Реферат. Реферат по облакам. Классификация и характеристики облаков

• Название: Классификация и характеристики облаков
• Анкор: Реферат
• Дата: 07.12.2021
• Размер: 112.5 Kb.
• Имя файла: Реферат по облакам.doc
• Тип: Реферат; #295658

РЕФЕРАТ

по дисциплине «Авиационная метеорология»

на тему: «Классификация и характеристики облаков»

ОГЛАВЛЕНИЕ

1. Классификация облаков 4

1.1 Морфологическая классификация 4

1.2 Генетическая классификация 4

2. Микрофизическая характеристика облаков 11

Заключение 14

Список использованных источников 15

ВВЕДЕНИЕ

Облака являются результатом конденсации водяного пара в атмосфере. Они возникают при сложных атмосферных процессах различного масштаба, от молекулярного до макромасштаба (синоптические процессы). Облака связаны динамикой атмосферы. Как и у многих атмосферных процессов, эта связь взаимная. Ещё более существенна в динамике атмосферы роль облаков нижнего и среднего яруса.

Облака представляют собой системы капель воды, кристаллов льда или тех и других элементов, взвешенных в атмосфере на некоторой высоте над земной поверхностью. Они возникают в результате термодинамических процессов, приводящих водяной пар к конденсации и сублимации. По форме, горизонтальной и вертикальной протяжённости облаков можно косвенно судить о причинах облакообразования, о процессах, происходящих в облаках, а следовательно, и об условиях полётов в них. Для образования облаков необходимо пересыщение воздуха водяным паром и наличие ядер конденсации. Пересыщение возникает вследствие понижения температуры воздуха ниже точки росы или благодаря дополнительному притоку влаги.

Основной задачей реферата является изучение различных классификаций облаков, которым присущи те или иные признаки.

Для реализации поставленной цели в ходе выполнения данной работы будут рассмотрены научные работы, а также учебные пособия по авиационной метрологии, авторы которых описывают различные характеристики облаков, а также классифицируют их в зависимости от высоты расположения нижней границы и внешнего вида (морфологическая классификация), разделяют по условиям образования (генетическая классификация) и микрофизической структуре.

1. Классификация облаков

1.1 Морфологическая классификация

В зависимости от высоты расположения нижней границы и внешнего вида (морфологическая классификация) все облака подразделяются на четыре группы:

I. Облака верхнего яруса ‒ нижняя граница более 6 км:

перистые, Cirrus (Ci) ‒ , ;

перисто-слоистые, Cirrostratus (Cs) ‒ , , ;

перисто-кучевые, Cirrocumulus (Cс) ‒ .

II. Облака среднего яруса ‒ нижняя граница от 2 до 6 км:

высокослоистые, Altostratus (As) ‒ (плотные), (тонкие);

высококучевые, Altocumulus (Ac) ‒ (тонкие), (распространяющиеся по небу), (плотные), (чечевицеобразные), (башенкообразные или хлопьевидные);

III. Облака нижнего яруса ‒ нижняя граница менее 2 км:

слоисто-дождевые, Nimbostratus (Ns) ‒ ;

разорвано-дождевые, Fractonimbus (Fr nb) - ;

слоисто-кучевые, Stratocumulus (Sc) ‒ ;

слоистые, Stratus (St);

разорвано-слоистые, Fractostratus (Fr st) ‒ .

IV. Облака вертикального развития ‒ нижняя граница менее 2 км, верхняя граница ‒ в среднем или верхнем ярусе:

кучевые, Cumulus (Cu) ‒ ;

мощно-кучевые, Cumulus congestus (Cu cong) ‒ ;

кучево-дождевые, Cumulonimbus (Cb) ‒ (лысые), (с наковальней) [1, с. 10-11].

1.2 Генетическая классификация

По условиям образования (генетическая классификация) облака подразделяются на три группы:

I. Кучевообразные облака

Причина образования ‒ различные виды конвекции. К ним относятся: кучевые, мощно-кучевые, кучево-дождевые, высококучевые башенкообразные или хлопьевидные и перисто-кучевые облака.

Кучевые облака ‒ это небольшие облачные массы белого цвета, разбросанные по небу в виде куч. Нижнее основание облаков плоское на высоте 800…1500 м, вершина ‒ выпуклая на высоте 2…3 км. Состоят из капель воды, осадков не дают. Над континентом кучевые облака образуются преимущественно в тёплое время года. Обычно они появляются в 10…12 часов, в 14…15 достигают максимального развития и к вечеру размываются. Малоразвитые по вертикали, плоские кучевые облака называются «облаками хорошей погоды». Полет под облаками и в облаках сопровождается слабой болтанкой, т.к. скорость восходящих потоков 2…5 м/с. Облака располагаются ниже нулевой изотермы, поэтому обледенение в них не наблюдается.

Мощно-кучевые облака ‒ образуются из кучевых облаков. При большой влажности воздуха (α > 10 г/м) и благоприятных условиях для развития конвекции кучевые облака развиваются по вертикали, переходят через нулевую изотерму и становятся мощно-кучевыми. Нижнее основание облаков плоское, слегка сероватое или синеватое на высоте 600…1000 м, вершина ‒ куполообразная, белого цвета на высоте 4…6 км. Мощно - кучевые облака могут располагаться в виде отдельных редких облаков или в виде значительного скопления, закрывающего почти все небо. Облака капельно жидкие, но выше изотермы 0°С капли воды находятся в переохлажденном состоянии. Осадки из мощно-кучевых облаков не выпадают. В облаках преобладают восходящие потоки, скорость которых достигает 10…15 м/с. Полёты внутри мощно-кучевых облаков запрещены руководящими документами из-за сильной болтанки по всему облаку и интенсивного обледенения выше нулевой изотермы.

Кучево-дождевые облака ‒ огромные горообразные облачные массы с тёмными основаниями и ярко-белыми вершинами, которые, как правило, имеют волокнистое строение. По вертикали кучево-дождевые облака могут развиваться до тропопаузы, а иногда пробивают тропопаузу и вклиниваются в нижнюю стратосферу. Образуются из мощно-кучевых облаков при абсолютной влажности воздуха более 13 г/м³. При благоприятных условиях для развития конвекции и большом влагосодержании воздуха мощно-кучевые облака продолжают расти вверх, и достигают вершинами высот, где температура воздуха настолько низкая, что в облаках начинают образовываться ледяные кристаллы. Таким образом, микроструктура кучево-дождевого облака смешанная ‒ имеются как капли воды, так и кристаллы льда. Процесс перерастания мощно-кучевого облака в кучево-дождевое происходит очень быстро, иногда в течение 15…20 минут. Признаком такого перерастания может служить изменение формы мощно-кучевого облака. Пока развивающееся облако состоит только из капель воды, оно осадков не дает и имеет резко очерченные контуры. Вершина облаков выглядит подобно головке цветной капусты. Как только верхняя часть облака приобретает кристаллическое строение, оно теряет свои резкие очертания, его края начинают лохматиться, а вершина принимает вид перевернутой метлы (наковальни). Ледяные кристаллы, находясь в соседстве с переохлажденными каплями воды, быстро увеличиваются и начинают выпадать из облака. С момента выпадения осадков облака становятся кучево - дождевыми. Из кучево-дождевых облаков выпадают ливневые осадки в виде дождя, снега, крупы, града. Скорость восходящих потоков в облаке может достигать 30…40 м/с; за счёт ливневых осадков в кучево-дождевых облаках возникают нисходящие потоки со скоростью 10…15 м/с. Развитие кучево-дождевых облаков, и выпадение ливневых осадков часто сопровождается грозами ( ), шквалами ( ) и смерчами ( ).

В зависимости от причин образования, кучево-дождевые облака бывают внутримассовыми и фронтальными. Полет внутри всякого облака опасен и запрещается руководящими документами.

Высококучевые хлопьевидные или башенкообразные облака имеют вид крупных хлопьев, разделённых просветами голубого неба, или башенок, посаженных на одно общее основание. Образуются в тёплое время года, как правило, в утренние часы, когда в средней тропосфере наблюдается неустойчивое равновесие воздуха. НГО составляет 3…5 км, толщина ‒ 200…500 м. Непосредственно на полёт влияния не оказывают, но являются хорошим признаком образования грозы в дневные часы. При этом, чем больше башенок или хлопьев, тем ближе по времени гроза.

Перисто-кучевые облака ‒ белые тонкие облака, имеющие вид очень мелких волн, хлопьев, барашков. Образуются на высоте выше 6 км, состоят из кристаллов льда, толщина облаков 200…300 м. На полёт влияния не оказывают.

II. Слоистообразные облака

Причина образования ‒ восходящее скольжение. К ним относятся: слоисто-дождевые, разорвано-дождевые, высокослоистые, перисто-слоистые и перистые облака.

Слоисто-дождевые облака имеют вид тёмно-серого облачного покрова, как правило, закрывающего всё небо. Высота 300…500 м и менее. Вертикальная мощность колеблется от нескольких сотен метров до нескольких километров. Это смешанные облака с водностью 0,6…1,3 г/м. Из них выпадают обложные осадки - продолжительные, средней интенсивности, занимающие большие площади: 200…300 км по ширине и до тысячи километров по длине. Полёт в таких облаках проходит спокойно, но, выше нулевой изотермы, в облаках, а зимой и в осадках наблюдается обледенение ВС, интенсивность которого зависит от водности облака и температуры воздуха. В осадках НГО размывается и может располагаться на высоте 100 м и ниже, что затрудняет их пробивание при заходе на посадку. Во все сезоны года при полёте в облаках могут возникать значительные электростатические заряды.

Разорванно-дождевые облака представляют собой бесформенные чёрные полосы на общем сером фоне слоистообразной облачности. Причиной их образования является насыщение холодного воздуха (ХВ) обложными осадками, выпадающими из слоисто-дождевых облаков, и динамическая турбулентность, возникающая при движении ХВ по неровностям подстилающей поверхности. Состоят из переохлаждённых капель, иногда ледяных кристаллов. НГО 50…100 м, толщина 100…200 м. Разорванно-дождевые облака затрудняют или исключают взлёт, посадку и визуальные полёты ВС.

Высокослоистые облака представляют собой однородную серую пелену толщиной 1…2 км и имеют большую горизонтальную протяжённость. Солнце и Луна просвечивают через них, как сквозь матовое стекло. Это смешанные облака. Из них могут выпадать обложные осадки, которые до земли доходят только зимой в виде снега. Поэтому зимой ширина зоны осадков увеличивается до 400…500 км. При полётах в высокослоистых облаках наблюдается обледенение ВС, интенсивность которого зависит от водности облака и температуры воздуха. Вероятность обледенения в этих облаках больше в тёплое время года. Видимость в облаках плохая - несколько десятков метров. При длительном полете в них ВС заряжаются статическим электричеством.

Перисто-слоистые облака имеют вид однородной белой или голубоватой пелены, закрывающей всё небо. Толщина облаков от нескольких сотен метров до нескольких километров. Облака состоят из ледяных кристаллов. Солнце и Луна просвечивают через них, образуя белые или радужные круги ‒ гало. Оно служит признаком последующего ухудшения погоды. При полётах в облаках происходит электризация ВС. Видимость хорошая.

Перистые облака ‒ параллельные полосы с загнутыми к верху передними краями в виде крючков или коготков, поэтому они называются крючковидными или когтевидными. Облака кристаллические, осадки из них не выпадают. Толщина облаков от нескольких сотен метров до нескольких километров. Они располагаются впереди линии фронта на расстоянии 800…1000 км и являются предвестниками плохой погоды. Полёт спокоен, видимость хорошая, но при длительном полёте возможна электризация ВС [1, с 13-15].

III. Волнистообразные облака

Образуются за счёт: динамической турбулентности, волновых движений слоёв инверсии и изотермии, радиационного выхолаживания подстилающей поверхности. К ним относятся: слоистые, разорвано-слоистые, слоисто-кучевые, высококучевые и перисто- кучевые облака. По внешнему виду они представляют собой, распространённый по горизонтали, слой облаков в виде гряд или отдельных валов, вертикальное развитие которых характеризуется многослойностью.

Слоистые облака-характерны для холодного времени года. Они образуются под слоем инверсии и имеют вид сплошной серой пелены или разорванных облачных масс. Нижнее основание находится на высоте 100…300 м. Облака могут опускаться до земли и переходить в туман. Из них выпадают моросящие осадки. Полёт в облаках и осадках сопровождается обледенением, интенсивность которого зависит от водности облака и температуры воздуха. Из-за малой высоты слоистые облака затрудняют или исключают взлёт, посадку и визуальные полёты.

Слоисто-кучевые облака имеют вид волнистого тонкого либо плотного облачного слоя. Высота НГО 600…1000 м, а зимой ‒ 300…600 м. Толщина ‒ несколько сотен метров. В холодное время из них могут выпадать осадки в виде слабого снега. В облаках можно встретить слабое или умеренное обледенение и слабую болтанку, которая усиливается к ВГО.

Высококучевые и перисто-кучевые облака располагаются, соответственно, в среднем и верхнем ярусах, особого влияния на полёты не оказывают.

Осадками называют капли воды и кристаллы льда, выпадающие из облаков или оседающие из воздуха на земную поверхность. Основными формами осадков являются: дождь, снег, морось, мокрый снег, снежная или ледяная крупа, снежные зерна, град, ледяной дождь, ледяные иглы. К осадкам, оседающим из воздуха, относятся: роса, иней, изморозь, твердый и жидкий налёт на наветренной стороне вертикально расположенных предметов.

По характеру выпадения осадки делятся на: обложные, выпадающие из системы фронтальных слоисто-дождевых и высокослоистых облаков; ливневые, выпадающие из кучево-дождевой облачности; моросящие, выпадающие из слоистых и слоисто-кучевых облаков [2, c. 71-75].

2. Микрофизическая характеристика облаков

Микроструктура облаков ‒ внутреннее строение облаков. К ней относятся фазовое состояние облачных элементов, их размеры, число облачных частиц в единице объёма. Облака по их микроструктуре делят на ледяные (кристаллические), водяные (капельные) и смешанные (из кристаллов и капель). Чем выше расположены облака, тем ниже температура и тем вероятнее кристаллическая структура, Капли, составляющие водяные облака, имеют радиус 4…25 мкм. В 1 м облака содержится 100…600 капель. Облачные ледяные кристаллы имеют разные размеры и форму, но при низких температурах преобладают ледяные шестиугольные пластинки или призмы размером 10…12 мкм.

Облака верхнего яруса имеют высоту 6 км и более. Верхняя их граница может достигать тропопаузы, а в отдельных случаях даже располагаться в тропопаузе или выше её. Они состоят из очень мелких ледяных кристаллов и имеют, как было выше отмечено, три основные формы ‒ перистые, перисто-кучевые, и перисто-слоистые. Как правило, облака наблюдаются в небольших количествах, но иногда покрывают значительную часть неба, Высота их нижней границы увеличивается с севера на юг, составляя в умеренных широтах 7…10 км. Вертикальная протяженность облаков колеблется от нескольких сотен метров до нескольких километров. Облака кристаллические, осадки из них не выпадают.

Облака среднего яруса состоят из переохлаждённых капель воды, ледяных кристаллов и снежинок. В отдельных случаях из высококучевых облаков могут выпадать капли дождя или снежинки. По своему фазовому состоянию высоко - кучевые облака водяные (44%) и смешанные (44%). Облака, состоящие из ледяных кристаллов, имеют повторяемость 12%. Те облака, из которых выпадают осадки, чаще всего смешанные (68%), ледяные - 10%. Капли, составляющие облако, имеют радиус примерно 5 мкм. Водность облаков низкая: зимой около 0,07 г/м, летом около 0,13 г/м³. Из высокослоистых облаков может выпадать слабый дождь или снег, особенно в тех случаях, когда в верхней части облачного массива имеются ледяные кристаллы. Облака, из которых выпадают осадки, зимой большей частью смешанные (46%), значительная часть их состоит из ледяных кристаллов (44%), в 10% случаев - из капель воды. Независимо от осадкообразующих свойств зимой преобладают ледяные облака (49%), смешанные составляют 36%, капельные ‒ 15%, летом преобладают капельные облака (62%), повторяемость смешанных 30%, ледяных 8%. Водность облаков в холодное время года в среднем равна 0,12 г./м, в тёплое ‒ 0,34 г/м.

Облака нижнего яруса преимущественно состоят из водяных капель. Зимой могут состоять из переохлаждённых капель и кристаллов со снежинками. Слоисто-кучевые облака состоят обычно из капель воды, которые в зимнее время являются переохлаждёнными и, кроме того, имеют примесь кристаллов льда и снежинок. Из сплошных плотных облаков летом иногда может выпадать слабый дождь, а зимой слабый и умеренный снег. Для слоисто-дождевых облаков, представляющих собой сплошные низкие тёмно-серые облачные массы сравнительно однородного вида с некоторой волнистостью. Характерны продолжительные осадки в виде дождя или снега. Слоисто-дождевые облака зимой имеют преимущественно смешанное строение (56%), из водяных капель состоят в 26% случаев, из кристаллов льда в 18%; независимо от осадкообразующих свойств они в 84% смешанные, в 13% водяные, в 3% кристаллические. Летом преобладают водяные облака (75%), независимо от осадкообразующих свойств - смешанные (71%). Фазовое состояние облаков над различными физико-географическими районами разное. Водность облаков изменяется в больших пределах: от 0,6 до 1,3 г/м. Её увеличение связано с каплями дождя и снежинками выпадающих осадков, без учёта последних она равна в среднем в холодное полугодие 0,12 г/м, в тёплое ‒ 0,34 г./м. Слоистые облака, в тёплое время года состоят из мелких капель, зимой - из переохлаждённых с примесью ледяных кристаллов. Из них может выпадать морось, а зимой ‒ мелкие снежинки и снежные зёрна.

Говоря об облаках вертикального развития, отметим, что кучевые облака характерны для лета, однако нередко они образуются весной реже осенью. Зимой их практически не бывает. Лишь в южных широтах при сравнительно высокой температуре и значительной влажности воздуха в это время года могут наблюдаться слабо развитые кучевые облака, состоящие из капель воды, радиус которых 1…20 мкм, водность облаков - 0,11…0,38 г./м; осадков из них не выпадает. Мощные кучевые облака, являющиеся разновидностью кучевых облаков, состоят из капель воды разного размера. В умеренных широтах осадков из них обычно не выпадает, в тропической зоне они могут сопровождаться ливневыми дождями. При благоприятных условиях для облакообразования отдельные облака сливаются друг с другом и с кучевыми облаками, образуя нагромождения облаков разной мощности. Облака состоят из капель разного размера. Водность их на высоте около 500 м от нижней границы в среднем равна 0,32 г/м, на высоте 1000…1200 м от основания облака увеличивается в среднем до 1,65 г/м. Кучево-дождевые облака ‒ это сильно развитые, массивные клубящиеся облака большой вертикальной протяжённости. Вершины облаков проникают в верхнюю тропосферу, где температура воздуха значительно ниже 0 С, поэтому верхняя часть кучево-дождевых облаков состоит из ледяных кристаллов или смеси кристаллов с очень мелкими каплями, в остальной части ‒ из снежинок и капель.

Заключение

Таким образом, в ходе выполнения работы мы достигли поставленной ранее цели – была рассмотрена и изучена классификация облаков в зависимости от их формы, расположения границы нижнего слоя, а также происхождения. Помимо этого, мы рассмотрели основные характеристики (внутреннее строение) облаков, преимущественно, их микрофизическую структуру.

В конце работы также хочется отметить, что безопасность полетов ‒ актуальнейшая проблема авиации. На безопасность полетов влияют многие факторы, в том числе факторы внешней среды, состояния атмосферы, а, следовательно, и облака. Согласно мировой статистике, большая часть авиационных происшествий и предпосылок к ним обусловлена сложными метеорологическими условиями: низкими облаками, облаками вертикального развития, ливневыми осадками, грозами, шквалами [3]. Именно поэтому специалисты-метеорологи, занимающиеся обеспечением авиации, а также летный состав, работники службы движения должны хорошо знать условия формирования облаков и особенности полетов в них.

Список использованных источников

1. Лещенко Г. П., Перцель Г. В., Лещенко Е. Г. Метеорологическое обеспечение полетов: Учебное пособие (3-е изд. перераб. и доп.). Кировоград: ГЛАУ, 2010. ‒ 184 с.

2. Яковлев А. М. Авиационная метеорология / А.М. Яковлев – М.: Книга по Требованию, 2012.

3. Богаткин О. Г. Основы авиационной метеорологии. Учебник. ‒ СПб.: Изд. РГГМУ, 2009 ‒ 339 с.