3.1 Фронтальные системы облаков Фронтальные макросистемы представляют собой огром- ные облачные системы, вытянутые вдоль фронта на тысячи ки- лометров и в ширину на сотни километров. Облака обычно рас- пространяются в высоту на значительную часть тропосферы и иногда разделяются на слои. Внутри системы могут возникать безоблачные прослойки. При прохождении четко выраженных фронтальных систем наблюдается постепенное изменение облачных характеристик – 28 высоты и толщины облаков – и определенная последователь- ность их форм по мере прохождения системы через пункт на- блюдения. Изменение в этом случае происходит в результате преобладания основного облакообразующего процесса вблизи фронтальной поверхности – скользящего восхождения воздуш- ных масс и их взаимодействия. Однако нередко преобладающи- ми бывают и другие процессы. Установлено, что на некоторых участках фронтальной по- верхности (фронта) время от времени возникают мезопроцессы, под влиянием которых образуются более или менее обособлен- ные мезосистемы облаков. В мезосистемах, в отличие от сосед- них участков, облака имеют другие высоты, толщины и формы, в связи с чем непрерывность изменения свойств облачного по- крова во фронтальной системе нарушается. Поскольку продолжительность мезопроцессов небольшая, мезосистемы облаков как структурные объекты фронтальной облачности (и вообще облачных макросистем) разрушаются на одних участках системы и возникают на других. Ниже рассматриваются типичные облачные системы фрон- тов, а также дается краткая характеристика мезосистем обла- ков, которые отмечаются в пределах фронтальных макросистем – систем облаков теплого фронта, холодных фронтов и фронтов окклюзии. 3.1.1 Система облаков теплого фронта Теплым фронтом называется поверхность раздела двух воз- душных масс в том случае, если она перемещается в сторону холодного воздуха. Прохождение теплого фронта характеризу- ется, как правило, пасмурной погодой, усилением ветра, про- должительными обложными осадками. Зимой – это снегопады, нередко с метелями, а также оттепели, в другие сезоны года – обложные дожди. Так как поверхность теплого фронта очень пологая (тангенс угла наклона фронтальной поверхности всего 0,01 или меньше), то подъем теплого воздуха происходит довольно медленно, упо- рядоченно, благодаря чему возникает облачность слоистообраз- ных форм. Эта система облаков располагается перед линией фронта, ее ширина достигает 600–800 км. Самая мощная ее часть находится вблизи линии фронта и представляет собой слоисто-дождевые облака толщиной в не- сколько километров. По мере удаления от линии фронта эти облака сменяются менее мощными высокослоистыми облака- ми, а затем – перисто-слоистыми. На расстоянии многих сотен километров от линии фронта уже наблюдаются гряды перистых облаков, толщина которых в среднем составляет около 2 км. Однако плотность их невелика и сквозь них просматриваются голубое небо, звезды. Для типичной системы облаков теплого фронта характерна достаточно четкая последовательность смены форм облаков во времени и пространстве. Облака верхнего яруса Ci (часто Ci unc.) и Cs системы те- плого фронта появляются первыми на расстоянии 800–1000 км перед линией фронта (рис. 3.1). В дальнейшем, по мере при- ближения линии фронта к месту наблюдения, Cs сменяются As, из которых по мере уплотнения начинают выпадать осадки. Летом осадки из As испаряются в воздухе, не достигая поверх- ности земли. Снижаясь, As переходят в Ns, что происходит на расстоянии 300–400 км от линии фронта. При осадках под Ns зачастую образуются низкие Frnb, сначала в виде отдельных об- лаков, а затем и в виде почти сплошного слоя. Летом фронтальные облака Ns местами могут переходить в Cb, a As – в Ас. Если теплый воздух достаточно сухой и восходя- щие движения слабо развиты, вся фронтальная система может выродиться в одну гряду высоких облаков. В стадии формирования, как и в стадии распада, фронтальная система характеризуется облаками верхнего и среднего ярусов. 29 Мезосистемы облаков в пределах макросистемы теплого фронта наблюдаются чаще всего в следующих случаях. 1. В передней ее части в виде гряд (полос) Ci и Cs, отделенных участком ясного (малооблачного) неба от основного массива. В такой гряде по мере прохождения ее через пункт наблюдения происходит сначала увеличение и уплотнение облачности, а за- тем уменьшение и утончение облачности. Ясное (малооблачное) небо, появляющееся после прохождения этой мезосистемы, мо- жет сохраняться в пункте наблюдения несколько часов. 2. Часто мезосистемы отмечаются в зоне наибольшего па- дения давления (в зоне наибольших значений отрицательной барической тенденции) на расстоянии 100–300 км от линии фронта. При этом наблюдается следующая фронтальная по- следовательность смены форм: тонкие As быстро переходят в плотные As, затем появляются низкие Ns, с которыми связаны и наиболее интенсивные осадки. Вскоре высота облаков резко увеличивается. Создается впечатление, что фронт уже прошел, однако основная зона облаков, связанная с линией фронта, приходит несколько позднее. Иногда система облаков теплого фронта (на отдельных участках) состоит из двух-трех таких бо- лее плотных параллельных полос. Появление облаков Cb на теплом фронте в летнее время по существу также означает появление мезосистемы, которая мо- жет сопровождаться и грозами, и ливнями. Таким образом, макросистема облаков теплого фронта мо- жет включать несколько мезосистем, в каждой из которых на- блюдается своя последовательность изменения количества и высоты облаков, нарушающая типичную фронтальную после- довательность. Единой облачной системы, представляемой на типичных схемах, т. е. с постепенным увеличением облачности и снижением высоты облаков к линии фронта, в этих случаях не наблюдается. В мезосистемах преобладают переходные формы облаков в результате действия процессов различного масштаба и различной активности. |