Атлас облаков. Ббк 26. 233Удк 551. 5 А92
 Скачать 3.5 Mb.
|
|
4.3 Облачность над морскими акваториями Особенности формирования и развития облаков над морями обусловлены различиями термовлажностных характеристик разных участков водной поверхности. С одной стороны, сущеc- твенно большее испарение с поверхности моря по сравнению с испарением с поверхности суши приводит к накоплению в при- водном слое водяного пара, т. е. к повышению влажности при- легающих слоев воздуха и как следствие к понижению уровня конденсации и высоты нижней границы облаков. С другой сто- роны, ослабление конвективных движений над морем, связан- ное с увеличением устойчивости стратификации атмосферы, приводит к понижению высоты верхней границы облаков, что обусловливает меньшую развитость (толщину) облачного по- крова, особенно облаков кучевообразных форм. Слоистые и слоисто-кучевые облака. Над холодными мор- скими водами, на которые поступает более теплый воздух, обра- зуются низкие слоистые и слоисто-кучевые облака, занимающие значительные площади. При слабом ветре такие облака опуска- ются до нескольких десятков метров, а иногда и до поверхности воды. При воздушных потоках с моря слоистая облачность выно- сится на побережье и проникает на 5–10 км в глубь суши. Летом в дневное время слоистые облака над сушей либо рассеиваются, либо трансформируются в слоисто-кучевые. И наоборот, при пе- реходе с суши на морскую поверхность слоистые облака зачастую переходят в слоисто-дождевые. При смещении слоисто-кучевых облаков с суши на морскую поверхность они в ряде случаев транс- формируются в слоисто-кучевые вымеобразные (Stratocumulus mammatus). Высота их нижней границы при этом понижается. Кучевые и кучево-дождевые облака. В холодный период при переходе с поверхности суши на более теплую поверхность моря водность этих облаков увеличивается и происходит снижение высоты их нижней границы. При поступлении холодного воз- духа на более теплую водную поверхность над морем образуются Сu hum. и Сu med., а при отсутствии низких задерживающих сло- ев развиваются Сu cong. и Cb, правда, без наковальни. Для каж- дой из этих форм облаков характерны относительно одинаковые структура и толщина (меньшая, чем над сушей), а также более низкое расположение. Поскольку суточный ход температуры во- 43 дной поверхности практически отсутствует, можно сделать за- ключение, что отмеченные формы облаков могут наблюдаться одинаково часто и днем и ночью. Из-за низкого положения нижней границы кучево-дожде- вых облаков и отсутствия орографических препятствий грозы над морями часто сопровождаются возникновением смерчей. Бризовый пояс облаков. Образование облаков над прибреж- ной частью моря в пределах бризовой зоны протекает под влия- нием бризовой циркуляции. Ширина бризовой зоны в умерен- ных широтах составляет около 10 км (по устьям рек – до 30 км). Границей, отделяющей открытое море от бризовой зоны, явля- ется бризовый пояс облаков. В умеренной зоне этот пояс по наблюдениям с берега имеет вид узкой непрерывной цепи слоистых и/или кучевых облаков, тянущейся над морем на расстоянии 15–20 км от берега. Ши- рина бризового пояса, в пределах которого облака расположе- ны довольно хаотично, достигает 5 км. Для облаков бризового пояса характерно наличие узких столбов — взбросов, иногда грибовидных вершин, боковых наростов и других быстро меня- ющихся деталей. Бризовый пояс возникает рано утром, вскоре после восхода солнца, как только над морским (дневным) бризом появляется антибризовый поток, направленный с суши на море. С усилением морского бриза начинается разрушение обла- ков бризового пояса и более активное образование облаков над берегом. Нередко, однако, пояс облаков сохраняется в течение всего дня. На побережьях дальневосточных морей России в по- слеполуденные часы облака бризового пояса (разорванно-слои- стых и слоистых форм) выносятся на берег и вследствие ночного понижения температуры воздуха нередко переходят в туман, что существенно ослабляет береговой (ночной) бриз. В средних широтах облака бризового пояса достигают лишь стадии Сu med., редко стадии Сu cong., но они никогда не пере- ходят в Cb. Над участком моря между бризовым поясом и бере- гом облака в условиях бризовой циркуляции не возникают. При отсутствии бризовой циркуляции, например при про- хождении фронта, различия в формах облаков над морем, при- брежной зоной и побережьем исчезают. Низкие кучево-дождевые плоские облака полярных и даль- невосточных морей. Для побережий полярных и дальневосточ- ных морей, особенно в холодное время года при воздушных потоках с моря, характерны низкие кучево-дождевые плоские облака, которые не распространяются выше 1,5–2 км и не имеют признаков наковальни. Из таких Cb обычно выпадает кратковременный, но интенсивный ливневый снег или крупа (снежные «заряды»). Такими же «зарядами» в теплое время года выпадает мелкокапельный ливневый дождь. Рассмотренные территориальные особенности облаков от- носятся к облакам нижнего яруса. Что же касается облаков среднего и особенно верхнего ярусов, то над морем они не имеют заметных особенностей. Не наблюдается также форм облаков, которые являлись бы исключительно морскими. 5 АТМОСФЕРНЫЕ ЯВЛЕНИЯ С динамикой и эволюцией облаков (поля облачности) связан ряд атмосферных явлений, представляющих несомненный ин- терес как для наблюдателя, так и для прогнозиста. Наиболее характерными атмосферными явлениями, свя- занными с облаками, являются осадки различных видов и раз- личного агрегатного состояния. Так, обложные осадки в течение всего года выпадают из Ns (а зимой и из As) облачной системы Cs–As–Ns, связанной с прохождением теплых фронтов, фрон- 44 тов окклюзии по типу теплого фронта и холодных фронтов пер- вого рода. Характерной особенностью обложных осадков явля- ется значительная продолжительность их выпадения (12–24 ч, в отдельных случаях до нескольких суток) и относительно рав- номерное изменение их интенсивности. Значительные облож- ные осадки и увеличение барических градиентов при прохожде- нии атмосферных фронтов зимой способствуют возникновению метелей, а при выпадении переохлажденного дождя может об- разоваться сильный гололед. Моросящие осадки характерны для слоистых облаков, рас- полагающихся в теплых секторах циклонов и малоградиент- ных барических полях. Они ухудшают метеорологическую дальность видимости на длительное время, особенно в холодное время года при адвекции морского теплого влажного воздуха на холодную подстилающую поверхность. С этим процессом часто связаны адвективные туманы, также отличающиеся большой интенсивностью и продолжительностью. Осадки ливневого характера выпадают из Cb летом в виде крупнокапельного дождя, зимой – в виде ливневого снега. От- личаются большой интенсивностью, резким нарастанием ее и столь же резким ослаблением. Продолжительность ливневых осадков, как правило, не превышает 3–6 ч, в редких случаях может достигать 12–15 ч. При выпадении ливневого дождя ча- сто наблюдается радуга. При интенсивном развитии конвекции в теплое время года с кучево-дождевыми облаками связаны выпадение града и воз- никновение грозы, а в низких широтах – образование смерчей – интенсивных мелкомасштабных вихрей под облаками Cb, об- ладающих огромной разрушительной силой. Нередки случаи, когда при малых значениях влажности нижних слоев воздуха осадки различных видов могут не дости- гать поверхности земли вследствие испарения. Тогда под основ- ным слоем облаков видны их полосы падения. С безоблачным (или малооблачным) состоянием неба связа- но образование радиационных туманов и туманов испарения. Радиационный туман возникает, как правило, в ночное или утреннее время при безоблачном (малооблачном) состоянии неба вследствие радиационного выхолаживания подстилающей поверхности. После восхода солнца поступающая солнечная радиация способствует рассеянию тумана, который при опреде- ленных условиях преобразуется в St fr. Туманы испарения образуются при поступлении холодного воздуха на открытую более теплую поверхность воды. Холодный воздух очень быстро смешивается со сравнительно теплым вла- гонасыщенным слоем приводного воздуха, и образуется туман. В арктической зоне туманы возникают на определенном удале- нии от берега, характеризуются большой продолжительностью и распространяются на несколько сотен километров в сторону моря. Непосредственно у берега при ветре с суши туманы редки. Чрезвычайно широк спектр оптических явлений в атмос- фере, связанных с преломлением, отражением и дифракцией солнечного (лунного) света на взвешенных в воздухе либо па- дающих ледяных кристаллах. Кроме радуги часто наблюдает- ся радужная окраска краев облаков и отдельных их участков (иризация). При наличии Cs часто наблюдается гало, при Ас – венцы. 6 КОСМИЧЕСКИЕ СНИМКИ ОБЛАЧНОСТИ Одним из наиболее традиционных и важных направлений из- учения атмосферы Земли из космоса является исследование гло- бальных и региональных полей облачности. Анализ получаемых данных показал, что закономерности формирования, эволюции и перемещения облачных образований, связанных с циклонами, атмосферными фронтами и внутримассовыми процессами, опре- 45 деленным образом проявляются в особенностях структуры и вза- имного расположения облаков. В процессе обработки (дешифрирования) спутниковых снимков облачности выявляются облачные образования, на- ходящиеся на различных стадиях развития и состоящие из об- лаков разных форм, видов и разновидностей, что дает возмож- ность использовать космические изображения (снимки) для уточнения и конкретизации облачной обстановки, полученной по данным наземной сети наблюдений. Поступающая с метеорологических искусственных спутни- ков Земли (МИСЗ) информация о состоянии облачного покро- ва применяется как в оперативной работе службы погоды при решении задач синоптического анализа и прогнозирования по- годных условий, так и для климатического обобщения сезонно- широтных закономерностей распределения общего количества облачности и облаков различных форм. 6.1 Эволюция фронтальных облачных систем При анализе и краткосрочном прогнозировании развития атмосферных процессов по серии последовательных снимков вы- являются характерные признаки эволюции облачных структур и направления их перемещения. Признаком активного фронтогенеза и формирования облач- ной полосы является возникновение перистых облаков, вытяну- тых в направлении ветровой зоны (рис. 6.1). В начальный момент облачность неплотная, сквозь нее просматриваются нижележа- щие облака слоистообразных и кучевообразных форм. В даль- нейшем облачность уплотняется, формируется облачная полоса с резко очерченной границей со стороны холодного воздуха. Размывание фронтальной облачной полосы происходит в том случае, когда ее передний край выгибается в направлении, об- ратном движению фронта, и выглядит на снимке более четким и ровным. 6.2 Образование облачных вихрей Признаком образования вихря на фронтальной облачной полосе является наличие в области волны плотной и яркой об- лачности, резко очерченной со стороны холодного воздуха и вы- гибающейся в сторону теплого воздуха (рис. 6.2). Облачные вихри возникают там, где появляются изолиро- ванные компактные облака, напоминающие «шапку» Сb, край которой, обращенный в сторону холодного воздуха, выпуклый и резко очерчен. В процессе окклюдирования циклона часто создается слож- ный рисунок облачного покрова, состоящего из нескольких об- лачных образований, соединенных друг с другом. Если облачная полоса теплого фронта смещается медленно, а точка окклюзии в соответствии с движением холодного фронта – быстро, то около нее последовательно образуются несколько частных облачных вихрей (рис. 6.3). Активизация облачного вихря происходит в том случае, если в его систему поступает новая порция теплого влажного воздуха, что проявляется на снимках облачности в виде плот- ной перистой облачности. Облачному вихрю может соответствовать циклон в сред- ней тропосфере, в то время как у поверхности земли замкнутой циклонической циркуляции не наблюдается. Облачное поле, предшествующее образованию такого вихря, состоит из обла- ков слоистообразных и кучевообразных форм, накрытых пеле- ной перистых. Облака образуют отдельные изогнутые полосы Сb (рис. 6.4). Вторичные облачные вихри формируются в тыловых частях циклонов из облаков кучевообразных форм (рис. 6.5). 46 Рисунок 6.1 – Фронтальная об- лачная система имеет ярко выра- женную спиралевидную струк- туру, сформированную под вли- янием циклонической цирку- ляции воздуха. В средней части снимка хорошо прослеживается образование фронтальной вол- ны, проявляющееся в появле- нии волнового изгиба. Как пра- вило, этот процесс характерен для малоподвижных (стацио- нарных) холодных фронтов. Рисунок 6.2 – Облачный вихрь молодого циклона состоит из двух спиралевидных облачных полос теплого и холодного фрон- тов, разделенных безоблачной прослойкой. На юго-восточной периферии циклона прослежи- вается облачный вихрь вторич- ного (частного) циклона, облач- ные спирали которого состоят из массива кучево-дождевых об- лаков. Рисунок 6.3 – При благопри- ятных условиях в тропосфере образуются несколько моло- дых циклонов, связанных од- ной фронтальной системой. Такие циклоны достаточно под- вижны и перемещаются по на- правлению потока в средней тропосфере. Рисунок 6.4 – Система облаков заполняющегося циклона в це- лом сохраняет вихревую струк- туру, однако облачные спирали атмосферных фронтов состоят из отдельных облачных обра- зований. Эта облачность пред- ставляет собой кучевообразные облака, хаотично разбросанные в области циклона. В тылу ци- клона прослеживаются облач- ные полосы вторичных холод- ных фронтов. 47 На периферии облачных вихрей могут формироваться вол- ны, которые впоследствии отделяются от основного вихря. Эти волны, как правило, возникают на теплых атмосферных фрон- тах и имеют округлую или эллипсовидную форму с отчетливо выраженной полосной структурой (рис. 6.6). 6.3 Перемещение облачных систем и атмосферных фронтов Исследование динамики облачных образований по серии последовательных снимков облачности представляется весьма важным при анализе облачной обстановки. Облачный вихрь, имеющий спиралевидную структуру, перемещается вдоль вектора, направленного от центра безоб- лачной зоны к центру массива наиболее мощной облачности в пределах облачной спирали. Для оценки направления смеще- ния облачного вихря следует использовать выбросы перистых облаков, которые указывают на направление перемещения об- лачного вихря (рис. 6.7). Облачные вихри, связанные с южными циклонами (цикло- нами, смещающимися на север и северо-восток), перемещают- ся в направлении выпуклости шапки, форму которой обычно имеют Сb. Облачная полоса теплого фронта имеет наибольшую гори- зонтальную протяженность (до 1000 км) на начальных стадиях развития циклона (до начала процесса окклюдирования) и со- стоит из облаков слоистых форм (рис. 6.8). Облачная полоса холодного фронта выгибается в сторону теплого воздуха. Чем больше ее кривизна, тем быстрее облач- ная полоса смещается в направлении нормали, проведенной из центра безоблачной зафронтальной зоны к фронтальной облач- ной полосе. Если профиль облачной полосы меняется (умень- Рисунок 6.5 – Облачная си- стема холодного фронта 2-го рода представляет собой до- вольно узкую (100–200 км) яркую сплошную полосу куче- во-дождевых облаков. В пред- фронтальной зоне часто наблю- даются линии неустойчивости (линии шквалов), располагаю- щиеся параллельно облачной полосе основного фронта и отде- ленные от нее безоблачной про- слойкой шириной 50–100 км. Рисунок 6.6 – По мере разви- тия циклона облачная система связанных с ним атмосферных фронтов приобретает вполне характерные очертания. Она со- стоит преимущественно из слои- стообразной облачности теплого фронта, кучево-образной облач- ности холодного фронта и обла- ков теплого сектора. 48 Рисунок 6.7 – Циклонический вихрь в стадии максимального развития имеет три облачные спирали, сходящиеся в одной точке. Они соответствуют тепло- му, холодному фронтам и фрон- ту окклюзии и имеют большую яркость на снимке. По мере ок- клюдирования циклона облач- ная спираль фронта окклюзии удлиняется и плавно переходит в облачную спираль холодного фронта. Рисунок 6.8 – В верхней части облачной системы теплого фрон- та расположены перисто-слои- стые облака, имеющие большую яркость изображения. В перед- ней части облачной полосы часто наблюдается выброс (шлейф) пе- ристых облаков, ориентирован- ный по направлению воздушного потока. В окклюдированном ци- клоне облачная полоса теплого фронта сокращается и приобре- тает антициклонический изгиб. Рисунок 6.9 – При неустойчивой стратификации воздушной мас- сы за основным холодным фрон- том наблюдается облачность вторичных холодных фронтов в виде прерывистых изогнутых гряд конвективных облаков. В зависимости от степени неу- стойчивости и влагосодержания холодного воздуха ширина об- лачных полос колеблется в пре- делах 50–100 км. Рисунок 6.10 – Облачная поло- са фронта окклюзии шириной около 250–300 км имеет спи- ралевидную форму. Передняя часть облачной полосы более размытая, чем тыловая, в кото- рой могут образовываться гряды или скопления конвективных облаков. За основной облачной полосой видна темная спирале- образная полоса безоблачного неба. Точка окклюзии обычно располагается в самой широкой части облачной спирали. 49 шается кривизна или появляется выпуклость в сторону холод- ного воздуха), то на этом участке скорость движения облачной полосы снижается (рис. 6.9). По облачности можно также определить направление пере- мещения фронта окклюзии, которое определяется на участ- ке, где структура облачности в пределах облачной полосы и за фронтом более или менее однородна. Данный участок фронта движется вдоль вектора, перпендикулярного к фронтальной об- лачной полосе (рис. 6.10). Таким образом, анализ космических снимков облачности позволяет уточнить и конкретизировать облачную обстановку, определенную по данным наземных наблюдений, а также полу- чить обобщенную информацию об облачности на значительной территории. 7 РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ СНИМКИ ОБЛАЧНОСТИ Радиолокационные наблюдения за облачным покровом по- зволяют определить наличие и структуру системы облаков в радиусе до 200 км от места установки метеорологического ра- диолокатора (МРЛ). При этом с помощью МРЛ, фиксирующего отраженные сигналы от облаков (радиоэхо), можно получить данные о горизонтальной протяженности облачной системы, наличии зон с градом, грозой и ливнем в радиусе 150–200 км летом и 50–90 км зимой, а о мощных кучевых облаках без осад- ков – в радиусе 40–50 км и 10–20 км соответственно. Слоисто- дождевые облака МРЛ обнаруживает на расстоянии 90–120 км в летний период и 60–70 км зимой. По данным вертикальных радиолокационных разрезов об- лаков, в частности по высоте радиоэха ( Н) и отражаемости (Z) облаков и осадков, можно судить о форме облаков, наличии или отсутствии осадков. Материалы радиолокационных наблюдений показали, что мезомасштабные поля облаков имеют протяженность порядка 60–100 км и более, а продолжительность существования таких облаков составляет от нескольких до десяти часов. Достоинством радиолокационных наблюдений является то, что они охватывают большую площадь, при необходимости мо- гут проводиться непрерывно, содержат новые сведения не толь- ко об отдельных облаках, но и их системах. Ниже приводятся типовые примеры радиолокацион- ных снимков, характеризующие различные формы мезо- масштабных полей облаков, полученных сотрудниками фи- лиала ГГО – Научно-исследовательского центра дистанци- онного зондирования атмосферы (НИЦ ДЗА) в пос. Воейково (рис. 7.1–7.4). Указанные снимки состоят из трех частей. В правой части этих снимков представлены результаты объемных горизонталь- ных разрезов облаков на индикаторе кругового обзора (ИКО). Эти данные получены метеорологическим радиолокатором типа МРЛ-5 во время непрерывного последовательного обзора про- странства от угла места его антенны 0 до 30° или 60° в зависи- мости от расстояния до облаков. В этой же части рисунков мар- кером со стрелкой выделена зона облака (квадрат), в которой проведен вертикальный разрез. Результаты этого разреза пока- заны в средней левой части рисунков, а над ним (левая верхняя часть рисунка) в более крупном масштабе – зона облака, выде- ленная маркером в правой части рисунка. Положение стрелки на ИКО всех рисунков указывает ази- мутальное направление данного вертикального обзора. Это на- правление можно изменять от 0 до 359°. В левой нижней части рисунков приводится изменение отра- жаемости Z в зависимости от высоты радиоэха облака Н (вели- чина отражаемости lg Z условно обозначена через Nb, отклады- вается по оси абсцисс; высота в километрах — по оси ординат). 50 Рисунок 7.1 – Система обла- ков фронта окклюзии. 17.07.06. 03 ч 50 мин ВСВ. Пунктирная линия, проходя- щая вблизи поселка Новая Ла- дога, удалена от МРЛ на 100 км. 51 Рисунок 7.2 – Система об- лаков холодного фронта. 23.06.06. 12 ч 50 мин ВСВ. Первое пунктирное кольцо – удаление 50 км, второе – 100 км. 52 Рисунок 7.3 – Внутримассо- вые конвективные облака. 20.07.06. 12 ч 54 мин ВСВ. Первое пунктирное кольцо – удаление 50 км. второе – 100 км. 53 Рисунок 7.4 – Система слои- стообразных облаков тепло- го фронта. 15.07.06. 2 ч 50 мин ВСВ. Первое пунктирное кольцо – уда- ление 100 км. второе – 200 км. 54 Величина отражаемости облака Z зависит от числа капель и их диаметра в облучаемом МРЛ объеме облака. Здесь же показана красная горизонтальная линия, которая характеризует высоту изотермы О °С, получаемой по данным радиозондирования ат- мосферы. Слева от рисунков помещена таблица, в которой указаны номер каждого обзора МРЛ и время его проведения, а выше нее – градации lg Z и соответствующие им цвета. На рис. 7.1 показана облачная система фронта окклюзии – слоисто-дождевые облака, простирающиеся с севера на юг почти на 200 км, высота радиоэха которых достигала 8 км. Наличие радиоэха до земли в средней левой части рисунка сви- детельствует о выпадении осадков из облака. На рис. 7.2 представлены результаты объемного горизон- тального обзора мезосистемы облаков холодного фронта, сме щающегося с ЮЗ на СВ, состоящей из отдельных очагов куче- во-дождевых облаков. По азимуту 260° в обнаруженной систе- ме наблюдалось развитие грозового облака, высота его верхней границы в 12 ч 50 мин всемирного скоординированного времени (ВСВ) была равна 12 км (на ИКО это облако помечено стрелкой). На рис. 7.3 приводятся результаты наблюдений конвектив- ных облаков до высоты 5 км. Из рисунка следует, что эта мезо- система облаков существенно отличается по структуре от фрон- тальной, приведенной на рис. 7.2. Характеризуется наличием изолированных ячеистых очагов облачности, что типично для внутримассовой конвективной облачности. На рис. 7.4 представлены результаты наблюдений мезосисте- мы облаков теплого фронта, состоящей из слоистообразных об- лаков. Вертикальный разрез этих облаков показывает, что их высота не превышает 5,5 км, а изменение профиля отражаемо- сти с высотой дает основание считать, что слабые осадки из этих облаков не достигают поверхности земли. ɋɇɂɆɄɂɈȻɅȺɄɈȼ |