Атлас облаков. Ббк 26. 233Удк 551. 5 А92
 Скачать 3.5 Mb.
|
|
3.1.2 Системы облаков холодного фронта Система облаков холодного фронта располагается в основ- ном за приземной линией фронта, ширина ее не превышает 500–600 км. Когда холодный воздух распространяется в сторону тепло- го воздуха, то теплый воздух может либо плавно, упорядоченно подниматься, скользя по клину холодного воздуха, либо под- ниматься «порциями» в виде конвективного потока при вытал- кивании его вторгающимся холодным воздухом. В некоторых случаях эти виды движения могут существовать одновременно. Рисунок 3.1 – Система облаков теплого фронта. 30 Однако и при этом преобладает один из видов вертикального движения: либо плавное восхождение теплого воздуха, либо конвективный подъем, что определяет характер холодного фронта. В зависимости от скорости перемещения, степени неустой- чивости и влагосодержания теплого воздуха, а также характера воздушных потоков над фронтальной поверхностью различают холодные фронты двух родов. Холодный фронт первого рода – медленно движущийся фронт с преобладающим упорядоченным поднятием теплого воздуха над вторгающимся клином холодного воздуха. Облач- ная система этого фронта сходна с системой облаков теплого фронта, однако ее ширина сравнительно невелика и формы об- лаков расположены в обратном порядке (рис. 3.2). Если теплый воздух достаточно неустойчив, перед линией фронта образуются кучево-дождевые облака, дающие ливне- вые осадки. После прохождения Cb заметного прояснения не наблюдается. Основная зона обложных осадков из Ns распо- лагается уже за линией фронта. По мере дальнейшего надви- жения облачной системы Ns переходят в As, осадки прекра- щаются и, наконец, наступает прояснение. Нередко после As наблюдаются также Cs. Под Cb и Ns часто наблюдаются Frnb, которые в осенне-зимний период нередко могут замаскировать всю облачную систему. Холодный фронт второго рода – быстро движущийся хо- лодный фронт. Теплый воздух, натыкаясь на быстро движу- щийся и обладающий относительно большим углом наклона клин холодного воздуха, поднимается вверх не плавно, а не- упорядоченно, «порциями», в результате чего образуется кон- вективная облачность. Важную роль при этом играет неустой- чивость воздушной массы, что благоприятствует развитию конвективных движений. Полоса наиболее мощных облаков и осадков располагается непосредственно перед линией фронта (рис. 3.3). Основной формой облаков в облачной системе холодного фронта второго рода являются кучево-дождевые. Незадолго до появления Cb могут наблюдаться Ас, иногда сменяющиеся по- лосой As, и изредка Сс в сочетании с Ci. Одновременно с над- вигающимися Cb могут присутствовать и другие облака всех ярусов: Сu, Frnb, Ac, As, Сс, Ci. Перед холодным фронтом второго рода иногда появляются Ac lent, и Сс lent., которые возникают примерно за 100 км перед Cb. Ширина зоны Cb также составляет около 100 км. Таким об- разом, в сравнительно узкой зоне вблизи линии фронта наблю- дается большое разнообразие облаков, обусловленное мощной конвекцией, охватывающей практически всю тропосферу (до 7—9 км). Рисунок 3.2 – Система облаков холодного фронта первого рода 31 Рисунок 3.4 – Система облаков фронта окклюзии по типу теплого фронта. 3.1.3 Системы облаков фронта окклюзии Фронты окклюзии (сложные фронты) образуются при смы- кании холодного и теплого фронтов. Облачная система, связан- ная с этими фронтами, является наиболее сложной. Она включа- ет в себя не только сомкнувшиеся системы холодного и теплого фронтов, но также и систему нижнего фронта, возникшую в ре- зультате нового взаимодействия масс на фронте окклюзии. В зависимости от характера взаимодействия облачная си- стема фронта окклюзии может быть похожей или на систему те- плого фронта (рис. 3.4), или на систему холодного фронта (рис. 3.5), но меньшую по своей протяженности. Рисунок 3.3 – Система облаков холодного фронта второго рода. Если кучево-дождевые облака перед холодным фронтом раз- виваются очень интенсивно, то их прохождение сопровождает- ся усилением ветра, шквалами, ливнями, грозами. Вдоль линии холодного фронта облака Cb обычно не обра- зуют сплошной стены, а группируются в мезосистемы, разде- ленные разрывами. Вместе с Cb могут наблюдаться другие, пре- имущественно переходные формы, являющиеся результатом эволюции и распада Cb, например, Ac, As или сочетание Ns–Sc. Во многих случаях мезосистемы облаков наблюдаются так- же на расстоянии 100–200 км перед холодным фронтом, обра- зуя здесь линии шквалов. Кроме того, достаточно типично на- личие мезосистем – рядов Cb с кратковременными ливнями в тылу холодного фронта. На экранах радиолокаторов эти мезо- системы имеют форму длинных полос. 32 Для облачной системы фронтов окклюзии характерно наи- большее по сравнению с системами облаков других фронтов разнообразие в чередовании форм облаков (основных и пере- ходных). Характер облачности этих фронтов усложняется и под влиянием мезосистем, возникающих в условиях сложного про- цесса окклюдирования циклона. 3.2 Внутримассовые системы облаков Внутримассовые системы облаков не связаны с атмосфер- ными фронтами и с восходящим движением воздуха над какой- либо поверхностью раздела. Они образуются в результате взаи- модействия воздушной массы непосредственно с подстилающей поверхностью или в результате адвекции облачных систем из таких барических образований, как циклоны и ложбины. Характер облачности в таких системах определяется степе- нью устойчивости и влажности атмосферного воздуха, наличи- ем или отсутствием слоев инверсий, тепловым состоянием под- стилающей поверхности. Существенную роль играет также характер вертикальных движений. В антициклонах, где преобладают нисходящие дви- жения, часто наблюдается ясная погода или тонкие подынвер- сионные облака St, Sc, Ас. Приносимые сюда из циклонов и ложбин фронтальные облака под влиянием нисходящих пото- ков размываются и утончаются. По признаку температурной стратификации среды различа- ют системы устойчивых и неустойчивых воздушных масс. Для устойчивых воздушных масс характерны волнистоо- бразные (слоистые и слоисто-кучевые) облака, горизонтальная протяженность которых может достигать нескольких сотен, а иногда и тысяч километров. Большое значение имеет также ра- диационное выхолаживание верхней границы облачности. В зависимости от влагосодержания воздуха, степени его устойчивости, а также длительности процесса выхолаживания образующиеся облака могут иметь различную высоту нижней границы и различную вертикальную мощность. Для неустойчивых воздушных масс характерны конвектив- ные (кучевые и кучево-дождевые) облака. Количество и мощ- ность конвективных облаков в неустойчивой воздушной массе зависят от степени ее неустойчивости, влагосодержания воз- духа, отсутствия или наличия инверсий, скорости конвектив- ных движений. Конвективные облака неустойчивой воздушной массы имеют достаточно четкий суточный ход: минимальное количество облаков наблюдается ночью, максимальное – днем, в 15–16 ч. При значительной неустойчивости возникшие утром Рисунок 3.5 – Система облаков фронта окклюзии по типу холод- ного фронта. 33 Cu hum. развиваются и последовательно переходят в Сu cong. и Cb. Если неустойчивость воздушной массы невелика, Сu hum. в Cb не развиваются. 3.3 Стратосферные и мезосферные облака 3.3.1 Перламутровые облака Перламутровые облака представляют собой очень тон- кие просвечивающие облака, образующиеся на высотах около 22–30 км (см. рис. 1 Введения). По форме они схожи с чечевице- образными, нередко имеют радужную окраску, обусловленную дифракцией света на частицах облаков. Предполагают, что они состоят из мелких переохлажденных капель воды и кристал- лов льда. В сумерках перламутровые облака бывают настолько яркими, что на земле предметы отбрасывают тень. Вечером по мере захода солнца за горизонт расцветка постепенно бледнеет, свечение исчезает. С наступлением утренних сумерек облака снова начинают светиться. Наблюдаются крайне редко, преимущественно в горных странах зимой и в полярных широтах. 3.3.2 Серебристые облака Серебристые, или мезосферные, облака образуются в рай- оне мезопаузы на высотах около 82 км (см. рис. 1 Введения). Похожи на перистые или перисто-слоистые облака очень тон- кой нежной структуры. Отличаются большой яркостью, но пол- ностью прозрачны. Звезды просвечивают сквозь них, не теряя яркости. Имеют характерный шелковистый отлив и голубова- то-белый (серебристый) цвет. Основные особенности наблюдений за серебристыми облака- ми заключаются в следующем: а) наблюдаются только в течение сумерек (вечерних и утрен- них) при освещении их лучами солнца, погруженного под гори- зонт на угол до 8° (гражданские сумерки) и до 18° (астрономи- ческие сумерки). Вечером, с окончанием гражданских сумерек, серебристые облака могут быть видны не только в северной половине неба, где их и следует прежде всего искать, но и вбли- зи зенита и даже несколько южнее. По мере опускания солн- ца сегмент небесного свода, занятый видимыми серебристыми облаками, все больше и больше сокращается. При угле погру- жения солнца 18°, когда видны все доступные глазу звезды, серебристые облака могут наблюдаться только на севере вбли- зи горизонта. В утренние сумерки последовательность явлений обратная; б) наблюдаются только в теплое время года; в) в северном полушарии наблюдаются преимущественно в широтной зоне 50–65°, в южном полушарии отмечаются иногда в более низких широтах. Выделяют 4 типа серебристых облаков. 1. Флёр – тонкая туманообразная пелена. 2. Полосы – размытые и резко очерченные наподобие тон- ких струй. 3. Валы (волны) – ряд резко очерченных параллельных ко- ротких полос. 4. Завихрения – возникают во флёре, полосах и валах. Ха- рактерной особенностью серебристых облаков является доволь- но большая скорость их движения (40–80 м/с). Происхождение и микроструктура этих облаков не ясны. Предполагалось, что они состоят из вулканической пыли, одна- ко оптические явления, типичные для вулканических облаков, при наблюдениях за серебристыми облаками не отмечались. 34 3.4 Эволюция форм облаков. Переходные формы и характерные сочетания Внешний вид облаков настолько разнообразен, что даже самая подробная морфологическая классификация учитывает лишь относительно небольшое число существующих форм. В связи с этим каждое название облаков неизбежно распростра- няется на множество их состояний и для определения формы приходится учитывать несколько ее типичных признаков. Это обязывает техника-метеоролога изучить и использовать в рабо- те подробные описания форм. Каждое облако находится в процессе непрерывной эволю- ции, что еще больше усложняет определение его формы. В свя- зи с непрерывной эволюцией все основные формы, виды и раз- новидности облаков, входящие в классификацию, не следует считать конечными продуктами развития. Это всего лишь наи- более характерные состояния облаков, часто повторяющиеся в процессе эволюции. 3.4.1 Характеристика переходных форм Все известные возможные изменения облаков основных форм в процессе эволюции, приведенные в табл. 3.1, позволя- ют описать основные принципы эволюции, которые необходимо учитывать в практике наблюдений. Они состоят в следующем. 1. В результате эволюции облаков исходной основной фор- мы могут образоваться облака другой основной формы, т. е. определенная доля случаев с облаками основной формы может быть обусловлена эволюцией, а не процессом облакообразова- ния. Так, облака Ci могут возникнуть вследствие эволюции об- лаков Сс или Cs, облака Ас могут образоваться при эволюции облаков Сс, As, Sc и даже Сu, и т. д. Облака, возникшие в процессе эволюции, всегда сохраняют признаки своей «материнской» формы, и внимательный наблю- датель легко отличит их от облаков, возникших в результате процесса облакообразования. Исходная основная форма и фор- ма, возникающая в результате ее эволюции, взаимозаменяемы. Например, если As могут переходить в Ас, то и, наоборот, Ас мо- гут переходить в As. Наибольшее разнообразие взаимных переходов характерно для облаков Sc, которые могут превращаться в облака пяти дру- гих основных форм и возникать из облаков каждой из этих пяти форм. Исходная форма облаков Формы облаков, появляющиеся в процессе эволюции исходной формы Ci Сс Cs Ac As Sc Si Ns Cu Cb Ci + + Сс + + + Cs + + + Ac + + + + As + + + Sc + + + + + St + – – – Ns + + – – (+) Cu + + – – + Cb V V V V V + – (+) – Примечание. В таблице приняты следующие условные обозначения: + (плюс) – возможность указанного изменения формы, – (минус) – невозмож- ность непосредственного изменения формы в пределах нижнего яруса, (+) – воз- можность изменения с образованием переходной формы, V – возможность обра- зования облаков данной формы при распаде Cb. Таблица 3.1 – Изменения основных форм облаков в процессе эволюции 35 2. Облака верхнего и среднего ярусов любой формы могут в результате эволюции перейти в облака любой другой формы в пределах «своего» яруса. Однако возможности изменения форм облаков нижнего яруса уже ограничены, эволюция об- лаков здесь менее разнообразна, за исключением облаков Sc, которые могут переходить в любые другие облака данного яруса. Наименее подвержены эволюции St, имеющие наиболь- шее число невозможных («запретных») переходов в другие формы. Эволюция в пределах одного и того же яруса происходит обычно быстро, в течение одного или нескольких часов, что об- условлено наличием мезопроцессов относительно небольшого распространения. 3. В результате эволюции облака одного яруса могут пере- йти в другой. При этом вид облаков не меняется, т. е. кучевоо- бразные остаются кучевообразными (например. Ас–Sc), а сло- истообразные – слоистообразными (например, Cs–As). Такая эволюция происходит при переходе процесса облакообразова- ния в более высокий или в более низкий слой, что характерно для условий взаимодействия фронтальных облачных систем. 4. При распаде облаков Cb появляется множество облаков других форм, более или менее напоминающих основную форму. Под влиянием общего процесса облакоразрушения (ослабления конвекции) они исчезают вскоре после появления. Нарушение взаимных переходов Сu и Cb, отмеченное в табл. 3.1, связано с особенностью процесса перехода Сu в Cb. Этот переход является необратимым. Он приводит к столь зна- чительным качественным изменениям начальной структуры облаков Cu, на базе которых развиваются Cb, что при распаде Cb первичные структурные образования уже не обнаруживаются. Отмеченная в таблице смена одной формы облаков другой иногда может быть вызвана и общим перемещением облачной системы. Переходными формами облаков называют промежуточные формы между какими-либо двумя основными. Число случаев (сроков наблюдений) с преобладанием переходных форм оказы- вается большим, оно составляет около половины общего числа переходов, и наблюдатели должны это учитывать. Частая повторяемость переходных форм – результат раз- нообразной эволюции облаков, когда они на какое-то время теряют признаки прежней основной формы, не приобретая еще признаков новой формы. Если при этом учесть, что оди- наковая эволюция всех облаков происходит только в усло- виях достаточно активного процесса, тогда как при малой его активности характер эволюции разных облаков может ока- заться различным, то становится очевидным, насколько не- определенной может оказаться форма облаков. Наблюдате- ли нередко сталкиваются с таким видом облачного покрова, когда ни одна фотография в Атласе не отвечает в полной мере картине неба. При наличии Cb, возникающих в слое Ns на теплом фрон- те, наблюдатель вообще не имеет возможности увидеть, какую часть небосвода занимают Cb. Наличие переходных форм, этих промежуточных в морфо- логическом отношении объектов, делает наблюдения за формой облаков наиболее сложным видом метеорологических наблюде- ний. При этом наблюдатель, следуя описанию форм, может поч- ти с одинаковым основанием отнести облака переходной формы к той или иной форме основных форм облаков, так как общих признаков для этого бывает достаточно. Однако в оперативных телеграммах SYNOP для таких обла- ков должна указываться одна форма. В связи с этим в практике наблюдений используется двойная запись, например, Sc (Ns), причем первая форма, как более близкая к данной переходной форме, указывается в телеграмме. 36 3.4.2 Характерные сочетания форм облаков Облака верхнего яруса. Все формы облаков этого яруса могут наблюдаться как в различных сочетаниях между собой, так и совместно с облаками среднего и нижнего ярусов. Довольно часто, особенно при приближении фронтальной облачной системы, облака Ci fib., увеличиваясь по количеству и постепенно закрывая все небо, сменяются Cs. В свою очередь, Cs, уплотняясь и снижаясь, сменяются As. Иногда слой As над- вигается на фоне Cs самостоятельно, без видимой связи с послед- ними. Возможны также ситуации, когда одновременно могут наблюдаться слой Сс и похожий на них слой нижележащих Ас. В теплое время года Ci sp. часто сочетаются с грозовыми Cb. На ранней стадии образования, когда еще видна непосредствен- ная связь перистых облаков с разрушающимися Cb, Ci sp. могут быть достаточно плотными, но постепенно становятся более раз- реженными. Если связь перистых облаков с разрушающейся вершиной Cb очевидна и образовавшиеся перистые облака еще сохраняют очертания наковальни, то их принято считать грозовыми (по- слегрозовыми) — Ci ing. Иногда эта разновидность облаков об- разуется из еще не разрушающихся (развитых) Cb inc., когда ветер на высотах «срывает» части наковальни. В антициклонах, где преобладают внутримассовые системы облаков, облака верхнего яруса часто наблюдаются в сочетании с Сu и Cb. Облака среднего яруса. Высококучевые облака могут наблю- даться одновременно с высокослоистыми или переходить в них и, наоборот, Ас могут образоваться из покрова As при его раз- рушении вследствие возникновения воздушных волн на уровне облачного слоя. Уплотняясь и понижаясь, Ас могут перейти в облака Sc, с которыми они имеют много общих черт. Облака нижнего яруса. Слоисто-кучевые облака могут на- блюдаться одновременно с высококучевыми. Ряд разновид- ностей Sc cuf. образуется при разрушении Сu или Cb. Однако и сами Sc при усиливающейся конвекции могут развиваться в кучевые облака, что особенно часто происходит с Sc cast. При приближении фронта Sc могут смениться Ns. Наоборот, при ос- лаблении процессов конденсации после прохождения облачной системы Ns могут перейти в Sc. При ослаблении волновых дви- жений и наличии турбулентного перемешивания нижних слоев атмосферы и возникновении в них инверсий Sc могут перейти в St. Летом при интенсивном прогреве и развитии конвекции St (St fr.) могут преобразоваться в кучевые облака. Облака вертикального развития. Кучевые облака, разви- ваясь, могут превратиться в кучево-дождевые. Иногда Сu и Cb наблюдаются одновременно. Весной и летом облака Сu могут наблюдаться на фоне любых других облаков, если эти облака не препятствуют прогреву поверхности земли и развитию дневной термической конвекции. |