УЧЕНИЕ ОБ АТМОСФЕРЕ УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ
реклама
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ Кафедра «Охрана труда и промышленная технология» УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО ДИСЦИПЛИНЕ УЧЕНИЕ ОБ АТМОСФЕРЕ Направление подготовки 020800.62 «Экология и природопользование» Профиль «Природопользование» Квалификация: бакалавр экологии и природопользования Формы и срок обучения: очная (4 года полная форма обучения) заочная (4 года полная форма обучения) Курс: 1 Москва, 2009 1 СОДЕРЖАНИЕ 1. Организационно-методический раздел……………………………………… .6 1.1 Цель и задачи дисциплины……………………………………………. …6 1.2 Содержание дисциплины………………………………………………….8 1.3 Объем часов по видам учебной нагрузки………………………………..10 1.4 Тематические планы изучения дисциплины……………………………..11 2. Учебно-методическое обеспечение дисциплины……………………………...12 2.1 Методические указания по выполнению контрольной работы………12 2.2. Методические указания по проведению практических занятий………17 2.3. Вопросы к экзамену……………………………………………………….48 2.4. Основная литература……………………………………………………....51 2.5. Дополнительная литература……………………………………………...52 3.Учебно-практическое пособие………………………………….……………….52 4.Электронное учебно-методическое обеспечение дисциплины………………158 5.Материалы, устанавливающие содержание и порядок проведения текущего и промежуточного контроля знаний………………………………….159 6.Материально-техническое обеспечение дисциплины……………………. …169 2 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ кафедра «Промышленная экология и охрана труда» Рабочая учебная программа дисциплины «УЧЕНИЕ ОБ АТМОСФЕРЕ» Направление подготовки 020800.62 «Экология и природопользование» Профиль подготовки «Природопользование» Квалификация: бакалавр экологии и природопользования Форма и срок обучения: 4 года очная, заочная Курс:1 Москва, 2009г. 3 УДК 551.510.52 Обсуждена и одобрена на заседании кафедры «Промышленная экология и охрана труда» Московского государственного университета технологий и управления (протокол №10 от 26.06. 2009г.). Утверждена на заседании Совета института «Биотехнологий и рыбного хозяйства» Московского государственного университета технологий и управления (протокол № 1 от 28 сентября 2009г.). Составитель: Романенко Александр Иванович – кандидат технических наук, кафедры «Промышленная экология и охрана труда» доцент Рецензенты: Манько Ольга Михайловна – доктор медицинских наук, зав. кафедрой «Промышленная экология и охрана труда» Молодняков Сергей Александрович – кандидат технических наук, начальник Гидрометеорологической службы ВС РФ. Романенко Александр Иванович (Учение об атмосфере): рабочая учебная программа (дополненная). – М.: МГУТУ, 2009. – с.52 Рабочая учебная программа дисциплины «Учение об атмосфере» базовой части профессионального цикла учебного плана составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 020800 «Экология и природопользование» профиль «Природопользование». Рабочая программа предназначена для всех форм обучения. © Московский государственный университет технологий и управления, 2009. 109004, Москва, Земляной вал, 73 ©Романенко Александр Иванович 4 СОДЕРЖАНИЕ 1. Организационно-методический раздел……………………………………….6 1.1 Цель и задачи дисциплины…………………………………………………...6 1.2 Содержание дисциплины……………………………………………………..8 1.3 Объем часов по видам учебной нагрузки……………………………………10 1.4 Тематические планы изучения дисциплины…………………………………11 2. Учебно-методическое обеспечение дисциплины………………………….....12 2.1 Методические указания по выполнению контрольной работы…………..12 2.2. Методические указания по проведению практических занятий………....17 2.3. Вопросы к экзамену………………………………………………………...48 2.4. Основная литература………………………………………………………..51 2.5. Дополнительная литература……………………………………………….52 5 ОПД.Ф.03 Учение об атмосфере Радиационный и тепловой режим атмосферы; атмосферная циркуляция и климатообразование; классификация климатов; изменение климата. 1. Организационно-методический раздел. 1.1. Цель и задачи дисциплины Дисциплина «Учение об атмосфере» имеет целью изучение основных физических законов атмосферы и состоит из двух частей: метеорологии и климатологии. Метеорология – это наука об атмосфере, о ее составе, строении, свойствах и протекающих в ней физических и химических процессах. Теоретической основой метеорологии служат общие законы физики и химии, записанные применительно к атмосфере. Основной задачей теоретической метеорологии является физико- математическое описание состояния атмосферы в данный физический момент времени, установление причинно-следственных связей и закономерностей развития происходящих в ней явлений и процессов. Практическими задачами метеорологии являются: разработка и прогноз метеорологических условий (в том числе и опасных) и обеспечение потребителей разнообразной метеорологической информацией с целью наиболее полного и эффективного использования благоприятных условий погоды и сокращения до минимума ущерба от опасных метеорологических явлений. Курс «Учение об атмосфере» входит в блок общепрофессиональных дисциплин для студентов направления 020800 «Экология представляет собой и природопользование». «Учение об атмосфере» одну из основных фундаментальных наук междисциплинарного характера. Важнейшая составляющая природной среды – атмосфера. Парниковый эффект, проявления глобального потепления, истощение озонового слоя в стратосфере, загрязнение атмосферного воздуха – вот неполный перечень глобальных экологических проблем, для понимания которых необходимы знания о составе и строении атмосферы, о физических закономерностях процессов в ней протекающих, об условиях формирования 6 климата Земли и его изменении – все это является предметом курса «Учение об атмосфере». Использование в метеорологии и климатологии точных физических законов, а сейчас и сложного математического аппарата роднит эту науку с физико-математическими науками. В то же время все атмосферные движения протекают на планете Земля с характерными только для нее очертаниями материков и океанов, строением рельефа, распределением рек, морей, ледникового, снежного покровов и растительности. Это определяет географичность метеорологии и климатологии и их вхождение в комплекс географических наук. Для понимания и усвоения дисциплины «Учение об атмосфере» необходимо твердое знание основных законов физики и химии, а также всех разделов математики в объеме курса общеобразовательной школы (не только алгебры, геометрии и тригонометрии, но и методов математического и графического выражения функциональной зависимости между различными явлениями и основ дифференциального и интегрального исчислений). К числу физических и химических законов, которые применяются с первых шагов при изучении данной дисциплины, относятся закон всемирного тяготения, законы Бойля-Мариотта и Гей-Люссака (объединяемые формулой Клапейрона), законы Паскаля и Архимеда, три основных закона механики Ньютона, закон сохранения энергии, законы Дальтона о смеси газов и об испарении, законы излучения (Стефана-Больцмана, Кирхгофа). Поэтому, прежде, чем приступить к изучению данной дисциплины, студенты должны устранить все имеющиеся у них пробелы в знаниях законов физики, химии и математики. В результате освоения дисциплины студент должен знать: – общие свойства атмосферы, закономерности наблюдаемых в ней процессов и явлений, их физико-географическую сущность; – основные закономерности радиационного и теплового режима Земли; – процессы формирования климата, тенденции изменения климата в глобальном и региональном аспектах. уметь: 7 - свободно ориентироваться как в общих вопросах метеорологии, так и при решении прикладных задач антропогенного загрязнения атмосферы и экологических исследованиях; - идентифицировать характер и степень антропогенного воздействия на атмосферу; - использовать методы и приемы физико-химических процессов. владеть: - информацией об атмосфере как самой важной жизнеобеспечивающей среде; - знаниями о физических процессах, протекающих в атмосфере; - знаниями об антропогенных химических процессах, протекающих в атмосфере. 1.2. Содержание дисциплины. Тема 1.Строение атмосферы Предмет и задачи метеорологии. История развития, ее связь с другими науками естественного метеорологическая цикла. сеть. Метеорологические Всемирная метеорологическая наблюдения, организация. Всемирная служба погоды. Метеорологические величины и метеорологические явления. Газовый состав атмосферного воздуха. Постоянные и переменные компоненты. Водяной пар в воздухе. Атмосферные аэрозоли. Роль аэрозолей в атмосферных процессах. Проблемы «парникового эффекта», «аэрозольного эффекта», «озонной дыры». Изменение состава воздуха с высотой. Ионы в атмосфере. Принципы деления атмосферы на слои. Вертикальное строение атмосферы. Понятие о воздушных массах, фронтах и барических системах. Уравнение состояния сухого и влажного воздуха. Основное уравнение статики атмосферы. Барометрические формулы. Барическая ступень. Первое начало термодинамики. Адиабатические процессы. Сухоадиабатический градиент температуры. Влажноадиабатический процесс, влажноадиабатический градиент температуры. атмосферы. Условия и критерии термодинамической устойчивости Основные определения понятия и законы: солнце как источник энергии; спектр излучения Солнца; потоки лучистой энергии в атмосфере; 8 основные законы теплового излучения. Ослабление солнечной радиации в атмосфере: поглощение радиации в атмосфере; рассеяние радиации в атмосфере. Молекулярное рассеяние (теория Релея). Аэрозольное рассеяние (теория Ми). Явления, связанные с рассеянием радиации. Коротковолновая радиация: прямая солнечная радиация; рассеянная; суммарная радиация. Отраженная радиация: альбедо естественных подстилающих поверхностей; альбедо облаков; планетарное альбедо. Длинноволновое излучение: излучение земной поверхности; Радиационный излучение баланс: атмосферы; радиационный баланс эффективное земной излучение. поверхности; радиационный баланс атмосферы и системы «Земля – атмосфера». Тема 2. Тепловое состояние атмосферы и земной поверхности. Потоки тепла в атмосфере: закономерности распространения тепла в приземном слое, в пограничном слое; теория суточного хода температуры воздуха; заморозки; вечная мерзлота. Температурный режим почвы: уравнение теплопроводности почвы; особенности распространения тепла в водных бассейнах. Тепловой баланс: уравнение теплового баланса земной поверхности, атмосферы и системы «Земля – атмосфера». Тема 3.Водный режим атмосферы. Испарение в природе: скорость испарения; испарение и испаряемость; географическое распределение испаряемости и испарения. Фазовые переходы воды в атмосфере. Ядра конденсации. Туманы: дымка, туман, мгла; условия образования туманов; классификация туманов (туманы охлаждения и туманы испарения). Облака: микроструктура и водность облаков; международная классификация облаков; генетическая классификация облаков (кучевообразные облака, волнистообразные, слоистообразные облака); световые явления в облаках. Осадки: атмосферные осадки (образование и классификация); электричество облаков и осадков, гроза молния, гром; наземные осадки (роса, иней, изморозь, гололед). Тема 4. Радиация в атмосфере 9 Явления, связанные с рассеянием радиации. Коротковолновая радиация: прямая солнечная радиация; рассеянная; суммарная радиация. Отраженная радиация: альбедо естественных подстилающих поверхностей; альбедо облаков; планетарное альбедо. Длинноволновое излучение: излучение земной поверхности; излучение атмосферы; эффективное излучение. Радиационный баланс: радиационный баланс земной поверхности; радиационный баланс атмосферы и системы «Земля – атмосфера». Тема 5 Барическое поле и ветер. Барическое поле (изобара, изогипса, гребень, ложбина, циклон, антициклон). Карты барической топографии. Горизонтальный и вертикальный барический градиент (определение, единицы измерения). Силы, действующие в атмосфере. Градиентный и геострофический ветер. Термический ветер. Влияние трения на скорость и направление ветра. Суточный ход ветра. Барический закон ветра. Роза ветров. Тема 6. Атмосферная циркуляция. Масштабы атмосферных Квазигеострофичность движений. течений общей Общая циркуляция циркуляции. атмосферы. Зональность в распределении давления и ветра. Меридиональные составляющие общей циркуляции. Географическое распределение давления. Центры действия атмосферы. Преобладающие направления ветра. Тема 7. Климатообразующие процессы. Климатическая система, глобальный и локальный климат. Теплооборот, влагооборот и атмосферная циркуляция как климатообразующие процессы. Географические факторы климата: географическая широта, высота над уровнем моря, высотная климатическая зональность, распределение суши и моря, орография, океанические течения, растительный и снежный покров. Микроклимат как явление приземного слоя атмосферы. Методы исследования микроклимата. 1.3 Объем часов по видам учебной нагрузки 10 Распределение часов по учебному плану (очная форма обучения) Направление Курс Всего часов Занятия с преподавателем (аудиторные) Лекции Лабораторные занятия Практич. занятия Самостоят. внеаудиторные работы КонтрольДругие виды ная работа самостоятельили ной работы* реферат Вид отчетности 020800 Итого по дисципл. 1 150 36 36 78 Экз. Распределение часов по учебному плану (заочная форма обучения) Специаль Курс Всего ность часов Занятия с преподавателем (аудиторные) Лекции Лабораторные занятия Практич занятия Самостоят. внеаудиторные работы КонтрольДругие виды ная работа самостоятельили ной работы* реферат Вид отчетности 020800 Итого по дисципл. 1 150 4 8 1 138 Экз. 1.4 Тематические планы изучения дисциплины Тематический план лекций Количество Содержание тем дисциплины часов ДФО ЗФО Тема 1. Состав и строение атмосферы 4 Тема 2. Тепловое состояние атмосферы и земной поверхности Тема 3 Водный режим атмосферы. Классификация облаков 6 1 4 1 Тема 4 Радиация в атмосфере 4 1 Тема 5.Барическое поле и ветер 6 Тема 6. Атмосферная циркуляция. 6 Тема7. Климатообразующие процессы 6 1 Итого: 36 4 11 Тематический план практических занятий. Темы практических занятий ДФО 4 Тема1. Вычисление высоты солнца, интенсивности потоков лучистой энергии и радиационного баланса. 4 Тема2. Расчет вертикальных градиентов и определение термической стратификации в атмосфере, вычисление характеристик влажности воздуха 6 Тема3.Методологические основы производства наблюдения за облаками. Практическая работа с кодом КН-01 6 Тема4. Составление и анализ синоптических карт погоды и карт барической топографии 6 Тема5. Графическое изображение и анализ барического поля. 6 Тема6. Анализ общей циркуляции в атмосфере Определение характеристик воздушных масс и атмосферных фронтов. 4 Тема7. Анализ климатов по климатическим поясам. Классификация климатов Земли по Б.П.Алисову Итого: ЗФО 36 1 1 1 1 1 1 2 8 2.Учебно-методическое обеспечение дисциплины 2.1.Методические указания по выбору контрольных работ, с тематикой контрольных работ Указания к выбору и выполнению контрольного задания В соответствии с учебным планом студенты - заочники направления подготовки 020800 «Экология и природопользование» по дисциплине "Учение об атмосфере" выполняют одну контрольную работу, которая включает три теоретических вопроса. К выполнению контрольной работы следует приступить после изучения курса в соответствии с Рабочей программой. Ответы на вопросы должны быть полными и подробными, но по существу. При необходимости излагаемый материал следует сопровождать схемами, рисунками, таблицами. Выполнение 12 контрольного задания требует самостоятельной работы с учебной, справочной и нормативно-технической литературой, поэтому в конце каждого ответа следует дать список литературы с указанием необходимых выходных данных (автора, издательства, года издания) и номера использованной главы, параграфа и т.п. В конце контрольной работы должна быть указана дата ее выполнения, а также личная подпись студента. ВАРИАНТ 1 1. Состав атмосферы. Постоянные и переменные компоненты воздуха. Изменение газового состава с высотой. 2. Какие силы в атмосфере влияют на горизонтальное движение воздуха? 3. Какова роль водяного пара в атмосфере? ВАРИАНТ 2 1. Атмосферные аэрозоли: происхождение, физические свойства, химический состав. Антропогенные и естественные источники. 2. Влияют препятствия на воздушный поток. 3. Назовите главные источники знаний об атмосфере. ВАРИАНТ 3 1. Снежный покров. 2. Какова роль водяного пара в атмосфере? 3. Источники метеорологической и климатической информации. ВАРИАНТ 4 1. Воздушные массы и барические образования. Фронтальные разделы. 2. Что такое эффективное излучение? 3. Что называется климатологией? ВАРИАНТ 5 1. Антропогенное загрязнение атмосферы. Механизм самоочищения атмосферы. Факторы, влияющие на распространение различных примесей. 2. Охарактеризуйте радиационный баланс земной поверхности. 3. Что вы знаете об источниках энергии атмосферных процессов? 13 ВАРИАНТ 6 1. Парниковые газы и их роль в изменении климата. 2. Каков спектральный состав излучения земли? 3. В чём заключается практическое значение климатологии. Что такое погода? ВАРИАНТ 7 1. Строение атмосферы. Принципы классификации слоистости атмосферы. 2. Что такое „парниковый эффект", какие газы его создают? 3. В чём заключается практическое значение метеорологии? ВАРИАНТ 8 1. Естественные и искусственные источники радиоактивности атмосферы. Факторы, влияющие на распространение радиоактивных аэрозолей. 2. Пользуясь картами, опишите географическое распределение суммарной радиации и радиационного баланса. 3. Что понимается под глобальным и локальным климатом? ВАРИАНТ 9 1. Методы исследования атмосферы. 2. Что характеризует альбедо земной поверхности. Каковы средние значения альбедо для различных естественных поверхностей? 3. Какая наука называется метеорологией. В чём основная задача метеорологии? ВАРИАНТ 10 1. Особенности радиационных процессов в чистой и загрязненной атмосфере. 2. Чем характеризуется суточный и годовой ход прямой радиации? 3. Что такое ионосфера. Её значение. ВАРИАНТ 11 1. Солнечное излучение. Взаимодействие атмосферой и подстилающей поверхностью. 14 солнечного излучения с 2. Суммарная радиация. Что происходит с ней при падении на земную поверхность? 3. Какой воздух более плотный: сухой или влажный? ВАРИАНТ 12 1. Перенос тепла в атмосфере. Тепловой режим приземного и пограничного слоёв атмосферы 2. Как поглощается солнечная радиация в атмосфере. Какие вещества являются наиболее сильными поглотителями и в каких участках спектра? 3. Что такое стратосферный и тропосферный озон? ВАРИАНТ 13 1. Пространственно-временное распределение температуры. 2. В каком слое воздуха сосредоточена основная масса озона? 3. Каков спектральный состав солнечного излучения вне земной атмосферы? ВАРИАНТ 14 1. Озон в атмосфере. Вертикальное распределение. Роль озона. Озоновые „дыры". 2. Какие существуют барические системы. Дайте определение каждой из них. 3. Какие географические факторы влияют на климат? ВАРИАНТ 15 1. Перенос тепла в атмосфере. Тепловой режим приземного и пограничного слоёв атмосферы. 2. Что такое солнечная постоянная? В каких единицах она изменяется и от чего зависит? 3. Приземная инверсия температуры. ВАРИАНТ 16 1. Формирование облаков и туманов. 2. Загрязнение атмосферы крупных городов. 3. Теплооборот в атмосфере. ВАРИАНТ 17 15 1. Особенности радиационных процессов в чистой и загрязненной атмосфере. 2. Что такое метеорологические величины? Перечислите основные. 3. Внутритропическая зона конвергенции. ВАРИАНТ 18 1. Особенности радиационных процессов в чистой и загрязненной атмосфере. 2. Альбедо различных поверхностей. 3. Что такое метеорологические величины? Перечислите основные. ВАРИАНТ 19 1. Снежный покров. 2. Какова роль водяного пара в атмосфере? 3. Источники метеорологической и климатической информации. ВАРИАНТ 20 1. Что характеризует альбедо земной поверхности? 2. Общая циркуляция в атмосфере. 3. Какая наука называется метеорологией? В чём основная задача метеорологии? ВАРИАНТ 21 1. Неблагоприятные метеорологические условия, способствующие усилению концентрации загрязнений в локальных районах. 2. Охарактеризуйте радиационный баланс земной поверхности. 3. Что такое погода? ВАРИАНТ 22 1. Влагооборот в атмосфере. Общие условия фазовых переходов. 2. Какие силы в атмосфере влияют на горизонтальное движение воздуха? 3. Прикладное значение климатологии. ВАРИАНТ 23 1. Солнечное излучение. Взаимодействие атмосферой и подстилающей поверхностью. 16 солнечного излучения с 2. Атмосфера Земли. Высота атмосферы. Её роль в жизни человека. 3. Что понимается под атмосферным фронтом. ВАРИАНТ 24 1. Как поглощается солнечная радиация в атмосфере? Какие вещества являются наиболее сильными поглотителями и в каких участках спектра? 2. Пространственно- временное распределение температуры. 3. Местные ветры. ВАРИАНТ 25 1. Образование осадков. Виды осадков. 2. Методы измерения температуры воздуха. Единицы измерения. 3. Характеристика тропосферы. 2.2. Методические указания по проведению практических занятий Практикум. Практическая работа № 1 Вычисление высоты солнца, интенсивности потоков лучистой энергии и радиационного баланса. Цель: Приобрести навыки по вычислению: высоты Солнца; интенсивности потоков лучистой энергии; альбедо; радиационного баланса. Знать: Зависимость потоков лучистой энергии от широты места, характера подстилающей поверхности и от прозрачности атмосферы. Уметь: Производить вычисления и пользоваться вспомогательными таблицами. Задание 1. Определить высоту солнца 2. Вычислить интенсивность потоков прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность 3. Определить ослабление солнечной радиации в атмосфере 4. Определить величину альбедо различных поверхностей 5. Вычислить величину радиационного баланса деятельной поверхности 6. Ответить на контрольные вопросы Порядок выполнения работ и указания: Все виды радиации должны быть выражены с точностью до 0,01 и выражаться в кВт/м2. 1. Определить высоту Солнца На широте ψ в момент истинного солнечного времени τ О при склонении Солнца δ высота Солнца вычисляется по формуле: 17 sin h☺= sin ψ sin δ + cos ψ cos δ · cos τ (1.1) Высота Солнца в истинный полдень (τО=12ч.) любого дня на любой широте: h☺ = 900 – ψ + δ (1.2) Для облегчения вычислений составлены таблицы произведений sin ψ sin δ и cos ψ cos δ (приложение 3 и 4 /2/) и таблица косинусов часового угла τ с соответствующими ему значениями τО (приложение 5 /2/). Пример: Определить высоту Солнца на широте 450 в 12 ч 30 мин среднего солнечного времени 15 мая. Решение: 1. В приложении 2 находим для 15 мая δ = +18,80 2. В приложении 1 находим Δ τ = - 4 мин. Тогда τО = 12 ч 30 мин + 4 мин = 12 ч 34 мин, а часовой угол τ = 12 ч 34 мин – 12 ч = + 34 мин. 3. Вычисляем высоту Солнца по формуле (1.1), для чего в приложениях 3 и 4 находим для ψ = 450 и δ = 18,80 произведения sin ψ sin δ = 0,230, cos ψ cos δ = 0,668. В приложении 5 для τО = 12 ч 34 мин находим cos τ = 0,989. Тогда sin h☺ = 0,230 + 0,668 · 0,989 = 0,891; По приложению 19 определяем h☺ = 630. *Задача № 1 Определить высоту солнца на широте 550, 1 августа в 11 ч 00 мин. Задача № 2 Определить высоту солнца на широте 300, 10 октября в истинный полдень. 2. Вычислить интенсивность потоков прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность Поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность вычисляется по формуле S / S sinh 0 , где S/ - поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность, S – поток солнечной радиации на перпендикулярную поверхность, h0 – высота солнца. Задача № 3 Определить поток солнечной радиации на горизонтальную поверхность на широте 490 15 марта по следующим данным: Среднее солнечное время, ч мин 6 30 *12 30 0,84 Поток радиации на перпендикулярную 0,34 2 поверхность, кВт/м 18 Для решения задачи необходимо определить высоту солнца, синусы высот. 3. Определить ослабление солнечной радиации в атмосфере Общее ослабление прямой солнечной радиации в атмосфере выражается формулой Буге-Ламберта S S0 p m , где S – поток солнечной радиации, достигающей Земли, S0 – поток солнечной радиации на верхней границе атмосферы (солнечная постоянная), ρ – коэффициент прозрачности атмосферы, m – масса атмосферы ( m 1 ). sinh 0 Для вычисления масс атмосферы при известных высотах солнца составлены таблицы Бемпорада (приложение 9 /2/) Задача № 4 Измерения потока солнечной радиации производились при массах атмосферы 5,4; 3,2; 1,5. При каких высотах солнца производились измерения? (Для решения задачи использовать таблицу Бемпорада) *Задача № 5 Наблюдения показали, что средний коэффициент прозрачности атмосферы равен 0,820. Вычислить средний поток радиации при высотах солнца 5, 10, 20 0. (Массу атмосферы вычислить по формуле). 4. Определить величину альбедо различных поверхностей, которая определяется по формуле A Rk 100 , Q где A – величина альбедо, выраженная в процентах, Rk – поток отраженной радиации, Q - суммарная радиация. Поглощенная часть суммарной радиации, т.е. поглощенное тепло определяется Qпогл Q (1 A) Задача № 6 При высоте солнца 300 поток солнечной радиации на перпендикулярную поверхность составляет 0,90 кВт/м2, а поток рассеянной радиации 0,10 кВт/м2. Определить, какое количество тепла поглощает поверхность сухой травы (А = 19 %) *Задача № 7 Сколько тепла получит водная поверхность и песчаный берег, если суммарная радиация равна 0,79 кВт/м2, а высота солнца 500? Для определения альбедо использовать приложения 12 и 13 /2/. 5. Вычислить величину радиационного баланса деятельной поверхности, которая выражается соотношением B = (S/ + D) (1 - A) - Еэф , где (S/ + D) (1 - A) – поглощенная часть суммарной радиации, Еэф – эффективное излучение. 19 Баланс длинноволновой радиации характеризуется соотношением Вд = В + Rk – Q , где Вд – баланс длинноволновой радиации, В – радиационный баланс деятельной поверхности, Rk - отраженная радиация, Q – суммарная радиация. Задача № 8 При актинометрических наблюдениях получены следующие данные: S = 0,94 кВт/м2, D = 0,11 кВт/м2, Rk = 0,15 кВт/м2. Вычислить баланс коротковолновой радиации, если наблюдения проводились при высоте солнца 400. *Задача № 9 Вычислить баланс длинноволновой радиации, если S = 0,83 кВт/м2, D = 0,12 кВт/м2, Rk = 0,13 кВт/м2, В = 0,53 кВт/м2. Высота солнца 520. 6. Контрольные вопросы: 1. Когда в течение года прямая солнечная радиация в истинный полдень достигает максимального и минимального значения? 2. Как и почему в течение дня в однородной воздушной массе изменяется прозрачность атмосферы? 3. Как зависит альбедо водной поверхности от высоты солнца, а альбедо почвы от цвета? 4. Как зависит знак и величина радиационного баланса от времени суток и от вида и количества облачности? Отчетный материал 1. Решенные задачи 2. Ответы на контрольные вопросы Литература: (1) гл.3; (2) гл. 2 § 1-12 Практическая работа № 2. Расчет вертикальных градиентов и определение термической стратификации в атмосфере, вычисление характеристик влажности воздуха Цель: Приобрести навыки построения и анализа кривой стратификации атмосферы, а также по вычислению характеристик влажности воздуха Знать: Характер распределения температуры с высотой и формулы для вычисления характеристик влажности воздуха. Уметь: Уметь вычислять вертикальные температурные градиенты; определять характер стратификации атмосферы по внешнему виду и по значению вертикального температурного градиента; определять задерживающие слои Уметь вычислять гигрометрические характеристики воздуха. Исходные данные и принадлежности: Данные для построения кривой распределения температуры по вертикали; линейка, карандаш, ластик, цветные карандаши. 20 Задание 1. Построить кривую стратификации 2. Определить величину вертикального различных слоев атмосферы 3. Ответить на контрольные вопросы Порядок выполнения работ и указания: температурного градиента для 1. Построить кривую стратификации На листе миллиметровой бумаги формата А4 провести оси координат по горизонтали – значения температуры, по вертикали – высоты. Выбрать масштаб по вертикали в 1 сантиметре 1000 метров, по горизонтали – в 1 сантиметре – 5 градусов. На горизонтальной оси от начала координат вправо отметить температуру, начиная с самой низкой. На вертикальной оси отложить высоты. По исходным данным нанести (поставить точки) последовательно значения температуры воздуха на различных высотах. Исходные данные Высота, м Температура, 0 С -6,8 0 -9,2 150 -11,0 600 -7,7 1850 -12,7 3040 -19,3 3850 -30,0 5690 -36,0 6350 -45,7 7500 -53,9 8720 -59,0 9660 -62,2 10730 -60,0 12010 -60,0 13120 -59,0 15170 -59,0 18060 Нанесенные точки последовательно соединить по линейке красным цветом. График озаглавить «Распределение температуры воздуха с высотой». Определить и записать высоту тропопаузы, место расположения и вертикальную мощность слоев изотермии и инверсии. 2. Определить величину вертикального температурного градиента для различных слоев атмосферы Вычислить значение вертикального градиента температуры для каждого слоя (с точностью до 0,010) и записать: Высота, Температура, Вертикальный градиент Стратификации 21 м 0 С температуры в слое слоя При определении стратификации следует помнить, что если γ > 10/100м, то стратификация неустойчивая, γ = 10/100м, то стратификация безразличная, γ < 10/100м, то стратификация устойчивая относительно поднимающегося воздуха с ненасыщенным водяным паром. Задание: 1. Решить задачи на вычисление характеристик влажности воздуха 2. Ответить на контрольные вопросы Порядок выполнения работ и указания: 1. Решить задачи на вычисление характеристик влажности воздуха При определении характеристик влажности воздуха нужно соблюдать точность округления величин. Парциальное давление водяного пара, дефицит насыщения, удельную влажность, абсолютную влажность округлять до 0,1, а относительную влажность до целых процентов. Примеры: Задача №1 Определить давление насыщения водяного пара при температуре 15,20. Решение: Для определения давления насыщенного водяного пара Е следует использовать приложение 15 из сборника задач. По вертикальному левому столбику цифр отыскать значение 150, а по горизонтали сверху 0,20. Для температуры 15,20 Е = 17,3 гПа. Задача № 2 Определить точку росы, если температура воздуха 18,60, относительная влажность 78%. Решение: Для определения точки росы необходимо знать парциальное давление водяного пара е. По приложению 15 /2/ определить давление насыщенного водяного пара при температуре 18,60 Е = 21,4 гПа. Найти е по формуле относительной влажности f e 100 , e E f 78 21,4 16,7гПа E 100 100 Задача № 3 Определить точку росы, если парциальное давление водяного пара 16,7 гПа. Решение: По полю давления насыщенного водяного пара (приложение 15 /2/) найти значение, ближайшее к значению парциального давления, т.е. 16,7 гПа это будет 16,73 гПа. Температура, которая соответствует этому значению, является точкой росы 14,70. Решить задачи из сборника задач и упражнений: 5.4, 5.9, 5.22, 5.24, 5.25, 5.31, 5.40, 5.49, 5.59, 5.64. 3. Контрольные вопросы: 1. Чем характеризуется термическая стратификация атмосферы? 22 2. Что называется слоем инверсии и изотермии? 3. Каково изменение температуры с высотой в слое тропопаузы? 4. Какой процесс называется адиабатическим? 5. Почему при адиабатическом поднятии воздуха температура понижается, а при опускании повышается? 6. Почему давление насыщенного водяного пара над водой больше, чем надо льдом? 7. Чему равны точка росы, парциальное давление водяного пара, относительной влажности, дефицита насыщения при условии, что водяной пар стал насыщенным? Отчетный материал 1.График распределения температуры с высотой 2.Результаты анализа графика 3.Ответы на контрольные вопросы 4. Решенные задачи 5. Ответы на контрольные вопросы Практическая работа № 3 Методологические основы производства наблюдения за облаками. Практическая работа с кодом КН-01 Цель: Приобрести навыки в определении уровня конденсации, в составлении классификации облаков по ярусам, формам, видам, разновидностямЗнать: Формы, виды и разновидности облаков; облака, дающие осадки различных видов; оптические явления, наблюдающиеся в облаках Уметь: Уметь вычислять уровень конденсации Исходные данные и принадлежности: Данные для решения задач для определения уровня конденсации, атлас облаков. Задание: 1. Определить уровень конденсации для поднимающегося ненасыщенного водяным паром воздуха 2. Составить таблицу классификации облаков 3. Ответить на контрольные вопросы Порядок выполнения работ и указания: 1. Определить уровень конденсации для поднимающегося ненасыщенного водяным паром воздуха При адиабатическом поднятии на 100 м ненасыщенного водяным паром воздуха его температура понижается на 1,00 (сухоадиабатический градиент температуры). На некоторой высоте водяной пар становится насыщенным (е = Е), а температура достигает значения точки росы. Такая высота называется уровнем конденсации. Уровень конденсации может быть определен по формуле h = 122 (t - td), где h – уровень конденсации, t – температура воздуха на начальном уровне, td – точка росы. Решить задачи: 23 Задача № 1 Определить уровень конденсации для поднимающегося воздуха, если его температура у земли 17,20, а парциальное давление водяного пара 9,48 гПа. Задача № 2 Определить уровень конденсации для поднимающегося воздуха, температура которого у земли 12,80, а относительная влажность 72%. При решении задач использовать приложение 15 из сборника задач и упражнений по метеорологии. 2. Составить таблицу классификации облаков, предварительно ознакомившись с атласом облаков: Ярус Оптические (с указанием Форма Вид Разновидность Осадки явления высоты) СИНОПТИЧЕСКИЙ КОД KH-01 (SYNOP/SHIP) Синоптическая телеграмма, зашифрованная кодом KH-01, представляет собой последовательность групп из 5 цифр, разбитых на секции, и имеет следующий вид: Секция 0: AAXX или BBXX D…D YYGGi w IIiii 99L a L a L a Q c L o L o L o L o Секция 1: 24 i R i x hVV Nddff 1s n TTT 2 s n T d T d T d 3P 0 P 0 P 0 P 0 4PPPP 5appp 6RRRt R 7wwW 1 W 2 8N h C L C M C H 9GGgg Пояснения: 1. Станции, расположенные на суше, передают код SYNOP, в этом случае в начале телеграммы идет идентификатор AAXX. 2. Морские станции передают код SHIP, в этом случае в начале телеграммы идет идентификатор BBXX. 3. В телеграмме обязательно присутствуют группы цифр секции 0 и первых четыре группы цифр секции 1, а также хотя бы одна из групп цифр 3P 0 P 0 P 0 P 0 и 4PPPP. 4. В телеграмме, передаваемой морской станцией, обязательно присутствует группа 222D s v s . 5. Все остальные группы включаются в телеграмму по мере необходимости. Расшифровка: Секция 0 (идентификация станции и единиц измерения скорости ветра): D…D – позывной сигнал радиостанции судна; YYGG – число месяца, срок наблюдений (по Гринвичу); iw – указатель единиц измерения скорости ветра и способа ее определения (табл.4); IIiii – индексный номер наземной станции; 99 – отличительные цифры; L a L a L a – широта местоположения судна; Q c L o L o L o L o – квадрант и долгота местоположения судна. Секция 1 (используется всеми станциями международного обмена): i R – указатель включения в телеграмму группы 6RRRt R (табл.5); i x – указатель включения в телеграмму группы 7wwW 1 W 2 (табл.6); h – высота нижней границы облаков (табл.2); VV – видимость (табл.3); N – общее количество облаков (табл.2); dd – направление ветра в десятках градусов; ff – скорость ветра; s n – знак температуры (табл.11); TTT – температура воздуха в десятых долях градуса; T d T d T d – температура точки росы в десятых долях градуса; P 0 P 0 P 0 P 0 – последние четыре цифры атмосферного давления на уровне станции в десятых долях гПа; PPPP – последние четыре цифры атмосферного давления, приведенного к уровню моря в десятых долях гПа; a – характеристика барической тенденции (табл.7); 25 ppp – величина барической тенденции за последние 3 часа в десятых долях гПа; RRR – количество осадков за период t R (табл.14); t R – период, к которому относится RRR; ww – погода в срок наблюдения или в последний час (табл.1); W 1 W 2 – погода между сроками (табл.2); N h – количество облаков нижнего или среднего яруса (табл.2); C L – виды облаков нижнего яруса (табл.2); C M – виды облаков среднего яруса (табл.2); C H – виды облаков верхнего яруса (табл.2); GGgg – часы и минуты наблюдения по всемирному времени (передается, если время наблюдений отличается от стандартного более чем на 10 минут). S p S p s p s p – явления погоды, их интенсивность, время начала и окончания, продолжительность (табл.15). Таблицы: Таблица 1. ww погода в срок наблюдений или в последний час. Символы. ww 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 00 – 19: Погода без осадков, тумана (кроме 11 и 12), пыльной или песчаной бури, низовой метели или поземки на станции в срок наблюдения и (кроме 09 и 17) в последний час. 26 00 – наблюдения над развитием облаков не было; 01 – облака рассеиваются; 02 – небо без изменений; 03 – облака развиваются; 04 – видимость ухудшена из-за дыма; 05 – мгла; 06 – пыль, принесенная издалека; 07 – пыль, поднятая на станции или вблизи станции; 08 – пыльные или песчаные вихри; 09 – пыльный или песчаный поземок в срок или в последний час; 10 – дымка; 11 – поземный туман клочками; 12 – поземный туман сплошной; 13 – зарница; 14 – осадки в поле зрения, не достигающие земли; 15 – осадки, достигающие земли, выпадающие на расстоянии более 5 км от станции; 16 – осадки, достигающие земли, выпадающие на расстоянии менее 5 км от станции, но не на самой станции; 17 – гроза без осадков на станции или в поле зрения; 18 – шквал на станции или в поле зрения; 19 – смерч на станции или в поле зрения. 20 – 29: Осадки, туман или гроза в последний час, но не в срок наблюдения. 20 – морось или снежные зерна; 21 – дождь; 22 – снег; 23 – дождь со снегом; 24 – замерзающая морось или дождь; 25 – ливневый дождь; 26 – ливневый снег или ливневый снег с дождем; 27 – град или крупа; 28 – туман; 29 – гроза с осадками или без них. 30 – 39: Пыльная или песчаная буря, низовая метель или поземок в срок наблюдения. 30 – слабая или умеренная буря ослабевает; 31 – слабая или умеренная буря без изменений; 32 – слабая или умеренная буря усиливается; 33 – сильная буря ослабевает; 34 – сильная буря без изменений; 35 – сильная буря усиливается; 36 – слабый или умеренный поземок; 37 – сильный поземок; 38 – слабая или умеренная низовая метель; 27 39 – сильная низовая метель. 40 – 49: Туман в срок наблюдения. 40 – туман на расстоянии; 41 – туман местами; 42 – туман ослабевает, небо видно; 43 – туман ослабевает, неба не видно; 44 – туман без изменений, небо видно; 45 – туман без изменений, небо не видно; 46 – туман усиливается, небо видно; 47 – туман усиливается, небо не видно; 48 – просвечивающий туман с осаждением изморози; 49 – сплошной туман с осаждением изморози. 50 – 59: Морось в срок наблюдения. 50 – морось слабая с перерывами; 51 – морось слабая непрерывная; 52 – морось умеренная с перерывами; 53 – морось умеренная непрерывная; 54 – морось сильная с перерывами; 55 – морось сильная непрерывная; 56 – морось слабая замерзающая; 57 – морось умеренная или сильная замерзающая; 58 – морось слабая с дождем; 59 – морось умеренная или сильная с дождем. 60 – 69: Дождь в срок наблюдения. 60 – дождь слабый с перерывами; 61 – дождь слабый непрерывный; 62 – дождь умеренный с перерывами; 63 – дождь умеренный непрерывный; 64 – дождь сильный с перерывами; 65 – дождь сильный непрерывный; 66 – дождь слабая замерзающий; 67 – дождь умеренный или сильный замерзающий; 68 – дождь или морось со снегом слабые; 69 – дождь или морось со снегом умеренные или сильные. 70 – 79: Твердые осадки (не ливневые) в срок наблюдения. 70 – снег слабый с перерывами; 71 – снег слабый непрерывный; 72 – снег умеренный с перерывами; 73 – снег умеренный непрерывный; 74 – снег сильный с перерывами; 75 – снег сильный непрерывный; 76 – ледяные иглы; 77 – снежные зерна; 78 – снежные кристаллы; 79 – ледяной дождь. 28 80 – 89: Ливневые осадки в срок наблюдения (без грозы). 80 – ливневый дождь слабый; 81 – ливневый дождь умеренный или сильный; 82 – ливневый дождь очень сильный; 83 – ливневый дождь со снегом, слабый; 84 – ливневый дождь со снегом, умеренный или сильный; 85 – ливневый снег слабый; 86 – ливневый снег умеренный или сильный; 87 – ледяная или снежная крупа слабая; 88 – ледяная или снежная крупа умеренная или сильная; 89 – град слабый. 90 – 99: Гроза (кроме 90) в срок наблюдения или в последний час. 90 – град умеренный или сильный; 91 – гроза в последний час, дождь слабый в срок наблюдения; 92 – гроза в последний час, дождь умеренный или сильный в срок; 93 – гроза в последний час, снег с дождем или крупа слабые в последний час; 94 – гроза в последний час, снег с дождем или крупа умеренные или сильные в последний час; 95 – гроза слабая или умеренная в срок с дождем или снегом; 96 – гроза слабая или умеренная в срок с градом или крупой; 97 – гроза сильная в срок с дождем или снегом; 98 – гроза в срок с песчаной или пыльной бурей; 99 – гроза сильная в срок с градом или крупой. Пример расшифровки синоптической телеграммы. Метеостанция 26763 Орша в 18:00 UT 1 ноября 2004 г. передала следующую синоптическую телеграмму: 26763 11460 82701 10057 20048 40199 54000 69962 70252 886// 333 10074 88712= Попробуем ее расшифровать. 26763: пятизначный индекс станции. 11460: группа 6RRRt R включена в секцию 1; группа 7wwW 1 W 2 включена, станция обслуживается людьми; высота нижней границы облаков 300-600 м; видимость 10 км. 82701: количество общей облачности – 10 баллов, направление ветра 270 (запад), скорость ветра – 1 м/с. 10057: температура воздуха +5,7 C. 20048: температура точки росы +4,8 C. 40199: атмосферное давление на уровне моря 1019,9 гПа. 54000: за последние 3 часа давление не менялось. 69962: за последние 12 часов выпало 0,6 мм осадков. 70252: погода в срок – «небо без изменений», между сроками отмечена морось. 29 886//: количество нижней облачности – 10 баллов, форма облачности нижнего яруса – St, форму облачности среднего и верхнего ярусов определить невозможно. 333: отличительная группа секции 3. 10074: максимальная температура воздуха за день: +7,4 C. 88712: количество нижней облачности – 10 баллов, форма облачности – St, высота нижней границы облаков – 360 м. 3. Контрольные вопросы: 1. Что называется уровнем конденсации? 2. По какому принципу составлена международная классификация облаков? Отчетный материал 1. Решенные задачи 2. Таблица классификации облаков 3. Ответы на контрольные вопросы Литература: 1. Гуральник И.И., Дубинский Г.П., Ларин В.В., Мамиконова С.В. Метеорология.- Л.: Гидрометеоиздат, 2009 2. Гуральник И.И., Мамиконова С.В., Ларин В.В. Сборник задач и упражнений по метеорологии.- Л.: Гидрометеоиздат, 2007 3. Атлас облаков.- Л.: Гидрометеоиздат, 2008 4. Кобышева Н.В., Костин С.И., Струнников Э.А., Климатология. - Л.: Гидрометеоиздат, 2008 5. Справочники по климату Практическая работа № 4 Составление и анализ синоптических карт погоды и карт барической топографии. Цель: Приобрести навыки в составлении приземных карт погоды. Знать: Признаки проведения атмосферных фронтов, наноску на картах барической топографии. Уметь: Проводить анализ синоптического положения и составлять краткосрочные прогнозы погоды. Исходные данные и принадлежности: Атлас облаков, код КН-01, бланки приземных карт погоды, карт барической топографии. Задание: 1. Нанесение данных о фактической погоде на бланки приземных карт. 2. Проведение анализа синоптического положения с помощью приземных карт погоды и карт барической топографии 3. Ответить на контрольные вопросы Порядок выполнения работ и указания: 1.Повторить теоретический материал о приземных картах и картах барической топографии. 30 2. На бланках нанести данные о фактической погоде, расшифровывая метеорологические телеграммы с помощью кода КН-01 (Бланки кольцевых карт погоды). 3. Провести линии равного давления – изобары и выявить барические образования. 4. Выделить зоны осадков и других метеорологических явлений. 5. Провести анализ приземного поля. Приземные синоптические карты Приземные синоптические карты делятся на карты фактической погоды и прогностические карты. Приземная синоптическая карта фактической погоды является главной при составлении прогноза погоды. Название "приземная" не означает, что эта карта отражает только свойства атмосферы у поверхности земли, а указывает, что данные, нанесенные на карту, получены путём наблюдений на "наземных" метеорологических станциях. Приземные карты фактической погоды (анализ приземный) Приземные карты фактической погоды передастся за основные сроки наблюдений: за 3,9,15 и 21 час московского времени или за 0,6,12 и 18 часов гринвичского времени. На этой карте показывается большой комплекс метеорологические элементов в соответствии с международным кодом КН-01, поэтому приземные карты фактической погоды часто называют комплексными картами погоды. При чтении приземной синоптической карты фактической погоды необходимо иметь в виду, что значения метеорологических элементов и явлений наносятся цифрами или символами (значками) в строго определенном месте относительно центра, за который принимается место пункта наблюдения. Приняты следующие обозначения: N - общее количество облаков(часть небосвода, покрытая облаками по десятибалльной шкале). Место метеостанции; dd - направление ветра у поверхности Земли в десятках градусов по шкале 0036, изображается стрелкой, идущей к центру кружка по направлению ветра; ff - скорость ветра в метрах в секунду, изображается в виде оперения у конца стрелки направления ветра под углом к ней примерно 120 градусов и черного треугольника; Nh - количество облаков СL или, (если облаков СL нет), CM в баллах. ppp - давление воздуха в десятых долях миллибара, без со-тен и тысяч; ±pp - величина барической тенденции в десятых долях миллибара или гПа за последние 3 часа, знаки плюс или минус перед pp означают соответственно повышение или понижение давления за последние 3 часа; а - характеристика барической тенденции за последние 3 часа; 31 Ds - генеральное направление перемещения судна за последние 3 часа по генеральному направлению, показывается стрелкой, направленной в сторону перемещения; Vs - средняя скорость перемещения судна за последние 3 часа по генеральному направлению, обозначается цифрами кода; TwTwTw - температура воды в поверхностном слое, дается в градусах Цельсия с точностью до десятых долей (отделяемых от целого числа запятой); TsTs - разность между температурой воздуха и температурой воды в поверхностном слое, дается как вверху (Tw); Is - причина обледенения судна, выражается цифровым кодом, в котором 1 означает морские брызги, 2- туман, 3 - брызги и туман, 4 - дождь, 5 - брызги и дождь; EsEs - толщина отложения льда при обледенении судна в сантиметрах; Rs - степень обледенения судна в цифровом коде, где 1 - лед нарастает медленно, 2 - лед нарастает быстро, 3 - лед тает или взламывается медленно, 4 лед тает или взламывается быстро. ww - погода в срок наблюдения или в течение последнего часа; w - прошедшая погода; VV - горизонтальная дальность видимости в километрах, изображается цифрами кода от 00 до 50 - видимость о 0 до 5 км, например, цифра 14 означает видимость 1,4 км; цифрами от 56 до 80 видимость от 6 до 30 км, например, 566, 61-11, 79-29 км; C - облака слоисто-кучевые, слоистые, кучевые и кучево-дождевые; См-облака высоко-кучевые, высоко-слоистые и слоисто-дождевые ; Сн - облака перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые; h - высота облаков СL или См над поверхностью Земли в метрах; РРР - атмосферное давление, выражается в десятых долях гПа (цифры, выражающие тысячи и сотни гПа опускаются); ТТ - температура воздуха в целых градусах Цельсия; ТdТd - температура точки росы в градусах Цельсия; (Те Те) - экстремальная температура воздуха в градусах Цельсия; ТsТs - разность между температурой воздуха и температурой воды на поверхности моря в градусах Цельсия. На морских картах наносится место (Те Те). Направление ветра наносится стрелкой, направленной к центру станции. Скорость ветра обозначается кругом с перьями на этих рисунках слева направо: - штиль (кружок), - стрелка без пера - 1 м/сек. - малое перо - 2 - 3 м/сек. - большое перо - 5 м/сек ± 1 м/сек (10 узлов). - 2 больших пера - 10 м/сек ± 1 м/сек (20 узлов). 32 - 25 м/сек ± 1 м/сек (50 узлов). - 50 м/сек ± 1 м/сек (100 узлов). Общее количество облаков (N) в баллах показано зачерненной частью круга (небосвода). Слева направо на рисунках показаны: 0 баллов, 1 балл, 2-3 балла, 4 балла, 5 баллов, 6 баллов, 7-8 баллов, 9 баллов, 10 баллов. На приземной синоптической карте фактической погоды указывается: - значения метеорологических элементов на указанный момент времени согласно схеме метеорологического кода КН-01; - барические образования, обозначенные буквами Н (низкое)- циклон и В (высокое) - антициклон, - изобары, проведенные толстыми линиями через 5 мб, с обозначением цифрами в разрывах или на концах их величин атмосферного давления в миллибарах; - изоллобары, проведенные пунктирными линиями, в разрыве которых указаны величины барических тенденций; С приземной синоптической карты фактической погоды можно получить: - фактическую погоду в интересующем районе на момент, для которого составлена карта, - направление и скорость перемещения барических образований и фронтов в прошлом и на ближайшее время способом сопоставления смежных карт. 33 Рис.1. Форма нанесения метеорологических данных На приземной карте погоды. Рис. 2. Приземная карта погоды. Карты абсолютной топографии (АТ) а) Карты абсолютной топографии фактических данных 34 На этих картах все данные нанесены в определенных местах относительно станции, согласно схеме, показанной на рисунке, где: ННН - высота данной изобарической поверхности в геопотенциальных декаметрах над уровнем моря; ТТ - температура воздуха на уровне изобарической поверхности в градусах Цельсия; TdTd - точка росы в градусах Цельсия. Кружком с перьями обозначается направление ветра на уровне изобарической поверхности. Скорость ветра обозначается перьями: - маленькое перо - 10 км/час; 2,8 м/сек; 5,4 3зла; - большое перо - 20 км/час; 5,6 м/сек; 10,8 узлов; - зачерненный треугольник - 100 км/час; 28 м/сек; 54 узла. На картах абсолютной топографии нанесено: - трафарет, в котором указывается название карты (АТ-800, АТ-700 и т.д.); время по Гринвичу, в скобках московское, на которое составлена карта; число, месяц и год; город передачи и масштаб; - барические образования, обозначенные буквами Н (низкое) - циклон, В (высокое) - антициклон; - температура воздуха, направление и скорость ветра на уровне изобарической поверхности, точка росы согласно схеме, указанной выше на рисунке; - изогипсы, проведенные через 4 декаметра (40 геопотенциальных метров), в разрывах или на концах которых указаны высоты в геопотенциальных декаметрах, для карт: АТ-850 - 132, 128, 124, 120 и т.д., АТ-700 - 312, 308, 304, З00 и т.д., АТ-500 - 572, 568, 564, 560 и т.д.; - внизу справа - название проекции (например, стереографическая полярная проекция). Карта абсолютной топографии фактических данных позволяют: - определить элементы ветра (направление и скорость ведущего потока) на уровне изобарической поверхности; - предсказать направление и скорость перемещения приземных барических образований и фронтов; - предсказать возникновение и эволюцию приземных барических образований; - определить положение высотной планетарной фронтальной зоны (ВПФЗ); - определить наклон вертикальной оси циклонов и антициклонов; - определить влажность воздуха. ПРОГНОЗ ПОГОДЫ (П.п.) - научно обоснованное предвиденье изменений погоды, являющиеся результатом анализа крупномасштабных атмосферных (атм.) процессов, и применения известных науке закономерностей их развития. Прогнозы погоды (П.п.) составляются метеорологическими подразделениями и службами практически всей планеты. Для сбора и передачи метеоинформации между собой, используется универсальный (международный) метеорологический код. 35 П.п. делятся на краткосрочные (от нескольких часов до 1-2 сут.), долгосрочные малой заблаговременности (3-10 сут.), долгосрочные большой заблаговременности (на месяц и более). П.п. составляются для терр. (область, край, страна, акватории морей и т.п.), а также отд. населённых пунктов, аэропортов, авиатрасс, автомоб. и ж.-д. магистралей и т. п. П.п. подразделяются на специализированные, предназначенные для спец. пользователей (авиация, судоходство, рыбный промысел, сельское х-во и т.д., и общего пользования – для населения. Пример № 1 Спец.прогноза для авиации : П.п. с 09.00 до 18.00. обусловится ложбиной с прохождением холодного фронта. Облачность 7-10 бал. с 13.00 4-7 бал. верхней, средней, кучевой, кучево-дождевой, разорванно-дождевой Нн 500-800м, начале 200-300м. Нв 56км кучево-дождевой 9 -10км. Дымка в первой половине срока Дождь, Гроза, Болтанка сильной интенсивности, Статич. электр-во. Видимость 6-10км дожде 3-4км. Ветер в слое 1,5-9км 240-260гр 50-70км/ч. Ветер у земли 120-140гр с 1314час переход 190-210гр 5-8м/с порывы 7-10м/с. Тем-ра +5+8гр. Пример № 2 П.п. Общего пользования : Завтра ожидается : Облачная погода, местами Дождь, Гроза. Тем-ра +5+8гр. Пример №2 это повседневный прогноз который мы слышим каждый день в СМИ и даётся он по очень большой площади т.е. не конкретно. К первыму относятся также предупреждения об опасных явлениях погоды (ОЯП) в авиации их называют штормовыми (гроза, смерч, шквал, град, сильное обледенение, гололёд, туман, метель, сильный ветер, пыльная буря, заморозки и др.),которые могут вызвать затруднения в работе отдельных отраслей жизнедеятельности человека или причинить ущерб, а также угрожать безопасности населения. Метеорологические подразделения и службы кроме штормовых оповещений об ОЯП, подают штормовые оповещения о наблюдающихся особо опасных метеорологических, гидрологических, геофизических, а также аномальных атмосферных и космических явлениях. Компьютерный прогноз Сами по себе данные наблюдений – это еще не прогноз. После их обработки (распознавание, раскодирование и первичный контроль) проводится так называемый «объективный анализ». Фактически это формирование массива данных о различных метеорологических параметрах (давление, влажность, температура, скорость ветра, облачность) на разных высотах в узлах регулярной широтно-долготной сетки. Название «объективный» сложилось исторически, оно пришло из времен, когда анализ производился «вручную» и сравнивался с компьютерным (последний и называли «объективным»). Эта объемная «метеосетка» используется как начальные данные для следующего этапа – подготовки численного прогноза погоды с помощью прогностической модели, сложной компьютерной программы, которая решает систему уравнений, описывающих динамику атмосферы, причем с учетом различных физических эффектов, не наблюдаемых в идеальном газе. В 36 прогностической модели учитываются вращение Земли, сила тяжести, солнечное и отраженное от поверхности Земли излучение, фазовые переходы воды и т.д. Полученные решения уже позволяют прогнозировать, как может повести себя погода в ближайшем будущем. «Численный прогноз – одна из самых сложных вычислительных задач. Для подобных расчетов любых вычислительных ресурсов всегда мало, – поясняет Дмитрий Киктев, заместитель директора Гидрометцентра РФ. – Со временем модели совершенствуются, мощность компьютеров растет – и качество прогнозов улучшается. Например, сейчас успешность прогнозов погоды на трое суток находится на уровне успешности прогнозов на одни сутки 30 лет назад». Последнее слово Однако и численно рассчитанная на компьютере модель поведения погоды тоже еще не полноценный прогноз. Эту модель нужно оценить и интерпретировать, и здесь невозможно обойтись без специалиста-синоптика. На сегодняшний день прогностические компьютерные модели не способны прогнозировать целый ряд погодных явлений. Это связано с тем, что многие погодные явления (в том числе опасные) имеют локальный характер и сложную природу, описать формально которую в настоящее время почти невозможно. По этой причине туманы, гололед и т.п. прогнозируются в основном специалистами на местах, которые хорошо знают условия их образования и развития в конкретном регионе. Но даже после анализа всей доступной информации последнее слово все равно остается за человеком. Особо опасными явлениями считаются явления, которые по своей интенсивности, времени возникновения, продолжительности и площади распространения могут нанести или нанесли значительный ущерб. К ним относятся : ветер со скоростью более 30 м/с ; град диаметром более 30 мм ; сильный дождь и снегопад с интенсивностью, превышающей критические значения, установленные для данного района ; повышение уровня воды в реках, водоёмах до критических значений, наводнения, заторы, зажоры, угрожающие затоплением районов жизнедеятельности людей промышленных и стратегических объектов ; селевые потоки и снежные лавины ; извержения вулканов ; землетрясения и цунами . К аномальным атмосферным и космическим явлениям оптического, электрического и иного происхождения, относятся : необычные частицы, выпадающие из атмосферы ; окрашенные осадки или осадки иного необычного вида и свойства ; необычные световые, акустические, электромагнитные и другие явления в атмосфере и космическом пространстве. Изучить местные признаки погоды и применять их при составлении краткосрочного прогноза погоды. 37 МЕСТНЫЕ ПРИЗНАКИ ПОГОДЫ ПРИЗНАКИ УСТОЙЧИВОЙ ХОРОШЕЙ ПОГОДЫ 1. Высокое давление, в течение нескольких дней медленно и непрерывно повышающееся. 2. Правильный суточный ход ветра: ночью тихо, днем значительное усиление ветра; на берегах морей и больших озер, а также в горах правильная смена ветров: днем - с воды на сушу и из долин к вершинам, ночью - с суши на воду и с вершин в долины. 3. Зимой ясное небо, и только к вечеру при штиле могут наплывать тонкие слоистые облака. Летом, наоборот: развивается кучевая облачность и к вечеру исчезает. 4. Правильный суточный ход температуры (днем повышение, ночью понижение). В зимнее время температура низкая, летом высокая. 5. Осадков нет; ночью сильная роса или иней. 6. Приземные туманы, исчезающие после восхода Солнца. ПРИЗНАКИ УСТОЙЧИВОЙ ПЛОХОЙ ПОГОДЫ 1. Низкое давление, мало изменяющееся или еще более понижающееся. 2. Отсутствие нормального суточного хода ветра; скорость ветра значительная. 3. Небо сплошь затянуто слоисто-дождевыми или слоистыми облаками. 4. Продолжительные дожди или снегопады. 5. Незначительные изменения температуры в течение суток; зимой относительно тепло, летом прохладно. ПРИЗНАКИ УХУДШЕНИЯ ПОГОДЫ 1. Падение давления; чем быстрее падает давление, тем скорее изменится погода. 2. Ветер усиливается, суточные колебания его почти исчезают, направление ветра меняется. 3. Облачность увеличивается, причем часто замечается следующий порядок появления облаков: появляются перистые, затем перисто-слоистые (движение их настолько быстрое, что заметно на глаз), перисто-слоистые сменяются высокослоистыми, а последние - слоисто-дождевыми. 4. Кучевые облака к вечеру не рассеиваются и не исчезают, и количество их даже увеличивается. Если они принимают форму башен, то следует ожидать грозы. 5. Температура зимой повышается, летом же отмечается заметное уменьшение ее суточного хода. 6. Вокруг Луны и Солнца появляются цветные круги и венцы. ПРИЗНАКИ УЛУЧШЕНИЯ ПОГОДЫ 1. Давление повышается. 2. Облачность становится меняющейся, появляются просветы, хотя временами все небо еще может покрываться низкими дождевыми облаками. 38 3. Дождь или снег выпадают временами и бывают довольно сильными, но не отмечается беспрерывного выпадания их. 4. Температура зимой понижается, летом повышается (после предварительного понижения). 1. Контрольные вопросы: 1. Чем характеризуется приземная карта погоды? 2. Как проводятся изобары? 3. Что такое карты барической топографии и их информационный смысл? 4. Что такое изотермы? 5Что такое приземный анализ погоды? 6. Дайте определение изоллобарам? Отчетный материал 1.Приземные карты с наноской фактической погоды 2.Результаты приземного анализа синоптических карт. 3.Ответы на контрольные вопросы 4. Наноска на карты барической топографии 5. Ответы на контрольные вопросы Практическая работа № 5 Тема: Графическое изображение и анализ барического поля. Цель: Приобрести навыки в графическом изображении барического поля, положения изобарических поверхностей при изменении температуры и давления воздуха с высотой, в циклоне и антициклоне, научиться графически изображать изобарические поверхности и строить проекции различных видов барического рельефа Исходные данные и принадлежности: Примеры для графического построения, карандаш, линейка, ластик, калькулятор Задание: 1. Вычислить высоту изобарических поверхностей в трех точках и изобразить графически их положение в пространстве 2. Сделать анализ положения полученных изобарических поверхностей 3. Вычертить схему вертикального разреза циклона и антициклона 4. Ответить на контрольные вопросы Порядок выполнения работ и указания: Решить задачи: Задача № 1 1.Условно изобразить уровень земной поверхности и отметить на ней три точки (А, В и С) на расстоянии 3 см. Во всех точках температура равна 0 0С, давление 1000 гПа. Значение температуры и давления обозначить около каждой точки. 2.Определить высоту, на которой давление над точками равно 995, 990 и 985 гПа (Для определения высоты необходимо вычислить барическую ступень). 39 Соединить точки с одинаковым значением давления прямыми линиями. Около каждой прямой обозначить соответствующее ей давление. Полученные три прямые являются проекциями соответствующих изобарических поверхностей на вертикальную плоскость. 3.Сделать вывод о положении изобарических поверхностях при одинаковом атмосферном давлении и температуре у поверхности земли. Задача № 2 1.Условно изобразить уровень земной поверхности и отметить на ней три точки (А, В и С) на расстоянии 3 см. Во всех точках давление 1000 гПа, а температура в точках: А = 00, В = 100, С = 200 . Значение температуры и давления обозначить около каждой точки. 2.Определить высоту, на которой давление над точками равно 995, 990 и 985 гПа (Для определения высоты необходимо вычислить барическую ступень). Соединить точки с одинаковым значением давления прямыми линиями. Около каждой прямой обозначить соответствующее ей давление. Сделать вывод о положении изобарических поверхностей, ответив на вопросы: 1) Чем отличается положение проекций изобарических поверхностей на вертикальную плоскость в первом случае от второго? 2) В каком воздухе изобарические поверхности приподняты? 3) Почему расстояние между двумя соседними изобарическими поверхностями в теплом воздухе больше, чем в холодном? Задача № 3 1.Представить схематически вертикальный разрез положения изобарических поверхностей в циклоне. На условной линии земли изобразить три точки (А, В и С). В центре циклона с давлением 1000 гПа расположена точка В. Точки А и С – на западной и восточной периферии, с давлением 1020 гПа. 2.Определить высоту точек, в которых давление будет 950, 900 и 850 гПа, барическая ступень равна 10 м/гПа. Точки с вышеуказанными значениями давления отметить над всеми точками у земли. Соединить последовательно плавными кривыми линиями точки с одинаковым давлением. 3.Сделать вывод о положении изобарических поверхностей в циклоне. 40 Рис. 1 Схема образования циклонов Задача № 4 1.Представить схематически вертикальный разрез положения изобарических поверхностей в антициклоне. На условной линии земли изобразить три точки (А, В и С). В центре циклона с давлением 1020 гПа расположена точка В. Точки А и С – на западной и восточной периферии, с давлением 1000 гПа. 2.Определить высоту точек, в которых давление будет 950, 900 и 850 гПа, барическая ступень равна 10 м/гПа. Точки с вышеуказанными значениями давления отметить над всеми точками у земли. Соединить последовательно плавными кривыми линиями точки с одинаковым давлением. 3.Сделать вывод о положении изобарических поверхностей в антициклоне. 41 Рис.2 Схема образования атициклонов Контрольные вопросы: 1.Какую форму имеют изобарические поверхности в пространстве в циклоне и антициклоне? 2.В каком воздухе на заданной высоте давление выше: в теплом или холодном при одинаковом значении давления у земли? Литература: 1. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. – 4-е изд. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2008. 2. Атлас облаков. – Л.: Гидрометеоиздат, 2007. 3. Матвеев Л.Т., Общая метеорология. Физика атмосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 2009 4. Тверской П.Н. Курс метеорологии. – Л.: Гидрометеоиздат, 2007. Практическое занятие № 6. 42 Тема. Анализ общей циркуляции в атмосфере Определение характеристик воздушных масс и атмосферных фронтов. Цель: Приобретение практических навыков в работе по определению барических систем как основных климатообразующих факторов, познакомить с синоптическими картами и типами погод в зависимости от синоптической обстановки. Оборудование и учебные пособия: 1.Географический атлас. 2.Контурные карты мира. Порядок выполнения: Задание 1. Дать характеристику барических поясов и их взаимодействия. Учебник Шубаева Л.П. стр.144 Задание 2. Построить и проанализировать схему общей циркуляции атмосферы. Учебник Шубаева Л.П. стр.150 Задание 3. Дать описание климатических и атмосферных фронтов и описание типов воздушных масс. Учебник Неклюковой Н.П. стр.151-155 43 Задание 4. Построить и проанализировать схему теплого и холодного фронтов. Задание 5. Прокомментируйте схему. 44 Задание 6. Назовите основные типы воздушных масс. Какие из них формируются над территорией России? Дать характеристику основных типов воздушных масс. 45 Контрольные вопросы: 1. Какая была бы общая циркуляция атмосферы без учета подстилающей поверхности и вращения Земли? 2. Какую роль в общей циркуляции атмосферы играет подстилающая поверхность? 3. Чем обусловлен западный перенос воздуха и на какой широте он наблюдается? 4. Какие воздушные массы бывают по физическим свойствам и по условиям образования? 5. Что такое атмосферные фронты и когда они образуются? 6. В чем отличие атмосферных фронтов от климатических? 7. Что такое воздушные массы? 8. Назовите основные типы воздушных масс. Какие из них формируются над территорией России? 9. Дать характеристику основных типов воздушных масс. 10. Чем отличаются по своим свойствам континентальные воздушные массы и морские? Где формируются? 46 11. Почему воздух, формирующийся над центральными и восточными районами Северного ледовитого океана, называют континентальный арктический, а над Баренцевым морем—морской арктический? 12. В чём причина перемещения воздушных масс? 13. Что такое трансформация воздушных масс? Литература: 1.Матвеев Л.Т., Общая метеорология. Физика атмосферы. – Л.: Гидрометеоиздат, 2009. 2. Монин А.С., Шишков Ю.А. История климата. – Л.: Гидрометеоиздат, 2008. 3. Полтараус Б.В., Кислов А.В. Климатология. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2007. 4. Тверской П.Н. Курс метеорологии. – Л.: Гидрометеоиздат, 2008. Практическое занятие № 7 Тема. 1 Анализ климатов по климатическим поясам. Классификация климатов Земли по Б.П.Алисову Цель: Усвоение и закрепление теоретических знаний по разделу «Климат». Составление климатических характеристик по многолетним данным Оборудование и учебные пособия: 1. Контурные карты. 2. Географический атлас. 3. Цветные карандаши. 4. Неклюкова Н.П. Общее землеведение, 2008 Порядок выполнения: Задание 1. Нанести на контурную карту границы климатических поясов и областей. Задание 2. Дать краткую характеристику расположения каждого пояса в южном и северном полушарии. Учебник Неклюковой Н.П. стр.192-197 Задание 3. Объяснить причины неоднородности климата в пределах широтных поясов. Задание 4. Дать характеристику основных климатических показателей (температура, осадки, влажность) по климатическим поясам. Задание 5. По данным среднемесячных значений температуры, осадков и влажности, определить, к какому типу климата отнести данный пункт. Практикум Пашканга К.В. стр.574-77, табл.24 Контрольные вопросы: 1. Какие классификации климатов вы знаете? 2. На каких признаках построены эти классификации? 3. Как называется классификация Б.П.Алисова и что положено в ее основу? 47 4.Назвать наиболее важные метеорологические элементы по которым можно судить о типе погоды. 6. Что такое воздушные массы? 7. Назовите основные типы воздушных масс. Какие из них формируются над территорией России? 8. Дать характеристику основных типов воздушных масс. 9. Чем отличаются по своим свойствам континентальные воздушные массы и морские? Где формируются? 10. Почему воздух, формирующийся над центральными и восточными районами Северного ледовитого океана, называют континентальный арктический, а над Баренцевым морем—морской арктический? 11. В чём причина перемещения воздушных масс? 12. Что такое трансформация воздушных масс? Литература: 1. Полтараус Б.В., Кислов А.В. Климатология. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2007. 2. Тверской П.Н. Курс метеорологии. – Л.: Гидрометеоиздат, 2008. 2.2. Вопросы к экзамену 1. Что такое метеорология? Основные понятия. 2. Что такое Всемирная служба погоды? 3. Что такое метеорологическая информация? Метеорологические наблюдения. 4. Метеорологические величины и метеорологические явления. 5. Что такое атмосферное давление, парциальное давление водяного пара, парциальное давление насыщения, абсолютная влажность, удельная влажность, относительная влажность, точка росы, скорость и направление ветра, в каких единицах измеряются? 6. Облака и их фазовое состояние. Как оценивается количество облаков? 7. Международная классификация облаков. Облака нижнего яруса. 8. Что такое градиент метеорологической величины? 9. Уравнение состояния сухого и влажного воздуха. 10. Плотность воздуха. Что такое виртуальная температура? 11. Плотность сухого и плотность влажного воздуха – что больше и почему? 12. Основные составляющие атмосферного воздуха. 48 13. Роль углекислого газа в атмосфере. 14. Роль озона в атмосфере. 15. Роль водяного пара в атмосфере. 16. Что такое атмосферные аэрозоли, какова их роль в атмосфере? 17. Деление атмосферы на слои по распределению температуры с высотой (название слоев, высота, как изменяется температура с высотой). 18. Вертикальное деление по составу атмосферного воздуха. 19. Основное уравнение статики атмосферы. 20. В каком воздухе холодном или теплом давление с высотой убывает быстрее и почему? 21. Что такое барометрические формулы, привести пример? 22. Какие задачи решаются с помощью барометрических формул? 23. Перечислить потоки лучистой энергии в атмосфере. 24. Динамическая и термическая турбулентность. Конвекция. Ускорение конвекции. 25. Аэрологическая диаграмма. Определение уровня кнднсации. 26. Построение кривой стратификации и состояния. Энергия неустойчивости. 27. Суммарная и поглащенная радиация. Что такое альбедо? 28. Задерживающие слои в атмосфере. Причины их образования. 29. Что такое эффективное излучение? 30. Радиационный баланс подстилающей поверхности. 31. Назовите основной механизм передачи тепла в атмосфере, в почве, в воде. 32. Что такое суточный ход температуры воздуха как он изменяется с высотой? 33. Что такое суточный ход температуры почвы как он изменяется с глубиной? 34. Чем отличается суточный ход температуры воздуха от суточного хода температуры почвы? 35. Чем отличается суточный ход температуры почвы от суточного хода температуры океана? 49 36. Тепловой баланс суши, океана, системы Земля – атмосфера. 37. Что такое испаряемость, в каких районах земного шара она наибольшая? 38. Барометрическая формула. Применение барометрической формулы. Барометрическая ступень. 39. Сухоадиабатические и влажноадиабатические изменения температуры при вертикальных движениях. 40. Поглащение и рассеяние солнечной радиации в атмосфере. 41. Каков механизм образования туманов испарения, туманов смешения, туманов охлаждения, радиационных и адвективных туманов? 42. Барическокое поле. Карты барической топографии. Горизонтальный барический градиент. 43. Каков механизм образования облаков восходящего скольжения, волнистообразных и кучевообразных облаков? 44. Отклоняющая сила вращения Земли. Геострафический ветер. 45. Что такое атмосферные и наземные осадки? 46. Что такое роса, иней, гололед, гололедица. При каких условиях образуются? 47. Классификация осадков. 48. Что такое изобара, изогипса, гребень, ложбина, циклон, антициклон? 49. Что такое горизонтальный и вертикальный барический градиент (определение, единицы измерения)? 50. Что такое сила барического градиента (определение, направление)? 51. Что такое градиентный и геострофический ветер? 52. Как изменяется скорость и направление ветра с высотой в пограничном слое атмосферы? 53. Суточный ход скорости и направления ветра. 54. Что такое роза ветров? 55. Что такое бриз, горно-долинный ветер, фен, бора (определение, механизм образования)? 56. Глобальное распределение давления на Земле. 50 57. Атмосферные движения каких направлений преобладают в полярных, тропических, умеренных широтах и почему? 28. Что такое центры действия атмосферы? 59. Какие сезонные центры действия атмосферы определяют погоду на Дальнем Востоке? 60. Конденсация в атмосфере. Ядра конденсации. 31. Атмосферные фронты и воздушные массы. Теплый фронт, его характеристика. 62. Что такое внутритропическая зона конвергенции? 63. Что такое тропические циклоны, чем они отличаются от внетропических? 64. Что такое внетропические циклоны (определение, погода в циклоне, направление перемещения)? 65. Что такое антициклоны (определение, погода в антициклоне)? 66. Что такое климат? Основные климатообразующие процессы. 67. Географические факторы климата. 68. Как влияет на формирование климата географическая широта; высота над уровнем моря; распределение суши и моря; орография; океанические течения; растительный и снежный покров? 69. Микроклимат пересеченной местности; леса; города. 40. Классификация климатов Кеппена. 71. Классификация климатов Алисова. 72. Дать краткую характеристику экваториального, субэкваториального, тропического, субтропического климатов; климата умеренных широт; субполярного климата; климата Арктики и климата Антарктиды. 73. Каковы перспективы изменения климата в результате антропогенных воздействий? 2.4. Основная литература 1. Голик В.И. Охрана окружающей среды: учебное пособие/В.И.Голик- М.:Высшая шк..2007 – 207с. Гриф Минобразования и науки РФ. 51 2. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. – 4-е изд. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2008. 2.5. Дополнительная литература 1. Воробьёв В.И. Синоптическая метеорология. Л.: Гидрометеоиздат, 2007.604 с 2. Географический атлас для учителей средней школы. М.: ГУГК, 1985. 236 с. 3. Захаровская Н.Н., Ильинич В.В. Метеорология и климатология: Учебное пособие для вузов. М.: изд-во «КолосС», 2008. 127 с. 4. Зверев А.С. Синоптическая метеорология. Л.: Гидрометеоиздат, 1977. 700 с. 5. Кароль И.Л. Введение в динамику климата Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 2007. 215 с. 7. Исаев А.А. Экологическая климатология. М.: Научный мир, 2008. 472 с. 8. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 2008. программное обеспечение и Интернет-ресурсы: 1. Геоинформационная система «Метео» (ГИС), 2. www.meteo.ru 3.www.gismeteo.ru периодические издания (журналы) 1.Метеорология и климатология 2. Учебно-практическое пособие КУРС ЛЕКЦИЙ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «УЧЕНИЕ ОБ АТМОСФЕРЕ» Состав и строение атмосферы Верхняя граница атмосферы лежит на высоте более 2000 км. Граница эта выражена нечетко, так как с высотой газы разрежаются и постепенно переходят в мировое пространство. По вертикали атмосфера неоднородна. С высотой изменяется не только давление, плотность и температура воздуха, но и электрическое состояние атмосферы, а на больших высотах — и ее состав. По характеру изменения температуры с высотой атмосферу делят на несколько сфер с различными физическими свойствами, а также выделяют несколько переходных слоев между сферами. Тропосфера в умеренных и высоких широтах простирается от поверхности Земли до высоты 8— 12 км, а в тропической и экваториальной зонах — до 16— 52 17 км. Высота верхней границы тропосферы во внетропических широтах изменяется по сезонам: летом она несколько выше, чем зимой. Высота ее колеблется также и ежедневно (от 7—8 до 12— 14 км) в зависимости от характера атмосферных процессов, и главным образом от изменения температуры. Основная масса атмосферы сосредоточена в довольно тонком слое. Иначе говоря, плотность воздуха с высотой быстро уменьшается. Поэтому 1 м3 воздуха на уровне моря весит f033 г, а на высоте 40 км — всего 4 г. Характерная особенность тропосферы — понижение температуры с высотой в среднем на 6° на каждый километр поднятия. Объясняется это тем, что для солнечных лучей тропосферный воздух почти прозрачен и нагревается и охлаждается он главным образом от поверхности Земли. Там, где приток солнечной радиации больше, температура воздуха выше. Поэтому в экваториальной и тропической зонах приземная температура в течение года колеблется около 26—28°, а в Центральной Арктике она равна —34—36° зимой и около 0° летом. В Антарктиде еще холоднее: в центре ее ледяного плато средняя температура воздуха зимой достигает —40° и ниже, а летом не выше —15—20°. В соответствии с таким распределением тепла на земном шаре горизонтальный градиент температуры в тропосфере в течение всего года направлен из низких широт к высоким; преобладает западный горизонтальный перенос воздуха. Иначе говоря, между тропиками и высокими широтами Земли преобладают западные ветры. Чем выше над Землей, тем ярче они выражены. Наибольшей скорости, как правило, они достигают на высоте 9—12 км. Здесь западные ветры при определенных условиях могут стать сверхураганными — скорость их более 300 км/ч. 53 Горизонтальный перенос воздуха сопровождается вертикальными, а также турбулентными движениями воздуха, поэтому он непрерывно перемешивается. А так как поднимаются и опускаются большие объемы воздуха, то образуются и рассеиваются облака, выпадают и прекращаются атмосферные осадки. В тропосфере находится почти весь водяной пар. Поэтому только в тропосфере возникают облака и выпадают дожди, снег, крупа и град, наблюдаются грозы, ливни, метели, гололед и т. д. Слой воздуха, отделяющий тропосферу от стратосферы, называют тропопаузой. Это сравнительно тонкий слой атмосферы, измеряемый десятками и сотнями метров. Выше тропопаузы обычно температура поднимается с высотой (повышение температуры с высотой называется инверсией), поэтому активное перемешивание воздуха между тропосферой и стратосферой затруднено. Стратосфера лежит между высотами 8—17 и 50—55 км. На этих высотах в ближайшем будущем будут пролегать межконтинентальные авиатрассы. Чтобы обеспечить безопасность полетов сверхзвуковой авиации и космических кораблей, необходимы точные сведения о метеорологическом 54 режиме стратосферы. Этому вопросу метеорологи все больше уделяют внимания. Еще не так давно существовало предположение, что стратосфера — сравнительно спокойная среда, в которой газы разделены по слоям в соответствии с их удельными весами. Отсюда, собственно, и ее название: полатыни «стратус»—слоистый. Новые данные, полученные с помощью радиозондов, достигающих высот 30—35 км, и специальных метеорологических ракет, запускаемых до высот 60— 80 км, установили, что в стратосфере, как и в тропосфере, воздух неодинаково нагрет в зависимости от широты. Это порождает интенсивную циркуляцию, скорости воздушных течений измеряются сотнями километров в час и сопровождаются вертикальными и турбулентными движениями воздуха. Во всем слое стратосферы содержится озон, образующийся под действием ультрафиолетовой солнечной радиации. Озона в атмосфере немного: если бы можно было собрать его в один слой, то толщина его не превысила бы 2—3 мм. Наиболее всего он сконцентрирован в слое от 20 до 30 км. Однако именно озон во многом формирует сезонный режим температуры и ветра в стратосфере. Поглощая ультрафиолетовую радиацию Солнца, он вызывает нагревание воздуха, поэтому выше тропопаузы температура с высотой повышается и на верхней границе стратосферы достигает 0° и даже 10° тепла. В полярных районах Земли летом, в условиях полярного дня, воздух в стратосфере нагревается, а зимой, в условиях полярной ночи, вследствие излучения тепла, наоборот, охлаждается. В низких же широтах температура воздуха почти не меняется, поэтому летом над Арктикой и Антарктикой давление воздуха выше, чем над умеренными и низкими широтами. При этом градиент давления направлен из высоких широт в сторону экваториальной зоны, и поэтому в стратосфере выше 18—20 км возникают восточные ветры, достигающие наибольших скоростей на высоте 55—60 км (около 250 км/ч). Зимой, наоборот, градиент давления направлен из низких широт к высоким и во всей стратосфере преобладают западные ветры, скорость которых на высоте 55—60 км достигает 400 км/ч. Выше стратосферы лежит мезосфера. Переходный слой между ними называют стратопаузой. В мезосфере с высотой температура падает и у верхней границы (80 км) достигает —70, —80°. Понижение температуры прекращается у верхней границы мезосферы (80 км), а выше снова начинается ее повышение. Здесь, под инверсионным слоем, иногда (чаще летом) возникают блестящие тонкие облака, освещенные Солнцем, находящимся за горизонтом. Эти облака названы серебристыми. Природа их еще недостаточно изучена. Предполагается, что они состоят из частиц пыли. Термосфера расположена между высотами 80 и 800 км. На высоте около 100 км температура переходит через 0°, в слое 150—200 км она доходит до 500°, а на высоте 500—600 км превышает 1500°. По данным искусственных спутников Земли, в верхней термосфере температура достигает почти 2000° и в течение суток значительно колеблется. Такая высокая температура объясняется большими скоростями движения молекул и атомов. В нижней, наиболее 55 плотной среде атмосферы эти молекулы и атомы при движении непрерывно сталкиваются и мгновенно передают друг другу кинетическую энергию, поэтому в плотной среде кинетическая энергия в среднем одна и та же. В термосфере, где плотность среды очень мала, частицы сталкиваются реже. О термосфере мы знаем еще очень мало. Известно лишь, что здесь происходят значительные суточные колебания температуры и что в верхних ее слоях они достигают 100°. На температуру в термосфере сильно влияет радиация Солнца. Наиболее интересная особенность термосферы — ионизация, за что ее иначе называют ионосферой. Газы находятся в ней большей частью в атомарном состоянии. Под действием ультрафиолетового и корпускулярного излучений Солнца, обладающих большой энергией, от нейтральных атомов и молекул воздуха отщепляются электроны. Атомы и молекулы, потерявшие один или несколько электронов, приобретают положительный заряд, а свободный электрон может снова присоединиться к нейтральному атому или молекуле и наделить их своим отрицательным зарядом. При большой концентрации ионов газы становятся электропроводными. Заряженные частицы солнечного излучения — корпускулы — под влиянием магнитного поля Земли отклоняются в сторону высоких широт. Войдя в атмосферу, корпускулы усиливают ионизацию газов настолько, что начинается свечение газов. Так возникают полярные сияния — в виде красивых многокрасочных полос, дуг, занавесей, загорающихся в ночном небе, преимущественно в высоких широтах Земли. Если полярные сияния сопровождаются сильными магнитными бурями, их можно увидеть в умеренной зоне и даже в субтропиках и тропиках. Обычно полярные сияния бывают на высоте около 100 км, но нередко достигают нескольких сотен километров. Ионосфера влияет на распространение радиоволн. Ионизированные слои отражают средние и короткие радиоволны. Последние вновь возвращаются на земную поверхность, но уже в значительном отдалении от места радиопередачи. Такой путь короткие радиоволны совершают несколько раз, отчего и возможна дальняя радиосвязь. Однако при хромосферных вспышках на Солнце и усилении его ультрафиолетового излучения происходят сильные возмущения ионосферы и магнитного поля Земли. Во время таких магнитных бурь радиосвязь нарушается, так как ионосфера хуже отражает радиоволны или пропускает их в космос. В некоторых слоях ионосферы концентрация свободных электронов достигает несколько большей величины. Известны четыре таких слоя на высотах 60—80, 100—120, 180—200 и 300—400 км. Их обозначают буквами D, Е, F1 и F2. Экзосфера — самая верхняя, сильно разреженная часть атмосферы — сфера рассеяния. Температура в ней возрастает предположительно до 2000°. Важные сведения о высоких слоях атмосферы получены с помощью советских спутников серии «Космос» и геофизических ракет. Ценны и непосредственные наблюдения космонавтов, проведенные с борта космических кораблей. 56 Околоземное пространство за пределами атмосферы, как показали исследования, заполнено заряженными частицами. Там существуют внутренняя и внешняя зоны радиации. Их границы изменяются в зависимости от солнечной активности. При ее усилении, т. е. когда на Солнце появляются пятна и струи газа, возрастает поток космических частиц, которые и питают радиационные зоны Земли. Эти зоны опасны для людей, поэтому перед полетом в космос определяется положение в этих зонах, а орбита космического корабля выбирается с таким расчетом, чтобы она проходила вне этих областей. Газовый состав атмосферы. Согласно наиболее распространённой теории, атмосфера Земли во времени пребывала в трёх различных составах. Первоначально она состояла из лёгких газов (водорода и гелия), захваченных из межпланетного пространства. Это так называемая первичная атмосфера (около четырех миллиардов лет назад)[источник не указан 282 дня]. На следующем этапе активная вулканическая деятельность привела к насыщению атмосферы и другими газами, кроме водорода (углекислым газом, аммиаком, водяным паром). Так образовалась вторичная атмосфера (около трех миллиардов лет[источник не указан 207 дней] до наших дней). Эта атмосфера была восстановительной. Далее процесс образования атмосферы определялся следующими факторами: утечка легких газов (водорода и гелия) в межпланетное пространство; химические реакции, происходящие в атмосфере под влиянием ультрафиолетового излучения, грозовых разрядов и некоторых других факторов. Постепенно эти факторы привели к образованию третичной атмосферы, характеризующейся гораздо меньшим содержанием водорода и гораздо большим — азота и углекислого газа (образованы в результате химических реакций из аммиака и углеводородов). 57 Азот Образование большого количества азота N2 обусловлено окислением аммиачно-водородной атмосферы молекулярным кислородом О2, который стал поступать с поверхности планеты в результате фотосинтеза, начиная с 3 млрд лет назад. Также азот N2 выделяется в атмосферу в результате денитрификации нитратов и других азотсодержащих соединений. Азот окисляется озоном до NO в верхних слоях атмосферы. Азот N2 вступает в реакции лишь в специфических условиях (например, при разряде молнии). Окисление молекулярного азота озоном при электрических разрядах в малых количествах используется в промышленном изготовлении азотных удобрений. Окислять его с малыми энергозатратами и переводить в биологически активную форму могут цианобактерии (сине-зелёные водоросли) и клубеньковые бактерии, формирующие ризобиальный симбиоз с бобовыми растениями, т. н. сидератами. Кислород 58 Состав атмосферы начал радикально меняться с появлением на Земле живых организмов, в результате фотосинтеза, сопровождающегося выделением кислорода и поглощением углекислого газа. Первоначально кислород расходовался на окисление восстановленных соединений — аммиака, углеводородов, закисной формы железа, содержавшейся в океанах и др. По окончании данного этапа содержание кислорода в атмосфере стало расти. Постепенно образовалась современная атмосфера, обладающая окислительными свойствами. Поскольку это вызвало серьёзные и резкие изменения многих процессов, протекающих в атмосфере, литосфере и биосфере, это событие получило название Кислородная катастрофа. В течение фанерозоя состав атмосферы и содержание кислорода претерпевали изменения. Они коррелировали прежде всего со скоростью отложения органических осадочных пород. Так, в периоды угленакопления содержание кислорода в атмосфере, видимо, заметно превышало современный уровень. Углекислый газ Содержание в атмосфере СО2 зависит от вулканической деятельности и химических процессов в земных оболочках, но более всего — от интенсивности биосинтеза и разложения органики в биосфере Земли. Практически вся текущая биомасса планеты (около 2,4·1012 тонн[1]) образуется за счет углекислоты, азота и водяного пара, содержащихся в атмосферном воздухе. Захороненная в океане, в болотах и в лесах органика превращается в уголь, нефть и природный газ. Благородные газы Источник инертных газов — аргона, гелия и криптона — вулканические извержения и распад радиоактивных элементов. Земля в целом и атмосфера в частности обеднены инертными газами по сравнению с космосом. Считается, что причина этого заключена в непрерывной утечке газов в межпланетное пространство[источник не указан 207 дней]. Радиация в атмосфере Радиацию с длинами волн от 0,01 до 0,39 мкм называют ультрафиолетовой. Она невидима, т. е. не воспринимается глазом. Радиация с длинами волн от 0,40 до 0,76 мкм - видимый свет, воспринимаемый глазом. Свет с длиной волны около 0,40 мкм воспринимается как фиолетовый, с длиной волны около 0,76 мкм - как красный. На промежуточные между 0,40 и 0,76 мкм длины волн приходится свет всех цветов видимого спектра. Радиация с длинами волн больше 0,76 мкм и до нескольких сотен микрометров называется инфракрасной; она, как и ультрафиолетовая, невидима. В метеорологии принято выделять коротковолновую и длинноволновую радиации. Коротковолновой называют радиацию в диапазоне длин волн от 0,1 до 4 мкм. Она включает кроме видимого света еще ближайшую к нему по длинам волн ультрафиолетовую и инфракрасную радиацию. Солнечная радиация на 99 % является коротковолновой радиацией. К длинноволновой радиации относят радиацию, излучаемую земной поверхностью и атмосферой с длинами волн от 4 до 100 мкм. 59 Солнечная постоянная Количеcтвенной мерой солнечной радиации, поступающей на некоторую поверхность, служит энергетическая освещенность или плотность потока радиации, т. е. количество лучистой энергии, падающей на единицу площади в единицу времени. Энергетическая освещенность измеряется в Вт/м2 (или кВт/м2); это означает, что на 1 м2 в секунду поступает 1 Дж (или 1 кДж) лучистой энергии. Энергетическую освещенность солнечной радиации, падающей на верхней границе атмосферы на единицу площади, перпендикулярной к солнечным лучам, при среднем расстоянии Земли от Солнца называют солнечной постоянной S0*. S0* = 1367 Вт/м2. Прямая солнечная радиация Радиацию, приходящую к земной поверхности непосредственно от диска Солнца, называют прямой солнечной радиацией. Поток прямой солнечной радиации на горизонтальную поверхность называется инсоляцией S’. S’ = S sin h0, где h0 - высота Солнца, S - поток прямой солнечной радиации на перпендикулярную к солнечным лучам поверхность. Рассеяние солнечной радиации в атмосфере Рассеянием называется преобразование части прямой солнечной радиации, которая до рассеяния распространяется в виде параллельных лучей в определенном направлении, в радиацию, идущую по всем направлениям. Рассеяние происходит в оптически неоднородном атмосферном воздухе, содержащем мельчайшие частицы жидких и твердых примесей - капли, кристаллы, мельчайшие аэрозоли. Суммарная радиация Всю солнечную радиацию, приходящую к земной поверхности - прямую и рассеянную - называют суммарной радиацией. Таким образом, суммарная радиация Q = S sinh0 + D, где S - энергетическая освещенность прямой радиацией, D - энергетическая освещенность рассеянной радиацией, h0 - высота Солнца. Отражение солнечной радиации, поглащенная радиация, Альбедо Земли Падая на земную поверхность, суммарная радиация в большей своей части поглощается в верхнем тонком слое почвы или в более толстом слое воды и переходит в тепло, а частично отражается. Величина отражения солнечной радиации земной поверхностью зависит от характера этой поверхности. Отношение количества отраженной радиации к общему количеству радиации, падающей на данную поверхность, называется альбедо поверхности. Это отношение выражается в процентах. Итак, из общего потока суммарной радиации S sinh0 + D отражается от земной поверхности часть его (S sinh0 + D) А, где А - альбедо поверхности. Остальная часть суммарной радиации (S sinh0 + D) (1-А) поглощается земной поверхностью и идет на 60 нагревание верхних слоев почвы и воды. Эту часть называют поглощенной радиацией. Альбедо поверхности почвы меняется в пределах 10-30 %; у влажного чернозема оно снижается до 5 %, а у сухого светлого песка может повышаться до 40 %. С возрастанием влажности почвы альбедо снижается. Альбедо растительного покрова - леса, луга, поля - заключается в пределах 10-25 %. Альбедо поверхности свежевыпавшего снега составляет 80-90 %. Излучение земной поверхности Верхние слой почвы и воды, снежный покров и растительность сами излучают длинноволновую радиацию; эту земную радиацию чаще всего называют собственным излучением земной поверхности (Еs). Эта радиация инфракрасная, не воспринимаемая глазом. Встречное излучение Атмосфера нагревается, поглощая как солнечную радиацию (хотя в сравнительно небольшой доле, около 15 % всего ее количества, приходящего к Земле), так и собственное излучение земной поверхности. Кроме того, она получает тепло от земной поверхности путем теплопроводности, а также при конденсации водяного пара, испарившегося с земной поверхности. Нагретая атмосфере излучает сама. Так же, как и земная поверхность, она излучает инфракрасную радиацию примерно в том же диапазоне длин волн. Атмосферную радиацию, приходящую к земной поверхности, называют встречным излучением Еа. Эффективное излучение Встречное излучение атмосферы всегда несколько меньше земного. Поэтому земная поверхность теряет тепло за счет положительной разности между собственным и встречным излучением. Разность между собственным излучением земной поверхности и встречным излучением атмосферы называют эффективным излучением Еа: Ее = Еs - Еа . Эффективное излучение представляет собой чистую потерю лучистой энергии, а следовательно, и тепла с земной поверхности ночью. Радиационный баланс земной поверхности Разность между поглощенной радиацией и эффективным излучением В = (S sinh0 +D)(1 - A) - Ee называют радиационным балансом земной поверхности. Тепловой режим атмосферы Тепловой баланс земной поверхности Земная поверхность, т. е. поверхность почвы или воды (а также растительного , снежного, ледяного покрова), непрерывно и разными способами получает и теряет тепло. Через земную поверхность тепло передается вверх - в атмосферу и вниз - в почву или в воду. Во-первых, на земную поверхность поступают суммарная радиация и встречное излучение атмосферы. Они в большей или меньшей степени поглощаются поверхностью, т. е. идут на нагревание верхних слоев почвы и 61 воды. В то же время земная поверхность излучает сама и тем самым теряет тепло. Во-вторых, к земной поверхности приходит тепло сверху, из атмосферы, путем турбулентной теплопроводности. Тем же способом тепло уходит от земной поверхности в атмосферу Путем теплопроводности тепло также уходит от земной поверхности вниз, в почву и воду, либо приходит к земной поверхности из глубины почвы и воды. В-третьих, земная поверхность получает тепло при конденсации на ней водяного пара из воздуха или теряет тепло при испарении с нее воды. В первом случае выделяется скрытая теплота, во втором теплота переходит в скрытое состояние. Алгебраическая сумма всех приходов и расходов тепла на земной поверхности должна быть равной нулю. Это и выражается уравнением теплового баланса земной поверхности. К распространению тепла в почве применима общая теория молекулярной теплопроводности, предложенная в свое время Фурье. Законы распространения тепла в почве носят название законов Фурье. Чем больше плотность и влажность почвы, тем лучше она проводит тепло, тем быстрее распространяются в глубину и тем глубже проникают колебания температуры. Независимо от типа почвы период колебаний температуры не изменяется с глубиной (первый закон Фурье). Возрастание глубины в арифметической прогрессии приводит к уменьшению амплитуды в прогрессии геометрической (второй закон Фурье). Сроки наступления максимальных и минимальных температур как в суточном, так и в годовом ходе запаздывают с глубиной пропорционально увеличению глубины (третий закон Фурье). Четвертый закон Фурье гласит: глубины слоев постоянной суточной и годовой температуры относятся между собой как корни квадратные из периодов колебаний, т. е. как 1: 365 Вода в атмосфере Влагооборот состоит из испарения воды с земной поверхности, ее конденсации в атмосфере, выпадения осадков и стока. Испарение и насыщение Водяной пар непрерывно поступает в атмосферу вследствие испарения с поверхностей водоемов и почвы вследствие транспирации (испарение растительностью). Испарение, в отличие от транспирации, называют еще физическим испарением, а испарение и транспирацию вместе - суммарным испарением. Суть процесса испарения заключается в отрыве отдельных молекул воды от водной поверхности или от влажной почвы и переходе в воздух в качестве молекул водяного пара. Одновременно с отрывом молекул от поверхности воды или почвы происходит обратных процесс их перехода из воздуха в воду или в почву. Когда достигается состояние подвижного равновесия - возвращение молекул становится равным их отдаче с поверхности, - испарение прекращается: отрыв 62 молекул с поверхности продолжается, но он покрывается возвращением молекул. Такое состояние называют насыщением, водяной пар в этом состоянии насыщающим, а воздуха, содержащий насыщающий водяной пар, насыщенным. Парциальное давление водяного пара в состоянии насыщения называют давлением насыщенного водяного пара. Скорость испарения Скорость испарения V выражается в миллиметрах слоя воды, испарившейся за единицу времени (например, за сутки) с данной поверхности. Она прежде всего пропорциональна разности между давлением насыщенного водяного пара при температуре испаряющей поверхности и фактических давлением водяного пара в воздухе: Es - e (закон Дальтона). Кроме того, скорость испарения обратно пропорциональна атмосферному давлению р. Наконец, испарение зависит от скорости ветра v. Итак, V = (Es - e) / p f(v). Испаряемость и испарение Говоря о количестве воды, испарившейся в той или иной местности, нужно различать фактическое испарение и возможное испарение, или испаряемость. Испаряемостью называют максимально возможное испарение, не ограниченное запасами влаги. Таково испарение с чашки испарителя, куда регулярно добавляют воду. Испарение с поверхности водоема или избыточно увлажненной почвы также может быть названо испаряемостью. Испаряемость не всегда совпадает с фактическим испарением с поверхности почвы. Для почвы с недостаточным увлажнением фактическое испарение меньше, чем для водной поверхности при тех же условиях, т. е. меньше испаряемость, потому что не хватает влаги, которая могла бы испариться. Характеристики влажности Для количественного выражения содержания водяного пара в атмосфере используют различные характеристики влажности воздуха. Парциальное давление е - основная и наиболее употребительная характеристика влажности. Относительная влажность f , т. е. отношение фактического давления водяного пара к давлению насыщенного пара при данной температуре, выраженное в процентах: f = (e/E) 100%. Абсолютная влажность а - масса водяного пара в граммах в 1 м3 воздуха, т. е. плотность водяного пара, выраженная в граммах на кубический метр. Удельная влажность (массовая доля водяного пара) q - отношение массы водяного пара в некотором объеме к общей массе влажного воздуха в том же объеме. Температура, при которой содержащийся в воздухе водяной пар достигает насыщения при неизменном общем давлении воздуха называется точкой росы . 63 Разность между температурой воздуха Т и точкой росы называется дефицитом точки росы : = Т - . Разность между давлением насыщенного водяного пара Е при данной температуре и фактическим давлением е пара в воздухе (D = E - e) называется дефицитом насыщения. Иначе говоря, дефицит насыщения показывает сколько водяного пара недостает для насыщения воздуха при данной температуре. Выражается он в гектопаскалях. Конденсация в атмосфере Конденсация - переход воды из газообразного в жидкое состояние. При конденсации в атмосфере образуются мельчайшие капли диаметром порядка нескольких микрометров. Более крупные капли образуются путем слияния мелких капель или в результате таяния ледяных кристаллов. Конденсация начинается, если воздух достигает насыщения, а это чаще всего происходит в атмосфере при понижении температуры. Водяной пар с понижением температуры до точки росы достигает состояния насыщения. При дальнейшем понижении температуры избыток водяного пара сверх того, что нужно для насыщения, переходит в жидкое состояние. В атмосферных условиях происходит не только конденсация, но и сублимация - образование кристаллов, переход водяного пара в твердое состояние. Этот процесс происходит при очень низких температурах - ниже 40°С . Метеорологическая информация Метеорология - наука об атмосфере, ее составе, строении, свойствах, физических и химических процессах, протекающих в атмосфере. Эти процессы оказывают большое влияние на жизнь человека. Человеку необходимо иметь представление о погодных условиях, которые были, есть и, что особенно важно, будут сопровождать его существование на Земле. Без знания метеоусловий невозможно правильно вести сельскохозяйственные работы, строить и эксплуатировать промышленные предприятия, обеспечивать нормальное функционирование транспорта, особенно авиационного и водного. Задачами метеорологии являются описание состояния атмосферы в данный момент времени, прогноз ее состояния на будущее, разработка экологических рекомендаций и, в конечном счете, обеспечение условий безопасного и комфортного существования человека. Виды гидрометеорологической продукции Различают два вида метеорологической информации: 1) первичную информацию о текущей погоде, непосредственно получаемую в результате метеорологических наблюдений; 2) вторичную информацию — информацию о наблюдавшейся погоде в виде различных сводок, синоптических карт, аэрологических диаграмм, вертикальных разрезов, карт облачности, полученных по спутниковым наблюдениям, и т. д. 64 Правильность анализа атмосферных процессов и успешность составляемых прогнозов в значительной степени зависят от качества и своевременности поступления первичной метеорологической ин­формации. Комплекс измеряемых или наблюдаемых параметров определяется двумя обстоятельствами: 1) оптимальностью числа параметров, необходимых для обоснованного анализа состояния атмосферы, и 2) особенностями потребителя. Существенным для службы погоды является определение оптимальной частоты и плотности наблюдений, под которой понимается плотность измерительной сети. Исходными данными для решения этой крайне сложной задачи являются масштабно-временная структура интересующих пас атмосферных процессов, заблаговременность п время действия прогнозов, технические возможности и экономические соображения. Общие требования к первичной метеорологической информации Первичная метеорологическая информация, используемая в службе погоды, должна отвечать некоторым общим требованиям к ней. Эти требования обосновываются, с одной стороны, внутренней структурой н закономерностями развития атмосферных процессов, методами нх анализа и прогноза и, с другой стороны, запросами потребителя метеорологической информации. В соответствии с этими требованиями первичная метеорологическая информация должна быть глобальной, трехмерной, комплексной, синхронной, регулярной и оперативной Отметим, что все эти требования должны выполняться в совокупности, так как нарушение хотя бы одного из них значительно обесценивает всю поступившую информацию. Глобальность означает, что метеорологическая информация должна поступать в прогностические центры с прилегающей территории, по размерам соизмеримой с территорией континентов пли океанов, а в ряде случаев — с территории всего полушария Трехмерность метеорологической информации ошачает, что данные наблюдений должны характеризовать состояние атмосферы не только по площади над большими географическими районами, но и по высотам, т. е. в трехмерном пространстве. Такие требования к метеорологической информации диктуются тем, что атмосферные процессы развиваются в значительной толще возтуха, взаимодействие между процессами на различных высотах оказывается очень тесным. Действительно, мощные циклопы и антициклоны прослеживаются от земной поверхности до нижней стратосферы. Существенную роль в формировании погоды играют колебания тропопаузы. В верхней тропосфере п нижней стратосфере наблюдаются сравнительно узкие, по очень сильные воздушные потоки, получившие название струйных течений. Они обладают огромными запасами энер­гии п существенно влияют на развитие атмосферных процессов. Тесное взаимодействие процессов в различных слоях атмосферы и пространственный характер их развития обусловливают необходимость проведения трехмерного анализа этих процессов, а отсюда вытекает п соответствующее требование к информации. Комплексность первичной информации определяется необходимостью комплексного анализа в первую очередь полей давления, ветра, температуры и 65 влажности в целях наиболее полного выявления закономерностей развития атмосферных процессов, особенно с учетом взаимосвязи в развитии этих полей и различных атмосферных явлений. Именно поэтому возникает необходимость включения в состав метеорологической информации данных о состоянии всех основных метеорологических величин, без чего ценность информации значительно снижается, а это влияет на успешность прогнозов. Синхронность означает проведение метеорологических наблюдений в единые физические моменты времени на всей территории, охватываемой наблюдениями, например на полушарии. Это позволяет проводить для единого срока сравнительный, объективный анализ временной изменчивости полей метеорологических велнчнп н явлений, синоптических объектов, с которыми они связаны. Кроме того, снихроппость наблюдений облегчает сбор и распространение метеорологической информации в масштабах земного шара. Оперативность означает, что информация должна поступать потребителю в минимально допустимые сроки. Это также неотъемлемое требование к первичной метеорологической информации. Даже самая полная и качественная информация теряет свою ценность, если она устарела. Такая информация не может быть использована в прогностической практике. Необходимая оперативность достигается при оптимальной системе сбора и распространения метеорологической информации. Системы получения метеорологической информации Выполнение описанных выше требований, предъявляемых к метеорологической информации, с учетом необходимой плотности и частоты наблюдений и необходимой точности является сложной задачей. Решение этой задачи возможно только .при тщательной разработке приемов и способов измерений, способов сбора и распространения информации. В связи с этим в службе погоды как в отдельных государствах, так и в международном масштабе созданы и постоянно совершенствуются системы получения метеорологической информации. В настоящее время можно выделить следующие системы получения метеорологической информации, действующие в высокоразвитых странах: 1) наземная сеть синоптических и аэрологических станций; 2) судовые, стационарные и дрейфующие автоматические буйковые морские гидрометеорологические станции; 3) метеорологические радиолокационные станции; 4) метеорологическая космическая система, 5) авиационная разведка погоды. Роль каждой из этих систем различна. Система может быть основной или дополнительной, она может отвечать или почти отвечать комплексу общих требований, может лишь помогать основной системе выполнить эти требования. Наземная сеть синоптических и аэрологических станций Десятки тысяч станций на земном шаре проводят гидрометеорологические наблюдения. Те из них, которые непосредственно и регулярно используются в службе погоды, получили название синоптических станций. 66 На синоптических станциях проводятся наблюдения за атмосферным давлением, температурой и влажностью воздуха, скоростью и направлением ветра, количеством, формой и высотой нижней границы облаков, дальностью видимости в горизонтальном направлении, видом и количеством атмосферных осадков, особыми атмосферными явлениями (туман, гроза, пыльная буря, гололед и т. д.). Таким образом, синоптические станции осуществляют большой комплекс измерений (наблюдений) с высокой степенью точности. Кроме синоптических станций, в службе погоды широко используются аэрологические станции, осуществляющие вертикальное зондирование атмосферы с помощью телеметрических приборов — радиозондов. В результате этого получают данные о давлении, температуре, влажности, скорости и направлении ветра на различных высотах. Синоптические и аэрологические станции, проводящие регулярные наблюдения в интересах службы погоды, образуют наземную сеть синоптических (аэрологических) станций. Синоптические станции должны отвечать определенным условиям и только в этом случае они могут выполнять свое назначение. К этим условиям относятся: 1) точное определение географической широты и долготы станции, а также высоты ее над уровнем моря (последнее условие вызвано тем, что для сравнимости анализа измеренное на каждой станции давление приводится к уровню моря); 2) обслуживание станции квалифицированным персоналом, способным производить как инструментальные измерения, так и визуальные наблюдения; 3 оснащение станции необходимым минимумом стандартных поверенных приборов; 4) проведение наблюдений по однотипной программе и в определенном порядке, согласованным с международными метеорологическими организациями; 5) оснащение станций совершенными средствами связи (телефон, телеграф, радио) для немедленной передачи результатов наблюдений в установленные адреса (иначе даже самые точные наблюдения, пригодные, например, для климатологических целей, полностью теряют свое значение для службы погоды); 6) репрезентативность станции (наблюдения станции должны быть характерными для данного района). Синоптические станции наземной сети проводят синхронные метеорологические наблюдения в 00, 03, 06, 09, 12, 15, 18 и 21 час московского декретного времени. Сроки 03, 09, 15 и 21 час называются основными синоптическими сроками. Остальные сроки называются дополнительными. Аэрологические станции, входящие в наземную сеть, производят зондирование атмосферы в 03, 09, 15 и 21 час московского декретного времени. Основными в данном случае являются сроки 03 и 15 часов. Синоптические (аэрологические) станции рассеяны но всему земному шар\. Для того чтобы установить, к какой станции относятся результаты наблюдений, 67 каждой из них присвоен пятизначный номер, называемый индексом станции. Первые две цифры означают номер большого географического района, в котором расположена синоптическая (аэрологическая) станция. Последние три цифры — это порядковый номер станции в пределах данного района. На бланках карт порядковый помер синоптической станции помещен рядом с кружком, обозначающим станцию. Результаты наблюдений синоптических и аэрологических станций кодируются цифрами и отправляются в установленные адреса в виде телеграмм, состоящих из нескольких пятизначных групп. Кодирование результатов наблюдений производится в соответствии с существующими документами — международными метеорологическими кодами, согласованными между большинством государств мира. Подробно эти вопросы рассматриваются на практических занятиях. Синоптические и аэрологические станции, принадлежащие данному государству, образуют государственную наземную синоптическую сеть. Часть станций государственной сети каждой страны задействована в международном масштабе. Онн образуют международную синоптическую сеть. В настоящее время международная синоптическая сеть включает около 8000 синоптических станций. Необходимо стремиться к тому, чтобы плотность сети синоптических станций была равномерной. В настоящее время в силу ряда причин плотность сети синоптических станций даже в пределах одного большого государства крайне неравномерна. Так, например, в СССР плотность сети станций в европейской части в 4 раза больше, чем в азиатской. Еще меньше станций в труднодоступных районах. Наземная сеть синоптических станций в настоящее время является основной системой получения метеорологической информации. Наблюдения на синоптических станциях отличаются большой точ­ностью и комплексностью. Эти станции осуществляют программу наблюдений в полном объеме. Наблюдения на инх проводятся регулярно н строго выдерживается синхронность. Постоянное совершенствование системы сбора информации позволит в значительной степени увеличить оперативность передачи метеорологических данных потребителю. Еще более широкие возможности открываются при автоматизации наземной сети, т. е. внедрении системы автоматических или полуавтоматических синоптических станций. Однако наземная сеть не лишена некоторых серьезных недостатков, к которым прежде всего относятся недостаточная плотность сети станций в ряде районов земного шара н дискретность наблюдений. Метеорологические наблюдения Метеорологические наблюдения — это измерения и качественные оценки метеорологических элементов. К метеорологическим элементам относятся в первую очередь температура и влажность воздуха, атмосферное давление, ветер, облачность, осадки, туманы, метели, грозы, видимость. Сюда же присоединяются и некоторые величины, непосредственно не отражающие 68 свойств атмосферы или атмосферных процессов, но тесно связанные с ними. Таковы температура почвы или поверхностного слоя воды, испарение, высота и состояние снежного покрова, продолжительность солнечного сияния и т. п. В меньшем числе мест производятся еще наблюдения над солнечным и земным излучением и над атмосферным электричеством. Метеорологические наблюдения над состоянием атмосферы вне приземного слоя, до высот около 40 км, носят название аэрологических наблюдений. От них отличаются по методике наблюдения над состоянием высших слоев атмосферы, которым можно дать название аэрономических наблюдений. Измерение температуры воздуха Понятие температуры воздуха нуждается в некоторых пояснениях. В первую очередь речь идет о температуре воздуха у земной поверхности. Под этим понимается температура, измеренная в метеорологической будке, причем резервуары термометров помещаются на высоте 2 м над поверхностью почвы. Только при специальных исследованиях состояния приземного слоя воздуха термометры помещаются на различных уровнях — более низких и более высоких. На судах термометры также могут помещаться на других уровнях. Будка нужна для того, чтобы защитить термометр от прямой солнечной радиации, а также от эффективного излучения земной поверхности и окружающих предметов (зданий, деревьев). Только в этом случае может произойти выравнивание температуры самого измерительного прибора — термометра — с температурой окружающего воздуха. Термометр, открытый для солнечной радиации, будет нагреваться сильнее, чем окружающий воздух, и температуру, которую он будет показывать, нельзя отождествлять с температурой воздуха. Понятие о температуре «на солнце» не относится к истинной температуре воздуха и не имеет метеорологического значения. Будку делают из дерева и окрашивают в белый цвет, чтобы она максимально отражала солнечные лучи и как можно меньше нагревалась. Будка должна обеспечивать и вентиляцию: мимо резервуаров термометров должен проходить все новый воздух, не застаиваясь в будке. Для этого стенки будки делают в виде жалюзи: они состоят из отдельных планок, помещенных под углом так, чтобы лучи солнца не проникали в глубь будки, но воздух в ней мог бы свободно циркулировать. Однако при прохождении воздуха между планками крупные турбулентные вихри в нем раздробляются и пульсации температуры внутри будки уменьшаются. Кроме срочных термометров, по которым отсчитывается температура воздуха в сроки наблюдений, применяются экстремальные термометры — максимальный к минимальный, показывающие наивысшую и наинизшую температуру за промежуток времени между двумя сроками наблюдений. Эти термометры также помещаются в будке. При стандартных метеорологических наблюдениях применяют жидкостные термометры: для срочных наблюдений и для измерения максимальной температуры — ртутные, а для минимальной температуры — спиртовый. 69 Спиртовый термометр приходится применять и для срочных наблюдений при температурах ниже точки замерзания ртути (-40°).. Для непрерывной регистрации изменений температуры применяют самопишущие приборы разной конструкции — термографы. Деформация приемной части прибора, зависящая от изменений температуры, передается на пишущую часть, которая оставляет след на ленте, укрепленной на вращающемся барабане. Измерения температуры в высоких слоях атмосферы производятся при помощи автоматических приборов. В радиозондах зарегистрированные измерения передаются с помощью радиосигналов и принимаются приемной станцией на земной поверхности. Температура воздуха испытывает постоянные микроколебания, периоды которых исчисляются секундами и минутами. Эти колебания связаны с турбулентным состоянием воздуха: мимо приемника термометра все время проходят то более теплые, то более холодные струйки воздуха. Исследование таких микроколебаний температуры интересно само по себе и в целях изучения атмосферной турбулентности. Для этого особенно удобны малоинерционные электрические термометры. Но для изучения условий погоды и климата такие мелкие колебания температуры не имеют значения. Гораздо важнее знать общее, выровненное тепловое состояние воздуха, чем очень точно измеренное, но случайное значение температуры в тот или иной момент: ведь через очень короткое время это значение уже изменится. Поэтому термометры для стандартных метеорологических наблюдений обладают большой инерцией. Они сравнительно медленно выравнивают свою температуру с температурой окружающего воздуха и не реагируют на быстрые колебания последней. Измерение влажности воздуха В приземных условиях влажность воздуха определяется всего удобнее психрометрическим методом, т. е. по показаниям двух термометров — с сухим и со смоченным резервуаром (сухого и смоченного). Испарение воды с поверхности смоченного термометра понижает его температуру по сравнению с температурой сухого термометра; понижение это тем больше, чем больше дефицит влажности. По разности температур сухого и смоченного термометров вычисляют упругость пара и относительную влажность воздуха. Для практических расчетов служат специальные психрометрические таблицы. Величины упругости насыщения в психрометрических таблицах всегда даются для плоской поверхности пресной воды. Для отрицательных температур дополнительно даются соответствующие значения относительно льда. Пара термометров — с сухим и со смоченным резервуаром — называется психрометром. Психрометр помещается в метеорологической будке, причем резервуар одного из термометров постоянно поддерживается в смоченном состоянии (он обвязан батистом, конец которого опущен в стаканчик с водой). Для экспедиционных и микроклиматических наблюдений применяется аспирационный психрометр Ассмана, в котором резервуары термометров помещены в никелированные металлические трубки; при наблюдениях принудительная вентиляция пропускает сквозь трубки поток воздуха, 70 обдувающий термометры. Один из термометров увлажняется перед самым наблюдением. Применяют также волосной гигрометр, основанный на том, что обезжиренный волос изменяет свою длину при изменении относительной влажности. Это относительный прибор, который нужно градуировать по психрометру. Принцип волосного гигрометра применяется в самопишущих приборах (гигрографах и метеорографах). Для аэрологических наблюдений применяются также методы определения влажности воздуха по изменению натяжения гигроскопической органической пленки или по химическим реакциям. Существуют и другие методы определения влажности, например весовой и конденсационный. Скорость ветра Как нам уже известно из главы второй, ветром называют движение воздуха относительно земной поверхности, причем, как правило, имеется в виду горизонтальная составляющая этого движения. Однако иногда говорят о восходящем или о нисходящем ветре, учитывая также и вертикальную составляющую. Ветер характеризуется вектором скорости. На практике под скоростью ветра подразумевается только числовая величина скорости; именно ее мы будем в дальнейшем называть скоростью ветра, а направление вектора скорости — направлением ветра. Скорость ветра выражается в метрах в секунду, в километрах в час (в особенности при обслуживании авиации) и в узлах (в морских милях в час). Чтобы перевести скорость из метров в секунду в узлы, достаточно умножить число метров в секунду на 2. Существует еще оценка скорости (или, как принято говорить в этом случае, силы) ветра в баллах, так называемая шкала Бофорта, по которой весь интервал возможных скоростей ветра делится на 12 градаций. Эта шкала связывает силу ветра с различными его эффектами, такими, как степень волнения на море, качание ветвей и деревьев, распространение дыма из труб и т. п. Каждая градация по шкале Бофорта носит определенное название. Так, нулю шкалы Бофорта соответствует штиль, т. е. полное отсутствие ветра. Ветер в 4 балла, по Бофорту называется умеренным и соответствует скорости 5—7 м/сек; в 7 баллов — сильным, со скоростью 12—15 м/сек; в 9 баллов — штормом, со скоростью 18—21 м/сек; наконец, ветер в 12 баллов по Бофорту— это уже ураган, со скоростью свыше 29 м/сек. У земной поверхности чаще всего приходится иметь дело с ветрами, скорости которых порядка 4—8 м/сек и редко превышают 12—15 м/сек. Но все же в штормах и ураганах умеренных широт скорости могут превышать 30 м/сек, а в отдельных порывах достигать 60 м/сек. В тропических ураганах скорости ветра доходят до 65 м/сек, а отдельные порывы — до 100 м/сек. В маломасштабных вихрях (смерчи, тромбы) возможны скорости и более 100 м/сек. В так называемых струйных течениях в верхней тропосфере и в нижней стратосфере средняя скорость ветра за длительное время и на большой площади может доходить до 70—100 м/сек. 71 Скорость ветра у земной поверхности измеряется анемометрами разной конструкции. Чаще всего они основаны на том, что давление ветра приводит во вращение приемную часть прибора (чашечный анемометр, мельничный анемометр и пр.) или отклоняет ее от положения равновесия (доска Вильда). По скорости вращения или величине отклонения можно определить скорость ветра. Есть конструкции, основанные на манометрическом принципе (трубка Пито). Имеется ряд конструкций самопишущих приборов — анемографов и (если измеряется также и направление ветра) анеморумбографов. Приборы для измерения ветра на наземных станциях устанавливаются на высоте 10—15 м над земной поверхностью. Измеренный ими ветер и называется ветром у земной поверхности. Направление ветра Нужно хорошо запомнить, что, говоря о направлении ветра, имеют в виду направление, откуда он дует. Указать это направление можно, назвав либо точку горизонта, откуда дует ветер, либо угол, образуемый направлением ветра с меридианом места, т. е. его азимут. В первом случае различают 8 основных румбов горизонта: север, северо-восток, восток, юго-восток, юг, юго-запад, запад, северо-запад — и 8 промежуточных румбов между ними: север-северовосток, восток-северо-восток, восток-юго-восток, юг-юго-восток, юг-юго-запад, запад-юго-запад, запад-северо-запад, север-северо-запад (рис. 68). 16 румбов, указывающих направление, откуда дует ветер, имеют следующие сокращенные обозначения, русские и международные: С CCB CB BCB N NNE NE ENE В ВЮВ ЮВ ЮЮВ E ESE SE SSE Ю ЮЮЗ ЮЗ ЗЮЗ S SSW SW WSW 3 ЗСЗ СЗ ССЗ W WNW NW NNW Произносится: N — норд, E — ост, S — зюйд, W — вест. Рис. 68. Румбы горизонта Если направление ветра характеризуется углом его с меридианом, то отсчет ведется от севера по часовой стрелке. Таким образом, северу будет соответствовать 0° (360°), северо-востоку 45°, востоку 90°, югу 180°, западу 72 270°. При наблюдениях над ветром в высоких слоях атмосферы направление его, как правило, указывается в градусах, а при наблюдениях на наземных метеорологических станциях — в румбах горизонта. Направление ветра определяется с помощью флюгера, вращающегося около вертикальной оси. Под действием ветра флюгер принимает положение по направлению ветра. Флюгер обычно соединяется с доской Вильда. Однако и сглаженное направление ветра в каждом данном месте Земли непрерывно меняется, а в разных местах в одно и то же время оно также различно. В одних местах ветры различных направлений имеют за длительное время почти равную повторяемость, в других — хорошо выраженное преобладание одних направлений ветра над другими в течение всего сезона или года. Это зависит от условий общей циркуляции атмосферы и отчасти от местных топографических условий. Рис. 69. Роза ветров. При климатологической обработке наблюдений над ветром можно для каждого данного пункта построить диаграмму, представляющую собой распределение повторяемости направлений ветра по основным румбам, в виде так называемой розы ветров (рис. 69). От начала полярных координат откладываются направления по румбам горизонта (8 или 16) отрезками, длины которых пропорциональны повторяемости ветров данного направления. Концы отрезков можно соединить ломаной линией. Повторяемость штилей указывается числом в центре диаграммы (в начале координат). При построении розы ветров можно учесть еще и среднюю скорость ветра по каждому направлению, умножив на нее повторяемость данного направления. Тогда график покажет в условных единицах количество воздуха, переносимого ветрами каждого направления. Составление карт погоды. Задачи анализа карт погоды В основе синоптического метода, как уже говорилось, лежит картографирование одновременных метеорологических наблюдений, т. е. составление карт погоды, или синоптических карт. Таким образом, эти карты характеризуют погоду географического района в единый физический момент 73 времени Территория, для которой составляется карта погоды, может быть различной в зависимости от задач, стоящих перед подразделением службы погоды. В подразделениях службы погоды составляются карты погоды полушария; карты, охватывающие территорию, сравнимую по размерам со значительной частью континента или океана; карты., охватывающие территорию порядка нескольких административных областей. Частота составления тех или иных карт различна. Чем меньше территория, тем чаще составляются карты. На карты погоды в виде цифр и значков наносится огромное количество метеорологических данных. «Читать» не обработанную (не проанализированную) карту очень трудно. Делать какие-либо за­ключения о развитии атмосферных процессов п составлять прогнозы погоды по таким картам практически невозможно. Поэтому первое, что необходимо сделать при анализе, это придать карте погоды наглядность. В процессе решения этой задачи определяются закономерности распределения метеорологических величин и географического положения синоптических объектов, т. е. циклонов н антициклонов, воздушных масс и фронтов, а также выявляются ошибки в нанесении данных и анализе предыдущих карт погоды Решается эта задача в процессе обработки (первичного анализа) карт. Вторая задача заключается в выявлении структуры синоптических объектов, их эволюции и перемещения, а также в выявлении тенденций в развитии синоптических процессов и в изменении условий погоды. Третья задача вычисление дополнительных характеристик, непосредственно не наблюдаемых (горизонтальные градиенты давления и температуры, вертикальная составляющая скорости ветра и др.). Первичный анализ (обработка) приземных карт погоды заключается в выполнении следующих операций: 1) проводят н надписывают изобары; 2) проводят и надписывают изолинии тенденций (равного изменения давления за 3 часа); 3) выявляют и обозначают центры циклонов, антициклонов, областей падения и роста давления; 4) выявляют и выделяют цветными карандашами осадки и другие явления погоды; 5 проводят линии атмосферных фронтов. Детальные указания по составлению и обработке карт погоды содержатся в Наставлении по службе прогнозов. Отметим, что обработка карт погоды не является чисто технической операцией. Она осуществляется с применением основного приема и основных принципов синоптического анализа, перечисленных в п. 1.1, что требует глубокого понимания физической сущности атмосферных процессов. Особенно это относится к проведению линий атмосферных фронтов, определению стадий развития циклонов и антициклонов. Проведение изобар является одной из важнейших операций при обработке приземных карт погоды. Изобары помогают наглядно представить 74 закономерности пространственного распределения давления на уровне моря, а также положение циклонов, антициклонов и других барических систем. Тем самым вскрываются основные механизмы атмосферной циркуляции. Изобары проводят простым черным карандашом в виде непрерывных плавных линий через 5 мбар (кратные 5, например 995, 1000, 1005 мбар и т. д.). На дополнительных (кольцевых) картах погоды крупного масштаба изобары проводят через 2,5 мбар. На основных картах погоды также иногда проводят изобары через 2,5 мбар и даже через 1 мбар, особенно когда требуется более точно определить положение центра циклона плн антицнклона при разреженных изобарах вблизи центра. При проведении изобар осуществляют интерполяцию между значениями давления на соседних станциях и учитывают направление и скорость ветра па этих станциях. Если при проведении изобар не учитывать барический закон ветра, то не только их густота, определяющая величину барического градиента, может не соответствовать скорости ветра, но и направление изобар может оказаться ошибочным. С другой стороны, следует помнить, что ветер обладает большой изменчивостью и в момент наблюдения могут быть значительные отклонения ветра на отдельных станциях от средних соотношений между барическим полем и полем ветра. Для быстроты анализа карт погоды при проведении изобар интерполяцию производят приближенно, на глаз. Допускаемые при этом погрешности не выходят обычно за пределы точности, необходимой для практических расчетов. Проводят сглаженные изобары, без излишней волнистости, чтобы сосредоточить внимание синоптика на главном. Однако сглаживание не должно нарушать правильность проведения изобар. При чрезмерном сглаживании можно «не заметить» возникновения нового циклона или антициклона, часто начинающегося со сравнительно небольшого искривления изобар. При пересечении линий фронтов изобары обычно претерпевают характерный изгиб (излом), причем не должна нарушаться непрерывность поля давления Ввиду непрерывности поля давления различные изобары не могут пересекать друг друга. В пределах всего земного шара любая изобара является замкнутой кривой линией, тогда как в ограниченном районе многие изобары разомкнуты, т. е. обрываются на краях карты, а замкнуты лишь изобары в циклонах и антициклонах расположенных в данном районе. При обработке карты все изобары надписываются полным числом миллибар: разомкнутые изобары — с двух концов, замкнутые — в каком-либо одном месте, не перегруженном нанесенными на карту данными. Обрыв изобар на краю карты рекомендуется делать вдоль одной прямой линии, а надписи выполнять одну под другой. Это не только придает карте большую аккуратность, но и позволяет быстрее находить значение давления вдоль той или иной изобары. 75 Изотенденции (изолинии барических тенденций) проводят через 1 мбар простым черным карандашом в виде тонких прерывистых линий без нажима, чтобы не перегружать карту пестротой изолиний. Изотенденции являются частным случаем изаллобар — линий, характеризующих изменение давления воздуха за определенный промежуток времени. При большой густоте изотенденций допускается проведение их через 2 мбар. Изотенденция 0 мбар проводится только при слабых изменениях давления на больших площадях. Изотенденции надписываются, причем отрицательные значения отмечаются знаком минус. В центре области падения давления красным карандашом ставится буква /7, а рядом справа проставляется значение максимального понижения давления с точностью до десятых долей миллибара. Аналогично в центре области роста давления синим карандашом ставится буква Р и проставляется значение максимального повышения давления. При выявлении положения центра циклона или антициклона, помимо изобар, учитывается ветер: в центре циклона (антициклона) наблюдается штиль, в окрестностях центра направление ветра должно соответствовать циклонической (антициклонической) циркуляции. Часто ограничиваются приближенным определением положения центра циклона или антициклона, полагая, что он совпадает с геометрическим центром области внутри первой замкнутой изобары, кратной 5. Если необходимо более точно определить положение центра, проводят промежуточные изобары через 2,5 или 1 мбар. Эти изобары проводят более тонкими линиями, чем основные изобары (кратные 5). При отсутствии достаточных данных о распределении давления воздуха (например, над океанами) полезно учитывать, что центр барической системы обычно смещен относительно геометрического центра в сторону более сильных ветров. Однако следует учитывать, что применяемые масштабы карт погоды (в 1 см 100—150 км) и существующая густота сети синоптических станций не позволяют определять положение центра циклона или антициклона с точностью, превышающей 50 км. Наибольшее вннмание необходимо уделять случаям, когда радиус первой замкнутой изобары, кратной 5, очень велик. В таких случаях более внимательный анализ позволяет часто обнаруживать несколько циклонических или антициклонических центров, объединенных общими изобарами. Такие центры называются сопряженными. При этом говорят о двух-, трехцептровой, или, более обще, о многоцентровой циклонической или антициклонической системе. Применяются также термины: многоцентровая барическая депрессия, многоцентровая область повышенного давления. Часто несколько центров выявляется и без дополнительного анализа по изобарам, кратным 5. Выявление каждого центра многоцентровой системы позволяет более правильно провести линии фронтов, а в ряде случаев и более правильно определить дальнейшее развитие и перемещение данной барической системы. 76 В центре каждого циклона на карте погоды ставится простым черным карандашом буква Я, а в центре антициклона — буква В, что соответствует начальным буквам слов «низкое» и «высокое» давление1. На основных картах погоды обычно отмечается положение центров циклонов и антициклонов в предыдущие сроки наблюдений, наносится траектория их перемещения и указывается ожидаемое их смещение. Для этого на анализируемую карту погоды с предыдущих карт погоды переносят положение данного циклонического или антициклонического центра, причем положение центра циклона в предыдущие сроки отмечается зачерненными кружками, а антициклона — светлыми кружками. Соединив кружки отрезками прямой, получим приближенно траекторию смещения центра. Последний отрезок изображается в виде стрелки, упирающейся острием в букву Н или В, обозначающую по­ложение центра на анализируемой карте. При выполнении данной операции рекомендуется использовать все имеющиеся карты за предыдущие сроки и внимательно следить за предыдущим перемещением и эволюцией каждого центра, а также за возникновением новых центров. При большом интервале времени между последовательными картами погоды можно ошибочно отождествить циклоны или антициклоны, не связанные между собой общ­ностью происхождения и перемещения. Над кружками, обозначающими положение центра 12, 24, 36 часов назад и т. д., рекомендуется надписывать значение давления Выявление атмосферных фронтов — наиболее сложная и ответственная операция синоптического анализа. При проведении линии фронта используется ряд признаков как по данным приземных карт, так и по данным карт барической топографии. Основные признаки фронта на приземных картах погоды сле­дующие. 1. Наиболее часто линия фронта проходит вдоль оси барической ложбины. Поэтому каждая барическая ложбина должна быть обследована с точки зрения возможности прохождения здесь линии фронта. 2. Вдоль линии фронта наблюдается сходимость, или конвергенция, ветра: если продолжить векторы направления ветра, взятые по обе стороны фронта, то они пересекутся. 3 При переходе через линию фронта обычно наблюдается скачкообразное изменение температуры воздуха. Скачок температуры составляет 3—5° С, а иногда превышает 10° С. Часто резко меняются и другие метеорологические величины — точка росы, горизонтальная видимость. 4. Барическая тенденция, как правило, различна по обе стороны фронта. Перед теплым фронтом обычно располагается хорошо выраженная область падения давления, за холодным фронтом — область роста давления; перед фронтом окклюзии часто отмечается область падения, а за фронтом — область роста давления В обычных условиях работы можно рекомендовать такую последовательность обработки карты, чтобы предыдущие операции анализа 77 подготавливали последующие и чтобы цветные карандаши применялись раньше черного во избежание загрязнения карты. Одним из вариантов последовательности операций анализа приземных карт погоды является следующий. 1. Едва заметно наметить некоторые изобары, определить положение центров циклонов и антициклонов, осей ложбин и гребней, что важно для анализа карты в целом и для последующего проведения линий фронтов. 2. Обозначить осадки и другие явления погоды в соответствии с рекомендациями, приведенными в табл. 3.1. При этом зоны осадков следует закрашивать слегка, так как границы зон обложных осадков подлежат уточнению после проведения линий фронтов. 3. Провести (без нажима!) изотенденции, надписать их и обозначить центры областей падения и роста давления. 4. Едва заметно простым черным карандашом наметить положение линий фронтов по признакам приземной карты погоды. После внесения поправок, основанных на учете характеристик карт бари­ческой топографии, аэрологических диаграмм и положения фронтов на предыдущих картах, линии фронтов проводятся окончательно цветными карандашами. 5. Окончательно оформить зоны обложных осадков вдоль фронтов. 6. Окончательно провести и надписать изобары. 7. Отметить буквами положение центров циклонов и антициклонов, обозначить их траектории. 8. Проверить правильность всех надписей, включая число, месяц, год и срок, которому соответствует карта. Особенно часты описки в начале месяца и года. Карта подписывается синоптиком, производившим анализ. Перечисленные операции не являются чисто механическими. При их выполнении синоптик одновременно проводит физический анализ атмосферных процессов. В частности, для правильного определения географического положения атмосферных фронтов и вида фронта требуется глубокий анализ свойств воздушных масс, взаимодействующих вдоль линии фронта. В результате уже при первичном анализе карт погоды у синоптика складывается определенное представление о предстоящих изменениях синоптического положения и условий погоды, т. е. подго­тавливается качественная основа прогноза погоды. СИНОПТИЧЕСКИЙ КОД KH-01 (SYNOP/SHIP) Синоптическая телеграмма, зашифрованная кодом KH-01, представляет собой последовательность групп из 5 цифр, разбитых на секции, и имеет следующий вид: Секция 0: AAXX или BBXX D…D YYGGi w IIiii 99L a L a L a Q c L o L o L o L o Секция 1: 78 i R i x hVV Nddff 1s n TTT 2 s n T d T d T d 3P 0 P 0 P 0 P 0 4PPPP 5appp 6RRRt R 7wwW 1 W 2 8N h C L C M C H 9GGgg Секция 2: 222D s v s 0s n T w T w T w 1P wa P wa H wa H wa 2P w P w H w H w 3d w1 d w1 d w2 d w2 4P w1 P w1 H w1 H w1 5P w2 P w2 H w2 H w2 6I s E s E s R s ICE c i S i b i D i z i Секция 3: 333 1s n T X T X T X 2 s n T n T n T n 3Ejjj 4E sss 6RRRt R 8N s Ch s h s 9S p Sp sp sp Секция 4: 444 N C H H c t Секция 5: 555 1s n T 24 T 24 T 24 3/s n T g T g 4E sss 52 s n T 2 T 2 6RRRt R 7R 24 R 24 R 24 E 9S p S p s p s p Пояснения: 1. Станции, расположенные на суше, передают код SYNOP, в этом случае в начале телеграммы идет идентификатор AAXX. 2. Морские станции передают код SHIP, в этом случае в начале телеграммы идет идентификатор BBXX. 3. В телеграмме обязательно присутствуют группы цифр секции 0 и первых четыре группы цифр секции 1, а также хотя бы одна из групп цифр 3P 0 P 0 P 0 P 0 и 4PPPP. 4. В телеграмме, передаваемой морской станцией, обязательно присутствует группа 222D s v s . 5. Все остальные группы включаются в телеграмму по мере необходимости. Расшифровка: Секция 0 (идентификация станции и единиц измерения скорости ветра): D…D – позывной сигнал радиостанции судна; YYGG – число месяца, срок наблюдений (по Гринвичу); iw – указатель единиц измерения скорости ветра и способа ее определения (табл.4); IIiii – индексный номер наземной станции; 99 – отличительные цифры; L a L a L a – широта местоположения судна; Q c L o L o L o L o – квадрант и долгота местоположения судна. Секция 1 (используется всеми станциями международного обмена): i R – указатель включения в телеграмму группы 6RRRt R (табл.5); i x – указатель включения в телеграмму группы 7wwW 1 W 2 (табл.6); h – высота нижней границы облаков (табл.2); 79 VV – видимость (табл.3); N – общее количество облаков (табл.2); dd – направление ветра в десятках градусов; ff – скорость ветра; s n – знак температуры (табл.11); TTT – температура воздуха в десятых долях градуса; T d T d T d – температура точки росы в десятых долях градуса; P 0 P 0 P 0 P 0 – последние четыре цифры атмосферного давления на уровне станции в десятых долях гПа; PPPP – последние четыре цифры атмосферного давления, приведенного к уровню моря в десятых долях гПа; a – характеристика барической тенденции (табл.7); ppp – величина барической тенденции за последние 3 часа в десятых долях гПа; RRR – количество осадков за период t R (табл.14); t R – период, к которому относится RRR; ww – погода в срок наблюдения или в последний час (табл.1); W 1 W 2 – погода между сроками (табл.2); N h – количество облаков нижнего или среднего яруса (табл.2); C L – виды облаков нижнего яруса (табл.2); C M – виды облаков среднего яруса (табл.2); C H – виды облаков верхнего яруса (табл.2); GGgg – часы и минуты наблюдения по всемирному времени (передается, если время наблюдений отличается от стандартного более чем на 10 минут). Секция 2 (используется только морскими станциями): 222 – отличительная группа секции 2; D s – направление перемещения судна (табл.8) v s – средняя скорость перемещения судна (табл.8); s n – знак температуры (табл.11); Tw Tw Tw – температура воды на поверхности моря в десятых долях градуса; P wa P wa – период волн (измеренный инструментально); H wa H wa – высота волн (измеренная инструментально); P w P w – период волн (визуально); H w H w – высота волн (визуально); d w1 d w1 – направление перемещения волн зыби первой системы; d w2 d w2 – направление перемещения волн зыби второй системы; P w1 P w1 – период волн зыби первой системы; H w1 H w1 – высота волн зыби первой системы; P w2 P w2 – период волн зыби второй системы; H w2 H w2 – высота волн зыби второй системы; 80 I s – причина обледенения судна (табл.9); E s E s – толщина обледенения судна; R s – характеристика обледенения судна (табл.9); ICE – отличительное слово; c i – сплоченность морского льда (табл.9); S i – возраст морского льда (табл.9); b i – айсберги (табл.9); D i – пеленг кромки льда (табл.9); z i – ледовые условия (табл.9) Секция 3 (передается в определенные сроки): 333 – отличительная группа секции 3; s n – знак температуры (табл.11); T X T X T X – максимальная температура за день в десятых долях градуса; T n T n T n – минимальная температура за ночь в десятых долях градуса; E – состояние поверхности земли (табл.12); jjj – дополнительная информация; E – состояние снежного покрова (табл.13); sss – высота снежного покрова в см; RRR – количество осадков за период t R (табл.14); t R – период, к которому относится RRR; N s – количество облаков (табл.10); C – форма облаков (табл.10); h s h s – высота облаков (табл.10); S p S p s p s p – явления погоды и их интенсивность (табл.15). Секция 4 (используется только горными станциями, если облака расположены ниже уровня станции): 444 – отличительная группа секции 3; N – количество облаков; C – форма облаков; H H – высота верхней границы облаков; c t – описание облаков. Секция 5 (национальная): 555 – отличительная группа секции 5; s n – знак температуры (табл.11); T 24 T 24 T 24 – среднесуточная температура воздуха в десятых долях градуса; T g T g – минимальная температура на поверхности почвы; E – состояние снежного покрова; sss – высота снежного покрова в см; T 2 T 2 – минимальная температура воздуха на высоте 2 см от поверхности почвы; 81 RRR – количество осадков за период t R (табл.14); t R – период, к которому относится RRR; R 24 R 24 R 24 – количество осадков за сутки; E – состояние поверхности почвы или снежного покрова; S p S p s p s p – явления погоды, их интенсивность, время начала и окончания, продолжительность (табл.15). Таблицы: Таблица ww погода в срок наблюдений или в последний час. Символы. ww 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 00 – 19: Погода без осадков, тумана (кроме 11 и 12), пыльной или песчаной бури, низовой метели или поземки на станции в срок наблюдения и (кроме 09 и 17) в последний час. 00 – наблюдения над развитием облаков не было; 01 – облака рассеиваются; 02 – небо без изменений; 03 – облака развиваются; 04 – видимость ухудшена из-за дыма; 05 – мгла; 06 – пыль, принесенная издалека; 07 – пыль, поднятая на станции или вблизи станции; 82 08 – пыльные или песчаные вихри; 09 – пыльный или песчаный поземок в срок или в последний час; 10 – дымка; 11 – поземный туман клочками; 12 – поземный туман сплошной; 13 – зарница; 14 – осадки в поле зрения, не достигающие земли; 15 – осадки, достигающие земли, выпадающие на расстоянии более 5 км от станции; 16 – осадки, достигающие земли, выпадающие на расстоянии менее 5 км от станции, но не на самой станции; 17 – гроза без осадков на станции или в поле зрения; 18 – шквал на станции или в поле зрения; 19 – смерч на станции или в поле зрения. 20 – 29: Осадки, туман или гроза в последний час, но не в срок наблюдения. 20 – морось или снежные зерна; 21 – дождь; 22 – снег; 23 – дождь со снегом; 24 – замерзающая морось или дождь; 25 – ливневый дождь; 26 – ливневый снег или ливневый снег с дождем; 27 – град или крупа; 28 – туман; 29 – гроза с осадками или без них. 30 – 39: Пыльная или песчаная буря, низовая метель или поземок в срок наблюдения. 30 – слабая или умеренная буря ослабевает; 31 – слабая или умеренная буря без изменений; 32 – слабая или умеренная буря усиливается; 33 – сильная буря ослабевает; 34 – сильная буря без изменений; 35 – сильная буря усиливается; 36 – слабый или умеренный поземок; 37 – сильный поземок; 38 – слабая или умеренная низовая метель; 39 – сильная низовая метель. 40 – 49: Туман в срок наблюдения. 40 – туман на расстоянии; 41 – туман местами; 42 – туман ослабевает, небо видно; 43 – туман ослабевает, неба не видно; 83 44 – туман без изменений, небо видно; 45 – туман без изменений, небо не видно; 46 – туман усиливается, небо видно; 47 – туман усиливается, небо не видно; 48 – просвечивающий туман с осаждением изморози; 49 – сплошной туман с осаждением изморози. 50 – 59: Морось в срок наблюдения. 50 – морось слабая с перерывами; 51 – морось слабая непрерывная; 52 – морось умеренная с перерывами; 53 – морось умеренная непрерывная; 54 – морось сильная с перерывами; 55 – морось сильная непрерывная; 56 – морось слабая замерзающая; 57 – морось умеренная или сильная замерзающая; 58 – морось слабая с дождем; 59 – морось умеренная или сильная с дождем. 60 – 69: Дождь в срок наблюдения. 60 – дождь слабый с перерывами; 61 – дождь слабый непрерывный; 62 – дождь умеренный с перерывами; 63 – дождь умеренный непрерывный; 64 – дождь сильный с перерывами; 65 – дождь сильный непрерывный; 66 – дождь слабая замерзающий; 67 – дождь умеренный или сильный замерзающий; 68 – дождь или морось со снегом слабые; 69 – дождь или морось со снегом умеренные или сильные. 70 – 79: Твердые осадки (не ливневые) в срок наблюдения. 70 – снег слабый с перерывами; 71 – снег слабый непрерывный; 72 – снег умеренный с перерывами; 73 – снег умеренный непрерывный; 74 – снег сильный с перерывами; 75 – снег сильный непрерывный; 76 – ледяные иглы; 77 – снежные зерна; 78 – снежные кристаллы; 79 – ледяной дождь. 80 – 89: Ливневые осадки в срок наблюдения (без грозы). 80 – ливневый дождь слабый; 84 81 – ливневый дождь умеренный или сильный; 82 – ливневый дождь очень сильный; 83 – ливневый дождь со снегом, слабый; 84 – ливневый дождь со снегом, умеренный или сильный; 85 – ливневый снег слабый; 86 – ливневый снег умеренный или сильный; 87 – ледяная или снежная крупа слабая; 88 – ледяная или снежная крупа умеренная или сильная; 89 – град слабый. 90 – 99: Гроза (кроме 90) в срок наблюдения или в последний час. 90 – град умеренный или сильный; 91 – гроза в последний час, дождь слабый в срок наблюдения; 92 – гроза в последний час, дождь умеренный или сильный в срок; 93 – гроза в последний час, снег с дождем или крупа слабые в последний час; 94 – гроза в последний час, снег с дождем или крупа умеренные или сильные в последний час; 95 – гроза слабая или умеренная в срок с дождем или снегом; 96 – гроза слабая или умеренная в срок с градом или крупой; 97 – гроза сильная в срок с дождем или снегом; 98 – гроза в срок с песчаной или пыльной бурей; 99 – гроза сильная в срок с градом или крупой. Таблица 2. Облачность и погода между сроками W 1 W 2 . N Общее количество облаков Nh Количество облаков нижнего или среднего яруса W1W 2 Погода между сроками h Высота облаков нижнего или среднего яруса 0 0 0 ясно или облачность не более 5 баллов <50 нет нет нет 1 1 1 Меняющаяся облачность 50-100 Cu hum As trans Ci fib распр. небу 2 2-3 2-3 100-200 Cu med, cong As или Ns 3 4 4 200-300 Cb calv 4 5 5 5 6 6 Морось 6 7-8 7-8 Дождь 7 9 9 Снег дождь снегом Цифра кода Облачность более 5 баллов Песчаная буря, низовая метель или поземок Туман или сильная мгла или со 85 Облака Sc, Cu,Cb St, Ac, As, Ns Ci, Cc, Cs не по Ci sp Ac trans без Ci sp из Cb изменений Sc из Cu или Ci fib распр. Ac lent Cb по небу Ac Cs, Ci ниже Sc не из Cu 600-1000 распростр. или Cb 45 по небу 1000Ac из CuCs, Ci выше St 1500 или Cb 45 Cs 1500St fr или Cu fr Ac, As закрывают 2000 все небо 300-600 8 10 Ливневые осадки 10 не не определено Гроза определено / туман туман Таблица 3. Видимость VV. Наземные наблюдения 00-50 56-80 Видимость в единицах, Видимость в целых км кратных 100 м цифры километры кода цифры километры 56 6 кода 00 <0.1 57 7 01 0.1 … … 02 0.2 60 10 … … 61 11 19 1.9 … … 20 2 70 20 … … 71 21 49 4.9 … … 50 5 80 30 9 20002500 Cu, Sc >2500 Cb cap - - Cs не распр. Ac floc или хаотически cast по небу Ac хаотич. Cc небо Морские наблюдения 90-99 81-89 Видимость через 5 км 81 82 83 84 85 86 87 88 89 35 40 45 50 55 60 65 70 >70 цифры кода километры 90 <0.05 91 92 93 94 95 96 97 98 99 0.05 0.2 0.5 1 2 4 10 20 >50 Таблица 4. Указатель i w единиц измерения скорости ветра и способа ее определения. Цифра кода 0 1 3 4 Способ измерения скорости ветра Визуальный Инструментальный Визуальный Инструментальный Единицы измерения м/с узлы м/с узлы Таблица 5. Указатель i R включения в телеграмму группы 6RRRt R . Цифра кода Сведения о включении группы 1 Включена в секцию 1 2 Включена в секцию 3 3 Не включена, т.к. осадков не было 4 Не включена, т.к. количество осадков не измерялось / Включена в секцию 5 Таблица 6. Указатель i x включения в телеграмму группы 7wwW 1 W 2 . Цифра кода 1 2 3 4 5 6 Сведения о включении группы Включена Не включена, нет явлений, подлежащих передаче Не включена, наблюдения не производились Включена Не включена, нет явлений, подлежащих передаче Не включена, наблюдения не производились Тип станции Обслуживается персоналом Автоматическая Таблица 7. Характеристика барической тенденции a. Цифры кода 0 1 2 3 4 5 6 7 Характеристика Таблица 8. Направление D s и средняя скорость v s перемещения судна. Цифры кода Направление перемещения судна (куда перемещалось в последние 3 часа) Средняя скорость перемещения судна (в последние 3 часа, узлы) 86 8 Хода нет СВ В ЮВ Ю ЮЗ З СЗ С Не определено 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1-5 6-10 11-15 16-20 21-25 26-30 31-35 36-40 40 Таблица 9. I s – причина обледенения судна, R s – характеристика обледенения судна, c i – сплоченность морского льда, S i – возраст морского льда, b i – айсберги, D i – пеленг кромки льда, z i – ледовые условия. Цифр ы кода 0 1 2 3 4 Is Rs ci Si bi Лед не В поле зрения Начальные нарастает морского льда виды льда нет (иглы, сало, снежура, шуга) Морски Лед Судно в е брызги нарастает водном канале медленно шириной (0,6 см/ч и более 1 мили менее) среди неподвижного льда или в неподвижном льду, кромка которого вне пределов видимости Туман Лед Отдельные нарастает льдины, быстро (0,7 редкий см/ч и более) дрейфующий лед сплоченность ю от 1 до 3 баллов Брызги Лед тает или Разреженный и туман взламываетс дрейфующий я медленно лед сплоченность ю от 4 до 5 баллов Дождь Ниласовые льды (склянка, темный нилас, блинчатый лед) толщиной до 10 см. Di Айсберги, их куски или обломки отсутствуют 1-5 без кусков или обломков 87 Чистая вода с плавающими в пределах видимости отдельными льдинами Легкопроходимый лед, условия улучшаются СВ Молодые 6-10 без льды кусков или (серый, обломков серо-белый) В толщиной 10-30 см. Преобладае т молодой лед и/или начальные виды льда с включением однолетнего льда Лед тает или Сплоченный Преобладае взламываетс дрейфующий т тонкий я быстро лед однолетний сплоченность лед с ю от 7 до 8 включением баллов начальных видов льда и/или молодого льда zi 11-20 без кусков или обломков Легкопроходимый лед, условия не изменяются Легкопроходимый лед, условия ухудшаются ЮВ До 10 кусков и обломков включительно , айсберги отсутствуют Труднопроходимы й лед, условия улучшаются Ю 5 6 7 8 9 / Брызги и дождь Сплоченный дрейфующий лед сплоченность ю 9 баллов и более, но менее 10. Полосы или пятна дрейфующего льда с отдельными льдинами между ними Тонкий однолетний лед толщиной 30-70 см Преобладае т однолетний лед средней толщины (70-120 см), толстый однолетний лед (более 120 см) с небольшим включением более тонкого (более молодого) однолетнего льда Полосы или Средний пятна толстый сплоченного однолетний или очень лед сплоченного дрейфующего льда с участками меньшей сплоченности между ними Припай, за Преобладае кромкой т которого однолетний отдельные лед средней льдины, толщины и редкий или толстый разреженный однолетний дрейфующий лед с лед включением старого льда (толщиной более 2 м) Припай, за Преобладае кромкой т старый лед которого очень сплоченный лед или сплоченный дрейфующий лед Определить Определить невозможно невозможно Таблица 10. Группа 8N s Ch s h s . 88 Более 10 кусков и обломков, айсберги ЮЗ отсутствуют Труднопроходимы й лед, условия не изменяются 1-5 с кусками и обломками Труднопроходимы й лед, условия ухудшаются. Лед развивается, ледяные поля смерзаются. З 6-10 с кусками и обломками Труднопроходимы й лед, условия ухудшаются. Слабое сжатие льда (0-1 балл). СЗ 11-20 кусками обломками с и С Труднопроходимы й лед, условия ухудшаются. Умеренное или сильное сжатие льда (2-3 балла). Более 20 с Судно кусками и льдами обломками – навигация Не очень опасна определено Определить невозможно Определить Определить невозможн невозможно о затерто Цифры кода Форма облаков 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Ci Cc Cs Ac As Ns Sc St Cu Cb Высота нижней границы облаков Инструментальные наблюдения 00-50 50-80 Высота через 30 м Высота через 300 м цифры кода метры цифры кода метры 00 <30 56 1800 01 30 57 2100 02 60 58 2400 … … … … 46 1380 76 7800 47 1410 77 8100 48 1440 78 8400 49 1470 79 8700 50 1500 80 9000 81-89 Высота через 1500 м цифры кода метры 81 10500 82 12000 83 13500 84 15000 85 16500 86 18000 87 19500 88 21000 89 >21000 Визуальные наблюдения 90-99 цифры кода метры 90 0-50 91 50-100 92 100-200 93 200-300 94 300-600 95 600-1000 96 1000-1500 97 1500-2000 98 2000-2500 99 >2500 Таблица 11. Знак температуры s n . Цифры кода 0 1 Знак температуры при положительной температуре и 0 при отрицательной температуре Таблица 12. Состояние поверхности земли E. Цифра кода 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 / Состояние поверхности земли сухая влажная мокрая затоплена водой замерзшая покрыта льдом частично покрыта пылью полностью покрыта пылью полностью покрыта пылью очень сухая с трещинами не определено Таблица 13. Состояние поверхности снега E′. Цифра кода 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 / Состояние поверхности снега лед мокрый или старый снег, покрыто 10-40% земли мокрый или старый снег, покрыто 50-90% земли равномерный мокрый или старый снег, покрыто 100% земли неравномерный мокрый или старый снег, покрыто 100% земли сухой снег, покрыто 10-40% земли сухой снег, покрыто 50-90% земли равномерный сухой снег, покрыто 100% земли неравномерный сухой снег, покрыто 100% земли очень неравномерный сухой снег, покрыто 100% земли (сугробы, заносы) не определено Классификация облаков. Облака и выпадающие из них осадки принадлежат к числу важнейших атмосферных явлений, оказывающих существенное влияние на многие стороны жизнедеятельности человека, а также на растительный и животный мир Земли. 89 Облака являются продуктом конденсации водяного пара, на содержание и фазовые переходы которого значительное влияние оказывает температура воздуха. При этом следует иметь в виду, что облака по отношению к полю температуры выступают в роли своеобразного регулятора с обратной связью: возникнув под влиянием изменения температуры, облака в процессе эволюции оказывают существенное обратное влияние на поле температуры посредством конденсационного, радиационного и турбулентного притоков тепла, а через него – и на поле движения атмосферы. Облака и осадки в значительной степени определяют эффективность (а, зачастую, и возможность) функционирования различных видов транспорта, в особенности, авиации, которая и в настоящее время является одной из наиболее важных побудительных причин для всестороннего изучения облаков. Помимо этого, квалифицированные наблюдения над облачностью позволяют получить крайне важную информацию о наличии опасных явлениях погоды (ОЯП), сопутствующих тому или иному виду облаков. Так, для низких слоистообразных облаков это, прежде всего, высота нижней границы облачности (ВНГО) и горизонтальная дальность видимости (ГДВ) в подоблачном слое ниже установленных нормативными документами минимумов погоды для данного типа воздушного судна, а также обледенение и статическое электричество; для кучево-образных облаков – грозовое электричество и интенсивные вертикальные движения, вызывающие болтанку летательных аппаратов, и т.д. Правильное определение формы облаков имеет особенно большое значение еще и потому, что с формой облачности связаны конкретные типы атмосферных процессов (синоптические положения). Для изучения облаков, анализа и прогнозирования облачной обстановки необходимы следующие сведения: а) количество облаков и характер их расположения (сплошной массой, отдельными облаками, прослойками, грядами и т. д.); б) форма облаков; в) высота нижней и верхней границ облаков; г) микрофизическое строение облаков (размеры и количество в единице объема капель воды, ледяных кристаллов, наличие снежинок и пр.); д) количество и вид осадков, выпадающих из облаков; е) направление и скорость перемещения облаков; ж) характер и скорость вертикальных и горизонтальных движений внутри облака и на его границах. Для получения этих сведений ведутся наблюдения на гидрометеорологических станциях различной принадлежности, обсерваториях, пунктах аэрологического и самолетного зондирования и т. д. На гидрометеорологических станциях наблюдения за облаками (количеством и формой) производят визуально, т. е. без использования технических средств измерений. Поэтому точность, а, следовательно, и ценность наблюдений за облаками могут быть существенно улучшены путем применения единой методики производства наблюдений, повышения 90 квалификации наблюдателей и такой организацией работы, при которой наблюдатели систематически следят за состоянием неба и его изменениями во времени. С помощью визуальных наблюдений можно определить количество и форму облаков, оценить высоту их основания, а также скорость и направление движения. Ввиду того, что сами летательные аппараты стали важным техническим средством исследования облачности, при наблюдениях в полете можно сделать некоторые заключения о микроструктуре облаков и их динамике. Описание форм облаков Каждый ярус облаков включает ряд основных форм, различаемых по общим, характерным для этих облаков внешним признакам, и ряд видов, а также разновидностей основных форм.В этой главе указаны наиболее общие признаки облаков каждого яруса и далее подробно описываются основные формы, их виды и разновидности. Облака верхнего яруса Высоко расположенные облака, имеющие вид волокнистого покрова, изогнутых перьев, волн или прозрачной белой вуали, затягивающей небо. Эти облака состоят из ледяных кристаллов: игл, шестигранных столбиков или пластинок. Сквозь них хорошо просвечивают солнце и луна. Иногда вокруг Солнца или Луны, просвечивающих через эти облака, образуются цветные круги Перистые облака (Cirrus, Ci) Внешний вид: отдельные белые волокнистые облака, обычно очень тонкие и прозрачные, но иногда с более плотными или хлопьевидными образованиями. Эти облака обычно наблюдаются в небольших количествах, но иногда могут занимать и значительную часть неба. Высота основания: увеличивается с севера на юг. В умеренных широтах она, как правило, составляет 7-10 км, но может и значительно отклоняться от указанных границ. В тропиках средняя высота основания Ci увеличивается до 17-18 км. Микрофизическое строение: облака Ci состоят главным образом из ледяных кристаллов в виде столбиков высотой 0,01-0,1 мм. Оптические явления и прозрачность: обычно облака Ci настолько прозрачны, что сквозь них не только просвечивают Солнце и Луна, но часто даже и голубое небо. Днем перистые облака не уменьшают освещенности, предметы отбрасывают заметные тени. Около Солнца и Луны в этих облаках иногда наблюдаются круги (гало). Осадки: из облаков Ci не выпадают. 1. Вид Cirrus filosus (Ci fil.) – нитевидные. Это основной вид перистых облаков. Нити могут располагаться то более или менее параллельно, то в виде 91 перепутанного клубка. Эти облака характерны для переднего края надвигающейся системы облаков теплого фронта. Разновидности Ci fil.: а) Cirrus uncinus (Ci unc.) – когтевидные. Имеют вид параллельных нитей, загнутых вверх и часто утолщенных на одном конце. б) Cirrus vertebratus (Ci vert.) – хребтовидные. Имеют более уплотненную среднюю часть, от которой в обе стороны расходятся нити. Их внешний вид напоминает "скелет рыбы". в) Cirrus intortus (Ci int.) – перепутанные. Имеют вид беспорядочно перепутанных волокон, разбросанных по небу в виде отдельных клубков или пятен. 2. Вид Cirrus spissatus (Ci sp.) – плотные. Этот вид перистых облаков имеет многочисленные белые уплотнения неправильной формы. Нитевидное строение этих облаков выражено менее резко, чем у Ci fil. Разновидности Ci sp.: а) Cirrus incus-genitus (Ci ing.) – грозовые (послегрозовые). б) Cirrus floccus (Ci floc.) – хлопьевидные. Уплотнения в этих облаках имеют вид белых хлопьев, непосредственно соединенных (в отличие от Ac floc.) с окружающими нитями. 1. Cirrus basis (Ci bas). – скопление перистых облаков у горизонта в той его части, откуда облака надвигаются. В направлении этого скопления (базы облаков) обычно находится центральная часть циклона. Между базой и горизонтом не может быть просвета голубого неба. База наблюдается чаще всего на западной части горизонта, сообразно превалирующему направлению движения циклонов с запада. 2. Cirrus radiatus (Ci rad.) – радиальные, когда полосы облаков вследствие перспективы кажутся сходящимися в одной или в двух противоположных точках горизонта. Связь с другими формами: увеличиваясь по количеству, Ci могут непосредственно сменяться пеленой Cs. Часто облака Ci наблюдаются одновременно с Сс, а также с Cu и Sc облаками. Процессы образования: охлаждение воздуха, приводящее к образованию Ci, происходит при его восходящем движении в верхней тропосфере, в зоне атмосферных фронтов (особенно в системе теплого фронта). В охлаждающемся воздухе происходит сублимация водяного пара и образование ледяных кристаллов. Мелкие ледяные кристаллы очень медленно падают, и переноситься восходящими движениями воздуха могут на более высокие уровни. Ci могут образоваться также из вершин Cb при разрушении этих облаков (Ci ing.). Перисто-кучевые облака (Cirrocumulus, Сс) Внешний вид: белые, тонкие облака, состоящие из очень мелких волн, хлопьев или ряби (без серых оттенков), частично имеющие волокнистое строение или переходящие в покров Ci или Cs. Вне связи с Ci или Cs эти облака наблюдаются редко. 92 Как правило, Сс наблюдается в небольших количествах (часто менее 1/10 неба). Высота основания: в умеренных широтах колеблется в пределах 6-8 км. Толщина слоя: не превышает 200-400 м. Микрофизическое строение: Сс состоят из мелких ледяных кристаллов, имеющих форму столбиков или пустотелых призм, отдельных или соединенных по несколько кристаллов в комплексы. Оптические явления и прозрачность: так же как и перистые облака, Сс прозрачны и, закрывая Солнце, почти не уменьшают освещенности. Голубое небо, просвечивая через облака, придает им голубоватый оттенок. Солнце и Луна хорошо просвечивают, при этом иногда наблюдается гало, а также радужная окраска краев облака и отдельных его участков. Это явление называется иризацией. Осадки: из облаков Сс не выпадают. 1. Вид Cirrocumulus undulatus (Сс und.) – волнистые, с разновидностью Cirrocumulus lenticularis (Сс lent.) – чечевицеобразные. 2. Вид Cirrocumulus cumuliformis (Сс cuf.) – кучевообразные. Имеют вид мелких башенок или хлопьев, распространяющихся по вертикали. Разновидность этого вида: Cirrocumulus floccus (Сс floc.) – хлопьевидные. Связь с другими формами: облака Сс обычно наблюдаются в сочетании с Ci или Cs. Возможны промежуточные переходные формы между низкими Сс и высокими Ас, однако различить их нетрудно, хотя тонкие края слоя Ас по внешнему виду и напоминают Сс. Одновременно может наблюдаться слой Сс и похожий на них слой нижележащих Ас (или даже несколько слоев Ас на различных высотах). Условия наблюдений с поверхности земли: облака Сс обычно определяются легко. Их можно ошибочно принять только за высокие Ас, в отличие от которых Сс частично (особенно по краям) имеют волокнистое строение. Кроме того, Сс часто переходят непосредственно в слой Ci или Cs, или бывают расположены на одном уровне с этими облаками. Если волнистое строение перисто-кучевых облаков (или рябь) становится плохо выраженным и постепенно перерождается в волокнистую структуру, то их уже следует отмечать как Ci fil. Процессы образования: облака Сс образуются при возникновении волновых и конвективных движений в верхней тропосфере. Часто Сс наблюдаются перед холодным фронтом 2-ro рода и перед верхними холодными фронтами. Перисто-слоистые облака (Cirrostratus, Cs) Внешний вид: белая или голубоватая тонкая однородная пелена облаков, иногда слегка волокнистого строения. Как правило, пелена Cs постепенно закрывает все небо. Высота основания: в умеренных широтах составляет в среднем около 68 км. Толщина слоя: колеблется от 100 м до нескольких километров. Верхняя и нижняя границы слоя Cs при наблюдениях с самолета выражены не резко. 93 Микрофизическое строение: состоят из ледяных кристаллов в форме игл или шестигранных столбиков, иногда соединенных по несколько штук вместе. Оптические явления и прозрачность: часто отмечается яркое гало вокруг Солнца и Луны. Сквозь Cs просвечивает голубое небо, а ночью – яркие звезды; иногда эти облака настолько тонкие и однородные, что их присутствие удается обнаружить только по наличию гало. По мере уплотнения Cs переходят в As. 1. Вид Cirrostratus filosus (Cs fil.) – нитевидные. Белая пелена с волокнистым строением. У этих облаков в отличие от Ci fil. волокна выражены менее ярко и не так сильно перепутаны, как у облаков Сi int. 2. Вид Cirrostratus nebulosus (Cs neb.) – туманообразные. Однородная белая или голубоватая пелена. Иногда эта пелена настолько тонкая, что обнаружить ее можно только по наличию гало, а иногда – плотная и отчетливо различается наблюдателем. Облака среднего яруса Общие признаки облаков среднего яруса: это светло-серые, синеватосерые, иногда белые облака в виде сплошной пелены или волн, пластин и хлопьев, значительно более крупных и массивных, чем у облаков верхнего яруса. Облака среднего яруса состоят из переохлажденных капель воды или переохлажденных капель воды в смеси с ледяными кристаллами и снежинками. Сквозь облака среднего яруса Солнце просвечивает слабо или вообще не просвечивает. Высоко-кучевые облака (Altocumulus, Ас ) Внешний вид: белые, иногда сероватые или синеватые облака в виде волн (гряд), состоящих из пластин или хлопьев. Последние обычно разделены просветами голубого неба, но иногда сливаются в почти сплошной покров. Высота основания: Ас над поверхностью земли наблюдаются в пределах 2-6 км. Толщина слоя: около 200-700 м. Микрофизическое строение: высоко-кучевые облака состоят преимущественно из переохлажденных капель воды радиусом чаще всего 5-7 мк с колебаниями 3-24 мк. Изредка в этих облаках имеются ледяные кристаллы: толстые пластинки или объединенные по несколько вместе столбики. Оптические явления и прозрачность: сквозь тонкие края Ас просвечивают Солнце и Луна, при этом вокруг них часто наблюдаются венцы. Сквозь центральные части уплотнений в облаке (волн, пластин) Солнце или Луна обычно уже не просвечивают или просвечивают очень слабо. Если волны или пластины сливаются в покров, полностью закрывающий часть неба вблизи Солнца, то оно обычно совсем не просвечивает. Края облаков, проходя вблизи Солнца или Луны, окрашиваются в слабые радужные тона (иризация). Осадки: из облаков Ас иногда могут выпадать в виде отдельных капель дождя или отдельных снежинок. При Ас vir. наблюдаются «метловидные» полосы падения осадков, которые обычно не достигают поверхности земли вследствие испарения в подоблачном слое. 94 1. Вид Altocumulus undulatus (Ас und.) – волнистые. Этот вид имеет разновидности: а) Altocumulus translucidus (Ас trans.) – просвечивающие. Эти облака состоят обычно из резко разграниченных элементов (волн, пластин) и отличаются неоднородной структурой поверхности. Плотные участки серого цвета чередуются с тонкими, более освещенными частями прозрачно-белого цвета. В этих тонких частях через облака могут просвечивать небесные светила или голубое небо. б) Altocumulus opacus (Ас ор.) – непросвечивающие плотные. Эти облака образуют почти сплошной слой, на нижней поверхности которого отчетливо различимы темные волны, гряды или пластины. Ас ор. могут закрывать все небо или его часть. в) Altocumulus lenticularis (Ас lent.) – чечевицеобразные. Это отдельные, довольно плотные облака, чечевицеобразной или сигарообразной формы с гладкими очертаниями. Иногда они сливаются в обширные массы, лишь местами включающие хорошо выраженные чечевицеобразные облака. Небольшие облака с гладкими очертаниями часто приобретают бледные радужные переливы (иризация) вблизи солнца или луны. г) Altocumulus inhomogenus (Ас inh.) – неоднородные. Высоко-кучевые облака называются неоднородными в тех случаях, когда сплошной слой облаков лишь местами имеет волнистое строение или когда можно обнаружить два слоя высоко-кучевых облаков, близко расположенных один от другого. Эта разновидность облаков бывает переходной от As к Ас. 2. Вид Altocumulus cumuliformis (Ас cuf.) – кучевообразные. Разновидности этого вида: а) Altocumulus floccus (Ас floc.) – хлопьевидные. Имеют вид белых, разорванных по краям хлопьев, сравнительно быстро меняющих свои очертания. б) Altocumulus castellatus (Ас cast.) – башенковидные. Белый или слегка сероватый слой (гряда) высоко-кучевых облаков, над которым выступают белые кучевообразные массы, растущие вверх наподобие небольших куполов или башенок, напоминающих Cu или Cb. Эти облака довольно быстро меняют свою форму. в) Altocumulus cumulogenitus (Ас cug.) – образовавшиеся из кучевых облаков. Образуются из мощных кучевых облаков (Cb и Cu cong.), когда их вершины, достигнув среднего яруса, разрушаются. Имеют вид белых, кучевообразных масс с плоскими, сливающимися между собой, краями. Эти облака легко определить, следя за развитием и изменением кучевых облаков. На ранней стадии образования Ас хорошо заметна их связь с кучевыми облаками. г) Altocumulus virga (Ас vir.) – с полосами падения осадков. Эта разновидность высоко-кучевых облаков записывается тогда, когда наблюдатель отчетливо различает волокнистые полосы падения осадков. Эти полосы обычно направлены от облака наклонно или прямо вниз, а затем приобретают характерный изгиб вследствие неодинаковой скорости ветра на различных высотах. 95 Слоисто-кучевые облака Sc отличаются от Ас тем, что они расположены ниже, более плотные и имеют серый или темно-серый цвет. Об отличии Ас от Сс указывалось при описании перисто-кучевых облаков. Высоко-слоистые облака (Altostratus, As ) Внешний вид: серая или синеватая однородная пелена облаков слегка волокнистого строения. Как правило, пелена постепенно закрывает все небо. Иногда на нижней поверхности пелены As заметны слабо выраженные волны. Высота основания: в пределах 3-5 км. Толщина слоя: в среднем около 1 км, изредка до 2 км. Микрофизическое строение: тонкие As и верхние части более плотных As состоят преимущественно из ледяных кристаллов (пластинок). Низкие As состоят из ледяных кристаллов (столбиков) в смеси с переохлажденными каплями воды. Нижние части этих облаков состоят из более крупных снежинок или из мелких капель дождя (ниже уровня, где температура воздуха равна 0°С). Оптические явления и прозрачность: Cолнце и Луна просвечивают сквозь эти облака слабо, как через матовое стекло. Тени от предметов на земле нерезкие или исчезают вовсе. В тонких As отмечаются венцы около Солнца и Луны. Осадки: выпадают, но летом обычно не достигают поверхности земли вследствие испарения. Зимой нередко тонкие слои As дают снег. Различаются два вида высоко-слоистых облаков: 1. Вид Altostratus nebulosus (As neb.) – туманообразные, в виде однородного серого слоя. 2. Вид Altostratus undulatus (As und.) – волнистые. Для них характерно волнистое основание и волокнистое строение (хотя бы в отдельных частях облака). Оба эти вида имеют следующие разновидности: а) Altostratus translucidus (As trans.) – просвечивающие. Напоминают плотные перисто-слоистые облака, но заметно более серого цвета. Через эти облака солнце и луна просвечивают, как сквозь матовое стекло. Тени от предметов на земле отсутствуют. б) Altostratus opacus (As ор.) – непросвечивающие. Однородный покров серого цвета, часто различной степени освещенности (местами облака темнее, местами светлее). Солнце и Луна не просвечивают через эти облака, но местоположение их на небе можно определить по расплывчатому светлому пятну на облаке. в) Altostratus praecipitans (As pr.) – дающие осадки. Выпадающие осадки обычно небольшой интенсивности, непрерывные или с перерывами. В летнее время, как правило, не достигают поверхности земли. Процессы образования: As образуются вследствие охлаждения воздуха при его медленном восходящем движении. Этот процесс обычно происходит при натекании теплого воздуха, когда он поднимается, скользя по наклонной поверхности более плотной холодной воздушной массы. Аналогичный процесс может иметь место и у холодных фронтов, чаще всего у холодного фронта 1-го рода. 96 В отдельных случаях упорядоченные восходящие движения воздуха могут происходить в атмосфере при отсутствии фронта у поверхности земли, при наличии лишь верхнего фронта. В таких случаях As могут возникать без явной связи с приземными фронтами и образуют отдельные, сравнительно тонкие слои в атмосфере. Облака нижнего яруса Облака нижнего яруса имеют вид низких гряд, валов или пелены серого цвета, закрывающих небо сплошным покровом. Солнце сквозь эти облака не просвечивает или слабо просвечивает через их тонкие края. Слоисто-кучевые облака (Stratocumulus, Sc ) Внешний вид: серые облака, состоящие из крупных гряд (волн), пластин или хлопьев, разделенных просветами или сливающихся в сплошной серый волнистый покров. Высота основания: в пределах 0,6-1,5 км. Толщина слоя: составляет 0,2-0,8 км. Микрофизическое строение: Sc состоят преимущественно из мелких капель воды (радиусом 5-7 мк с колебаниями 1-60 мк), зимой переохлажденных. В отдельных случаях среди капель имеется примесь некоторого количества ледяных кристаллов (пластинок) и снежинок. Оптические явления и прозрачность: при сплошном покрове плотных Sc Солнце вообще не просвечивает и его местоположение на небе определить трудно. Если в облаках имеются просветы или более тонкие части у краев облака, то Cолнце и Луна могут временами просвечивать, образуя при этом венцы. Осадки: из большинства разновидностей Sc, как правило, не выпадают. Из непросвечивающих слоисто-кучевых (Sc ор.) облаков могут выпадать слабые непродолжительные осадки в виде дождя или небольшого снега (зимой иногда и из Sc trans.). 1. Вид Stratocumulus undulatus (Sc und.) – волнистые. Этот вид имеет разновидности: а) Stratocumulus translucidus (Sc trans.) – просвечивающие. В этих облаках их элементы (гряды, пластины или хлопья) располагаются неплотно, не сливаются друг с другом. В промежутках между ними виден верхний слой облаков или голубое небо. В некоторых случаях разрывов в облачном покрове нет, но имеются значительно более тонкие и поэтому более освещенные участки. б) Stratocumulus opacus (Sc ор.) – плотные непросвечивающие. Представляют собой слой темно-серых плотных облаков, состоящих из сливающихся груд или пластин. Когда элементы Sc ор. сливаются и слой становится однородным, то они переходят в слоисто-дождевые Ns или слоистые St облака. Форма облаков Sc сохраняется до тех пор, пока нижняя поверхность облака еще достаточно отчетливо прослеживается, и на ней можно различить валы, гряды или отдельные пластины. в) Stratocumulus lenticularis (Sc lent.) – чечевицеобразные. Отдельные, сравнительно плоские, вытянутые в длину чечевицеобразные облака, 97 расположенные в нижнем ярусе. Sc lent. типичны, в частности, для северных стран. Иногда они образуются у подветренных склонов возвышенностей (гор). 2. Вид Stratocumulus cumuliformis (Sc cuf.) — кучевообразные. Разновидности этого вида: а) Stratocumulus castellatus (Sc cast.) – башенкообразные. Представляют собой слоисто-кучевые облака, местами растущие вверх в виде башенок и куполов или похожие на пузырчатую пену (верхняя часть облаков). Они имеют сходство с кучевыми облаками, но отличаются тем, что представляют собой не отдельные четко очерченные облака, а некоторый слой (подобно другим видам Sc), из которого растут башни. Эти облака типичны для предгрозового состояния неба. При дневном развитии Sc cast. могут превращаться в Cu cong. б) Stratocumulus diurnalis (Sc diur.) – растекающиеся дневные. Sc diur. образуются из кучевых при их растекании, только растекание происходит не в среднем, а в нижнем ярусе (под границей инверсии, расположенной достаточно низко). Sc diur. имеют вид протяженного горизонтального слоя облаков или вытянутых гряд. В начальной стадии образования Sc diur. ясно видна их связь с кучевыми облаками, отдельные вершины Сu могут выступать из слоя Sc длительное время. в) Stratocumulus vesperalis (Sc vesp.) – растекающиеся вечерние. Эти облака возникают вечером при обычном растекании кучевых облаков в связи с ослаблением восходящих движений воздуха (конвекции). Имеют вид плоских удлиненных гряд облаков, образующихся при разрушении вершин кучевых облаков и растекании их оснований. г) Stratocumulus mammatus (Sc mam.) – вымеобразные. Имеют вид шарообразных масс на фоне других облаков. От слоисто-дождевых облаков Sc ор. отличаются волнистым строением и обычно отсутствием осадков. Полезно при различении Sc от As и Ns учитывать синоптическое положение (тип погоды), поскольку As и Ns являются преимущественно облаками фронтальных систем, тогда как Sc образуются, по большей части, внутри однородных воздушных масс. Знание предшествующей истории облачной системы позволяет более точно определить форму облаков. От слоистых облаков Sc отличаются большей высотой основания и более выраженной волновой структурой. От кучевых облаков, которые иногда тоже располагаются грядами, Sc отличаются большой длиной гряд и отсутствием куполообразных вершин (кроме разновидности Sc cast., у которой выступающие купола и башни сравнительно невелики и быстро меняют очертания). При растекании Cu их следует считать перешедшими в Sc, когда растекшиеся облака образовали достаточно однородный и плоский слой или гряды. Может наблюдаться и переходная форма Sc (Cu), если переход одной формы в другую еще совершился неполностью. Процессы образования: основными процессами, вызывающими образование слоисто-кучевых облаков, являются: 98 1. Волновые движения в слоях инверсий, расположенных ниже 2 км над поверхностью земли. 2. Растекание Cu или Cu cong. в слое под инверсиями ниже 2 км. 3. Волновые движения, возникающие над подветренным склоном возвышенностей и приводящие к образованию Sc lent. Особого рода волновые и циркуляционные движения, возникающие на окраинных частях разрушающихся Сb, а иногда и в имеющемся слое Sc, приводят к образованию Sc mam. Конвективные движения, развивающиеся в слое Sc, приводят, в частности, к образованию Sc cast. Слоистые облака (Stratus, St) Внешний вид: однородный слой серого или желто-серого цвета, сходный с туманом, приподнятым над поверхностью земли. Часто нижняя поверхность этого слоя бывает разорванной, клочковатой. Обычно слоистые облака закрывают все небо серой пеленой, но иногда могут наблюдаться и в виде разорванных облачных масс. Высота основания: обычно в пределах 0,1-0,7 км, но иногда облака сливаются с наземным туманом. Толщина слоя: обычно 0,2-0,8 км. Микрофизическое строение: облака St состоят из мельчайших капель воды, радиусом чаще всего 2-5 мк с вариациями 1-29 мк. В слоях облака с температурой ниже 0°С эти капли находятся в переохлажденном состоянии. В этих же слоях могут находиться также ледяные кристаллы и снежинки. Оптические явления и прозрачность: Cолнце и Луна через слоистые облака обычно не просвечивают. Но при наличии очень тонких или разорванных облаков этого вида, Солнце или Луна через них могут временами просвечивать, образуя при этом яркие венцы. Осадки: как правило, не выпадают. Иногда выпадает морось. Реже (при отрицательных температурах) выпадает мелкий снег или отдельные мелкие снежные зерна, которые, тем не менее, заметно ухудшают видимость. 1. Вид Stratus nebulosus (St neb.) – туманообразные: однородный серый или желто-серый слой облаков. Иногда он располагается так низко, что закрывает верхние части высоких наземных предметов, ухудшая их видимость. 2. Вид Stratus undulatus (St und.) – волнистые. Эти облака, в общем, сходны с St neb. с тем отличием, что их основание имеет волнистый характер. Эти волны вследствие их большой длины и низкого расположения облаков иногда заметны лишь в виде правильного чередования более темных и более светлых мест в облаке. 3. Вид Stratus fractus (St fr.) – разорванные. Эти облака могут быть в виде клочьев, скоплений отдельных облаков с разорванными краями. Разновидность этого вида: а) Fractonimbus (Frnb) – разорванно-дождевые: низкие, серые, изорванные облака плохой погоды. Они образуются под слоем облаков, дающих осадки (As, Ns, Cb и Sc ор.), и встречаются лишь в сочетаниях с этими облаками, обычно 99 наблюдаемыми в разрывах. Однако Frnb могут образовать и почти сплошной слой, закрывающий вышерасположенные облака. Осадки из них не выпадают; Frnb лишь «пронизываются» осадками, выпадающими из вышерасположенных облаков. Слоисто-дождевые облака Ns по внешнему виду схожи с St. Их различают по следующим признакам: St располагаются обычно ниже, чем Ns, иногда так низко, что закрывают верхние части высоких предметов (мачт, труб, высоких деревьев, холмов), ухудшая их видимость; St более светлого серого цвета, чем Ns, причем обычно отмечаются оттенки окраски – чередование темных и светлых пятен, соответствующих участкам облака большей и меньшей толщины. Строение St менее волокнистое, чем Ns; из St никогда не выпадают обложные осадки. Кроме того, при определении вида облаков крайне полезно учитывать синоптическое положение: St образуются преимущественно внутри однородных воздушных масс и часто являются облаками местного происхождения, имея небольшую вертикальную протяженность. В отличие от них облака Ns и As наблюдаются обычно на атмосферных фронтах. Исключение составляет разновидность Frnb, которая характерна для фронтальных систем облаков. Процессы образования: 1. Охлаждение относительно теплого воздуха при движении его над холодной подстилающей поверхностью. 2. Радиационное выхолаживание нижнего слоя воздуха в течение ночи или нескольких суток. 3. Охлаждение воздуха при его восходящем движении вдоль почти горизонтальных участков фронтальных поверхностей или по склонам возвышенностей. 4. Увлажнение воздуха выпадающими из вышележащих облаков осадками и одновременно развитие динамической турбулентности под слоем облаков, из которых выпадают осадки. 5. Перенос водяного пара турбулентными движениями вверх в подыверсионном слое и конденсация избытка пара в верхней части слоя. Возможна также диффузия водяного пара в подынверсионный слой сверху из теплой воздушной массы, если она более влажная, чем нижележащий слой воздуха. Поэтому большое значение для образования облаков St имеет наличие слоя инверсии температуры, расположенного на небольшой высоте над поверхностью земли. Форма облаков St является одной из наиболее часто наблюдаемых в умеренных и северных широтах. Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns ) Внешний вид Ns: темно-серый облачный слой, иногда с желтоватым или синеватым оттенком. При осадках он кажется однородным; в перерывах между 100 выпадениями осадков иногда заметна неоднородность и даже некоторая волнистость слоя облаков. Основание облаков Ns всегда размыто полосами выпадения осадков так, что точно установить положение нижней поверхности облаков бывает затруднительно. Облака Ns обычно закрывают все небо без просветов. Одни Ns наблюдаются сравнительно редко; чаще под их слоем образуются разорваннодождевые облака Frnb, частично или даже полностью скрывающие основной слой Ns. Высота основания: отмечается в пределах 0,1-1,0 км, ниже всего вблизи линии фронта. Толщина слоя: обычно отмечается в пределах 2-3 км, но иногда достигает 5 км и даже больше. Однако отмечаются случаи, когда толщина слоя Ns не превышает 1-2 км, и между ними и вышележащими As имеется безоблачная прослойка. Микрофизическое строение: слоисто-дождевые облака состоят из переохлажденных капель и ледяных кристаллов. В верхней части облака кристаллы имеют преимущественно форму столбиков, в нижней части – пластинок. В нижних частях облака преобладают мелкие капли воды с примесью снежинок или сравнительно крупных капель дождя (в зависимости от температуры воздуха в этом слое). Большинство капель воды имеет радиусы 7-8 мк с колебаниями 2-72 мк. Оптические явления и прозрачность: облака плотные, Солнце и Луна через них совершенно не просвечивают. Осадки: выпадает обложной дождь или снег, иногда с перерывами, изредка ледяной дождь. Условия наблюдения с поверхности земли: основным признаком, по которому безошибочно определяются Ns, служит выпадение обложных осадков. Этот признак помогает обнаружить Ns даже тогда, когда они снизу маскируются разорванно-дождевыми облаками Frnb. Однако иногда осадки не достигают поверхности земли вследствие испарения. В этих случаях слоистодождевые облака Ns отличаются от As ор., главным образом, по трем основным признакам: 1) значительно более темному цвету; 2) непрозрачности облаков (Солнце и Луна не просвечивают); 3) размытости основания облаков. Различие Ns от Sc и St было отмечено выше, при описании этих форм. Следует отличать слой Ns от Cb большого размера, которые, приближаясь, могут на короткое время полностью закрыть небо над пунктом наблюдения. Такая ошибка особенно вероятна, если обзор с места наблюдений 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 или Ас ор.), а Сb надвигаются при наличии просветов голубого неба. Процессы образования: основным процессом образования слоистодождевых облаков является охлаждение влажного воздуха при его восходящем движении вдоль наклонной фронтальной поверхности. 101 Подобное наклонное восходящее движение воздуха может иметь место и вне заметной связи с линиями приземных фронтов (например, вдоль верхних фронтов), как было отмечено выше. Облака вертикального развития Облака вертикального развития имеют вид отдельных плотных облачных масс, сильно развитых по вертикали. Их основание обычно располагается в нижнем ярусе, а вершина в среднем и даже верхнем ярусе облаков. Основание этих облачных масс плоское, вершины имеют вид пологих куполов с выпуклостями или облачных гор и башен. Одним из отличительных признаков облаков вертикального развития является наличие вершин яркобелого цвета. Основания облаков при этом имеют сероватый или темно-серый цвет. Кучевые облака (Cumulus, Cu) Внешний вид: плотные, развитые по вертикали, облака с белыми куполообразными или кучевообразными вершинами и с плоским сероватым или синеватым основанием. Обычно кучевые облака имеют резкие очертания, но при сильном порывистом ветре края их могут быть разорванными. Иногда эти облака бывают сравнительно плоскими (см. разновидность Cu hum.). Кучевые облака могут быть на небе в виде отдельных редких облаков или в виде значительного скопления облаков, закрывающего почти все небо. Отдельные кучевые облака чаще всего располагаются по небу беспорядочно, но иногда образуют гряды или цепочки. При этом основания отдельных облаков находятся на одном уровне. Высота основания: в умеренных широтах обычно бывает 0,8-1,5 км. Однако высота основания может колебаться в довольно широких пределах. Она расположена тем выше, чем меньше относительная влажность у земли, и в летний период может составлять 2,5-3,0 км и даже более. Вертикальная протяженность: может быть различной, от сотни метров до нескольких километров. Микрофизическое строение: кучевые облака состоят из капель воды, крупных в вершине облака (преобладающий радиус капель около 10 мк) и мелких у его основания (преобладающий радиус около 6 мк). При температуре окружающего воздуха ниже 0°С капли находятся в переохлажденном состоянии. Оптические явления и прозрачность: центральные части кучевых облаков полностью закрывают Солнце, а их края просвечивают. Осадки: обычно не выпадают. В умеренных широтах из Cu иногда могут выпадать отдельные капли дождя или очень небольшой кратковременный дождь. В тропических странах из Cu иногда выпадают ливневые дожди. 1. Вид Cumulus humilis (Cu hum.) – кучевые плоские («облака хорошей погоды»). Эти облака мало развиты по высоте; они кажутся плоскими, так как их высота меньше горизонтальных размеров. Cu hum. наблюдаются преимущественно в теплое время года, в сухой устойчивой воздушной массе. Обычно они возникают утром, достигают наибольшего развития в 102 околополуденные часы и к вечеру растекаются, переходя часто в слоистокучевые вечерние облака. Изредка Cu hum. встречаются и зимой, но тогда не наблюдается описанного выше суточного хода в их развитии. Разновидность Cu hum.: а) Cumulus fractus (Cu fr.) – кучевые разорванные. Эта разновидность отмечается тогда, когда по небу «разбросаны» отдельные кучевые облака, имеющие разорванный, клочковатый вид. Они выделяются своим белым цветом на синем небе и остаются на значительных расстояниях друг от друга. Их основание не четко выражено или вообще не обнаруживается. Очертания Cu fr. непрерывно меняются: облака как бы дымятся. Обычно Cu fr. предшествуют появлению Cu hum. Иx можно рассматривать как начальную стадию образования Cu или как продукт их распада. 2. Вид Cumulus mediocris (Cu med.) – кучевые средние. Эти облака являются как бы переходной формой между плоскими Cu hum. и мощными Cu cong. Когда Cu hum. начинают развиваться и утрачивают плоский вид, но еще не достигают значительного развития, их следует отмечать как Cu med. При этом признаком этого перехода служит отношение высоты облака к длине его основания: если высота меньше длины, то облако следует считать плоским (Cu hum.); если же высота примерно равна длине или немного больше ее, то облако нужно отмечать как Cu med. Второй признак Cu med. – их вершины больше «клубятся», чем у Cu hum., и имеют вид бугорчатого купола. 3. Вид Cumulus congestus (Cu cong.) – кучевые мощные. Это сильно развитые по вертикали облака, высота которых в 1,5-2,0 раза превышает длину основания. Вершины облаков ослепительно белые и сильно «клубятся», основания затемнены. При особенно интенсивном развитии конвекции Cu cong. они не остаются изолированными массами, а соединяются в большие группы. В результате образуются сложные нагромождения кучевых облаков разной вертикальной протяженности, которые затем обычно развиваются в Сb. Когда вершины Cu cong., развиваясь по вертикали, достигают уровня высоко-кучевых облаков, они иногда покрываются тонкой белой размытой вуалью. В этом случае отмечают разновидность: а) Cumulus congestus pileus (Cu cong. pil.) – мощные кучевые облака с шапочкой. Эта шапочка в виде обрывка пелены или вуали обычно располагается горизонтально или несколько приподнята к вершине облака. Связь с другими формами: развиваясь, Cu могут превратиться в Сb. Иногда Cu и Cb наблюдаются одновременно. Весной и летом облака Cu могут наблюдаться на фоне любых других облаков, если эти облака не препятствуют прогреву поверхности земли и развитию дневной термической конвекции. В теплое время года в утренние часы кучевые облака могут образоваться из St fr. Разрушаясь, Сu могут перейти в Sc или Ас или, пройдя стадию Cu fr., совсем рассеяться. Условия наблюдения с поверхности земли: когда кучевые облака находятся в стороне от наблюдателя, он видит их от основания до белых клубящихся вершин. В этом случае правильное определение облаков не представляет никаких затруднений. 103 Если же облака располагаются у зенита или ими покрыта большая часть неба, то наблюдателю видна только их нижняя поверхность, которая всегда имеет некоторые неровности, а иногда и рваные края. В этом случае их легко спутать со слоисто-кучевыми или плотными кучево-дождевыми облаками. В отличие от слоисто-кучевых облаков, Сu не образуют непрерывного слоя или сплошных длинных валов. Покров Сu всегда разделяется на отдельные облака. Центральная часть отдельных облаков может быть темной (серого или даже темно-серого цвета, в зависимости от толщины облаков), освещенные края облаков имеют ярко белый цвет. Иногда представляется сложным отличить Cu cong. от Cb, имеющих не только внешнее сходство, но и сходство процесса образования. Условно принято считать облака кучево-дождевыми (Cb), когда их вершина приобретает отчетливо волокнистое строение («обледеневает»), а также, когда начинается выпадение ливневых осадков или заметны полосы падения осадков. Процессы образования: кучевые облака образуются, главным образом, в результате интенсивных восходящих движений воздуха, вызванных неравномерным нагревом подстилающей поверхности (термическая конвекция). Над морем образованию Сu содействует ночное радиационное выхолаживание верхней части слоя влажного воздуха, расположенного над сравнительно теплой водной поверхностью. Кучево-дождевые облака (Cumulonimbus, Cb) Внешний вид: белые облака с темными, иногда синеватыми основаниями, поднимающиеся в виде огромных облачных масс, с вершинами, имеющими в основном волокнистое строение, сходное с перистыми облаками. В холодное время года эти облака бывают более плоскими. Часть из них наблюдаются в виде отдельных облаков, но могут быть и их скопления или даже облачный вал из Cb, что происходит при прохождении холодного фронта. Как правило, они не закрывают всего неба и между отдельными облаками имеются просветы. Однако, в некоторых случаях, при прохождении скопления этих облаков или облачного вала весь видимый небосвод может быть закрыт. Высота основания: находится в пределах 0,4-1,0 км. Вертикальная протяженность: обычно составляет 3-4 км, но иногда вершина Cb достигает тропопаузы и даже «пробивает» ее. Микрофизическое строение: в верхней части облака Cb состоят из ледяных кристаллов при одновременном присутствии переохлажденных капель воды. В нижней части облака состоят из капель воды с примесью снежинок или капель дождя (в зависимости от температуры), а иногда – крупы или града. Оптические явления и прозрачность: Солнце и Луна сквозь облака Cb совершенно не просвечивают. При выпадении ливневого дождя часто наблюдается радуга. Осадки: имеют всегда ливневой характер: летом они выпадают в виде крупнокапельного дождя или града, зимой – в виде ливневого снега, часто мокрого (хлопьями), и снежной крупы. В отдельных случаях, при малых значениях влажности нижних слоев воздуха, осадки не достигают поверхности 104 земли вследствие испарения, и тогда под Cb видны их полосы падения. Часто в Cb наблюдается гроза. 1.. Вид Cumulonimbus calvus (Cu calv.) – «лысые». Вершина этих облаков не имеет волокнистой структуры верхней части и похожа на округлые белоснежные купола. Вид Cu calv. имеет разновидность Cumulonimbus calvus arcus (Cb calv. arc.) – «лысые с грозовым валом». Эта разновидность отмечается тогда, когда в передней части приближающегося облака образуется темный дугообразный облачный вал, состоящий обычно из быстро перемещающихся Сu fr. и Frnb, прохождение которого сопровождается шквалом. 2. Вид Cumulonimbus capillatus (Cb сар.) – «волосатые». Эти облака имеют хорошо выраженное волокнистое строение верхней части. Волокна обычно постепенно распространяются по горизонтали, приобретая в перемещающемся облаке подобие веера, а при наблюдении сбоку – наковальни. Вид Cb сар. имеет разновидности: а) Cumulonimbus capillatus arcus (Cb сар. arc.) – «волосатые с грозовым валом». Признаки этой разновидности такие же, как описывалось выше для Cb calv. б) Cumulonimbus incus (Cb inc.) – с наковальней. Эта разновидность отмечается тогда, когда верхняя обледеневшая часть облака растекается в стороны и приобретает вид гигантской наковальни над верхней частью облака. в) Cumulonimbus humilis (Cb hum.) – плоские. Имеют все характерные признаки Cb (кучевообразную форму, волокнистую структуру, ливневые осадки), но менее развиты по вертикали. Связь с другими формами: кучево-дождевые облака образуются по большей части при дальнейшем развитии Cu cong., а иногда и Ns. Они могут наблюдаться одновременно с As, Ас, Ns, Sc, Cu, Frnb, что уже отмечалось при описании этих форм. У основания Cb обычно видны полосы падения осадков. При разрушении кучево-дождевых облаков могут образоваться Ci sp., Ci ing., Ас cug., Sc diur., Sc vesp. Условия наблюдения с земли: обычно определение Cb не представляет трудностей. Они иногда могут быть смешаны только с Ns и Cu cong. При значительном распространении Cb по горизонтали и соединении их оснований в единый облачный покров этот вид облаков трудно отличить от Ns. Основное различие заключается в том, что Cb имеют более темную окраску, из них выпадают ливневые осадки, а под их основанием обычно образуются Frnb и Сu fr. При определении вида облаков также необходимо учитывать синоптическое положение и предшествующее состояние неба. От Cu cong. кучево-дождевые облака отличаются по следующим признакам: волокнистое перистовидное строение вершины облака; темно-свинцовая окраска основания облака, особенно, когда Солнце находится в зените; выпадение ливневых осадков, достигающих или даже не достигающих земли, но заметных в виде полос падения (virga). Если хотя бы один из этих признаков отсутствует, облако, хотя бы и сильно развитое по вертикали, следует считать Cu cong. 105 Процессы образования: основным процессом образования Cb является охлаждение воздуха при восходящем движении при значительно развитой термической или динамической конвекции. Поэтому образование Cb происходит на холодных фронтах и холодных фронтах окклюзии, а также внутри сильно неустойчивых воздушных масс. В холодное время года при низкой температуре воздуха возникают условия, благоприятные для замерзания облачных капелек и последующего их укрупнения на сравнительно небольшой высоте. При этом образуются плоские кучево-дождевые облака (Cb hum.), из которых выпадают достаточно интенсивные осадки. Особенно типичны Cb hum. для районов Крайнего Севера, где могут наблюдаться и летом. Облачные системы АФ. Система облаков теплого фронта (Ci, Cs, As, Ns, Frnb) Теплым фронтом называется поверхность раздела двух воздушных масс, которая перемещается в сторону холодного воздуха. Зимой с прохождением теплого фронта часто связаны снегопады и оттепели, а в другое время года – длительные обложные дожди и сплошная облачность. Над фронтальной поверхностью теплый воздух совершает восходящее движение вдоль клина холодного воздуха. Если теплый воздух имеет достаточное влагосодержание, то при своем восходящем движении он адиабатически охлаждается, образуя при этом характерную для теплого фронта систему облаков. В соответствии с типичной схемой системы облаков теплого фронта на расстоянии 600-800 км перед его линией у поверхности земли, где клин холодного воздуха распространяется до высоты 5-6 км и более, образуются наиболее высокие облака – Ci и Cs. Перистые облака Ci возникают выше поверхности фронта, перисто-слоистые Cs – вблизи этой поверхности. С приближением к линии фронта основание облаков постепенно снижается. Они становятся все более плотными и переходят на высоте ниже 6 км в As, ниже 2-3 км – в Ns, высота основания которых варьирует в пределах 100-1000 м. Осадки начинают выпадать из слоя As. Как правило, особенно в летнее время, осадки не достигают поверхности земли вследствие испарения. Только при переходе As в Ns осадки достигают поверхности земли и постепенно усиливаются по мере приближения фронта. Ширина зоны осадков теплого фронта обычно составляет 200-400 км. Облака Ci составляют отдельный слой, расположенный выше фронтальной поверхности, и разделенный безоблачной прослойкой в 1-2 км от основного облачного массива As-Ns. В ряде случаев на периферии циклона, а также в процессе его заполнения на некотором расстоянии от фронтальной поверхности можно наблюдать слои As, Ns, Sс или St, разделенные безоблачными промежутками. Однако в центральной части молодых и углубляющихся циклонов облака развиваются таким образом, что отдельные слои сливаются друг с другом и лишь местами внутри облачной массы могут наблюдаться небольшие 106 безоблачные прослойки. В этом случае облачная система теплого фронта образует сплошную массу облаков всех ярусов, постепенно переходящих друг в друга. Перисто-слоистые облака непосредственно переходят в высокослоистые, а последние – в слоисто-дождевые. Таким образом, иногда возможны значительные отклонения от типичной схемы облачности, характерной для теплого фронта. Эти отклонения зависят от интенсивности и характера восходящих движений в зоне фронта, от влажности воздуха, от сезонно-широтных и орографических особенностей местности и т.д. Летом в умеренных широтах, а зимой в южных, при большой удельной влажности теплого воздуха и значительной неустойчивости стратификации воздушной массы, восходящие движения могут охватывать слой толщиной в несколько километров. При этом облака Ns приобретают характер Cb, а осадки – характер ливневых, сопровождающихся грозами. Если теплый воздух достаточно сух или восходящие движения развиты слабо, то облачная система теплого фронта может быть недостаточно сформирована. Для таких фронтов характерна расслоенность облачной системы, малая вертикальная протяженность отдельных слоев или их полное отсутствие. Такой характер облачная система теплого фронта может приобрести в умеренных широтах в процессе его размывания. Иногда в системе облаков отсутствуют Ci и Cs, а также Ns, и вся система состоит лишь из небольшого слоя As. Летом на юге Европейской территории страны (ЕТС) облачная система теплого фронта может выродиться в гряду перистых или высоко-кучевых облаков. Теплые фронты в системе циркуляции внетропических циклонов проходят эволюцию от стадии возникновения и обострения (фронтогенез) до стадии размывания и исчезновения (фронтолиз). Параллельно происходит и эволюция их облачной системы. В период обострения теплого фронта увеличивается вертикальная протяженность облачной системы, усиливаются обложные осадки. В период размывания теплого фронта распадается его облачная система, ослабевают и прекращаются осадки, причем наиболее долго сохраняются формы облаков среднего и верхнего ярусов. В процессе распада слой As местами превращается в Ас, например, в Ас inh. Таким образом, наблюдатель может видеть облачную систему теплого фронта на той или иной стадии ее развития. Однако по наблюдениям в одном пункте трудно сделать выводы относительно эволюции облачной системы. Например, наблюдающееся уплотнение облаков может быть связано не с дальнейшим усилением процесса облакообразования, а с приближением к пункту наблюдения более плотного слоя облаков. Уверенно проследить характер эволюции облачной системы теплого фронта можно только путем сопоставления последовательных карт погоды и ряда последовательных аэрологических зондирований атмосферы. Облачная система теплого фронта может наблюдаться в любое время года и в любое время суток. Над материками осенью и зимой теплые фронты чаще сопровождаются осадками, чем летом, так как в холодную половину года теплый воздух имеет влажность, близкую к насыщающей. При низкой 107 температуре воздуха в облаках ледяные кристаллы образуются сравнительно на небольшой высоте, что благоприятствует выпадению осадков и появлению статического электричества в слоистообразных облаках. Кроме того, в эти сезоны года меньше испарение частиц выпадающих осадков. В холодную половину года основание системы облаков вблизи линии теплого фронта часто располагается ниже 100 м, причем обычно под ним образуется сплошной покров Frnb, маскирующий вышележащие облака. Летом, когда относительная влажность теплого воздуха сравнительно мала и уровень конденсации располагается достаточно высоко, на теплом фронте образуются лишь облака, расположенные на больших высотах (As, Cc, Cs). При прохождении фронта осадки не отмечаются, так как они испаряются, не достигая поверхности земли. Облака Frnb летом возникают значительно реже, чем зимой, и еще реже образуют сплошной покров. Системы облаков холодных фронтов (Cb, Ac, а также Сс, Сs, As, Ns, Frnb) Холодным фронтом называется фронт, движущийся в сторону теплого воздуха. В этом случае клин холодного воздуха оттесняет расположенный перед ним теплый воздух. Вследствие наличия приземного трения, передняя часть движущегося клина холодного воздуха приобретает своеобразный изгиб. Отступающий перед поверхностью холодного фронта теплый воздух вытесняется вверх и адиабатически охлаждается. Если его влажность достаточно высокая, то образуется система облаков холодного фронта. В зависимости от скорости перемещения и от характера воздушных течений над фронтальной поверхностью различают холодные фронты двух родов. Холодный фронт 1-го рода – медленно перемещающийся фронт. Клин холодного воздуха проникает под теплый воздух, в результате чего последний не только вытесняется вверх, но и частично натекает на клин холодного воздуха. При адиабатическом охлаждении поднимающегося теплого воздуха образуется облачная система, сходная с системой облаков теплого фронта, у которой, однако, формы облаков расположены в обратном порядке и ширина сравнительно невелика. Непосредственно перед линией фронта, если теплый воздух достаточно неустойчив, образуются Cb, из которых выпадают ливневые осадки. Основная зона обложных осадков из Ns располагается уже за линией фронта. По мере приближения облачной системы Ns переходят в As, осадки прекращаются и наступает прояснение. Иногда после As наблюдаются также Cs. Под Cb и Ns часто наблюдаются Frnb, которые в холодную половину года могут отчасти замаскировать всю облачную систему. Холодный фронт 2-го рода – быстро перемещающийся холодный фронт. Он наблюдается в центральной части циклона. Теплый воздух над холодным фронтом 2-го рода имеет значительную горизонтальную скорость и опускается, скользя вниз по клину холодного воздуха. Поэтому возникающая на этом фронте облачная система отклоняется вперед. Полоса наиболее мощных облаков и интенсивных осадков располагается непосредственно перед линией фронта. Так как фронт движется быстро, то восходящие движения теплого 108 воздуха вдоль поверхности фронта обычно весьма значительны. Поэтому основной формой облачной системы холодного фронта 2-ro рода является вал Cb. Незадолго до приближения этого вала могут появляться Ас, иногда сменяющиеся полосой As, а изредка наблюдаются также Сс в соединении с Ci. Вообще надвигающийся вал Cb может сопровождаться многими формами облаков всех ярусов: Frnb, Cu и Sc в нижнем ярусе; Ас и As в среднем ярусе; Ci, Сс и Cs в верхнем ярусе. При этом Ас иногда наблюдаются в виде нескольких слоев, расположенных на различных высотах. Перед холодным фронтом 2-го рода иногда появляются Ас lent., а также Сс lent. Таким образом, в сравнительно узкой зоне вблизи линии фронта (100200 км) наблюдается большое разнообразие форм облаков. Это связано с тем, что восходящие движения охватывают слои большой вертикальной протяженности (иногда до 10 км). Поскольку на некоторой высоте восходящие движения могут переходить в горизонтальные, и воздух может растекаться от линии фронта, то на этой высоте могут возникать волнистые формы облаков, например, слои высоко-кучевых или высоко-слоистых облаков. Такая ситуация часто наблюдается и в том случае, если образуются не фронтальные Cb, а Cb внутри неустойчивой воздушной массы. Известно, что не только в период развития, но и в период разрушения Cb порождают ряд других форм облаков. Само облако Cb по краям также часто имеет многоярусный характер. Если Cb перед холодным фронтом развиваются очень интенсивно, то их прохождение сопровождается шквалистым усилением ветра и грозами. Вообще прохождение почти каждого мощного Cb сопровождается усилением ветра. Однако при шквале в передней части Cb имеется особое вихревое образование с горизонтальной осью. Если один или оба конца вихревой трубы приобретали наклонное положение и достигают поверхности земли, что бывает редко, то прохождение Cb сопровождается смерчем. Летом, в случае значительной влажнонеустойчивости воздуха в теплом секторе циклона, смерчи изредка наблюдаются и перед теплым фронтом. Приведенные выше описания облачных систем холодных фронтов являются более или менее типичными, но они далеко не исчерпывают многообразия условий погоды при их прохождении. Так, например, в холодную половину года перед холодным фронтом 2-ro рода As иногда располагаются относительно далеко впереди линии фронта и с приближением к ней переходят в Ns. Cb при этом слабо развиты. В других случаях облачная система холодного фронта 2-го рода может состоять только из вала Cb. Если же теплый воздух очень сух, то холодный фронт может пройти при незначительной облачности, а в исключительных случаях и при безоблачной погоде. За типичным холодным фронтом 2-го рода обычно наступает прояснение, вызванное интенсивными нисходящими движениями вторгающегося холодного воздуха, который размывает также и тыловую часть фронтальной облачной системы. При этом в холодной массе непосредственно за линией фронта наблюдаются Sc, Ас и Frnb, количество которых быстро уменьшается. Еще дальше за линией фронта уже наблюдаются облачные 109 формы, характерные для неустойчивой массы, о которых будет сказано ниже. Кроме того, за основным холодным фронтом может пройти один или два вторичных холодных фронта, сопровождающихся всеми явлениями, типичными для основного. Холодные фронты над материком наиболее резко выражены летом в тех случаях, когда перемещающийся за ними морской воздух значительно холоднее теплого континентального воздуха. Но и зимой, при вторжениях в умеренные широты холодного воздуха из Арктики, они могут быть выражены очень резко. Холодные фронты значительно обостряются днем, когда конвекция способствует развитию облаков Cb. Облака теплых фронтов, наоборот, мало меняются в течение суток. Фронты окклюзии (сложные фронты) образуются при соединении холодного и теплого фронтов внетропического циклона. Такое соединение происходит по той причине, что холодный фронт перемещается несколько быстрее теплого и «догоняет» последний у вершины фронтальной волны. При этом сливаются и облачные системы обоих фронтов. Последующее развитие облачной системы зависит от соотношения температур воздушных масс по обе стороны образовавшегося сомкнутого фронта. Если вторгающаяся за фронтом воздушная масса теплее (так называемый теплый фронт окклюзии или фронт окклюзии по типу теплого фронта), то облачная система перед верхним холодным фронтом постепенно размывается. При этом вдоль поверхности нижнего теплого фронта часто образуется новая облачная система, сходная с системой теплого фронта. Если вторгающаяся за фронтом воздушная масса холоднее (так называемый холодный фронт окклюзии или фронт окклюзии по типу холодного фронта), то постепенно размывается облачная система вдоль верхнего теплого фронта. Перед нижним холодным фронтом образуется новая облачная система, сходная с системой холодного фронта. Характерным отличием облачных систем фронтов окклюзии от соответствующих систем теплого или холодного фронтов является их многослойность, связанная с наличием верхних и нижних фронтов и с расслоением облачных масс на отдельные части. Рассмотренные выше системы облаков связаны с фронтами. Характерной их особенностью является расположение облачных форм в определенной последовательности и движение фронтальных систем облаков как целого вместе с фронтальными разделами. Вместе с эволюцией фронтов изменяются и их облачные системы, от стадии возникновения до стадии распада и полного исчезновения. Облака устойчивой воздушной массы (St, Sc, Ac) В устойчивой воздушной массе, перемещающейся зимой над холодной подстилающей поверхностью и охлаждающейся от этой поверхности, часто образуются адвективные туманы, а также слоистые и слоисто-кучевые облака. При наличии слабого (умеренного) ветра образование St и Sc в устойчивой массе связано с турбулентным переносом водяного пара к слою инверсии и его адиабатическим охлаждением при восходящих движениях. 110 Большое значение имеет также радиационное выхолаживание верхней границы облачности, образующейся в устойчивой воздушной массе. Как правило, в устойчивой воздушной массе имеются инверсионные слои на высоте 3-4 км. Под ними могут образоваться Ас, причем процесс их возникновения существенно не отличается от образования Sc. Однородный характер нижней и верхней границ St или Sc может распространяться на много сотен и даже тысяч километров сообразно с горизонтальными размерами устойчивой воздушной массы. В зависимости от влажности воздуха, степени его устойчивости и интенсивности турбулентных движений, а также длительности процесса выхолаживания, образующиеся облака могут иметь различную высоту нижней границы и различную вертикальную протяженность. Если слоистые облака имеют большую вертикальную протяженность, достигающую 700-800 м и более, и при этом продолжается понижение температуры нижних слоев воздушной массы, то облачные капли укрупняются за счет слияния или конденсации и начинается выпадение осадков – мороси. В теплое время года она наблюдается редко, в холодное чаще. Морось сильно ухудшает горизонтальную видимость. Иногда зимой из St выпадает мелкий снег. Если атмосферная турбулентность крупномасштабная, слоистые облака имеют разорванный вид, причем высота их основания над пунктом наблюдения может изменяться на 50-100 м в течение 15-30 мин. При мелкомасштабной турбулентности основание слоистых облаков имеет вид однородной серой пелены и высота их является более устойчивой. Зимой, особенно при сильных морозах, из сравнительно тонких слоистокучевых облаков иногда выпадает снег. В теплую половину года из Sc ор. могут выпадать отдельные капли дождя или мороси. Если устойчивая воздушная масса очень суха, в ней, особенно в антициклонах, наблюдается ясная погода. Облака неустойчивой воздушной массы (Cu, Cb, Frnb, и их разновидности, а также Sc, Ac и Ci) Неустойчивость воздушной массы проявляется в развитии конвективных движений динамического или термического происхождения. При конвективных движениях наблюдается чередование восходящих и нисходящих потоков воздуха. Это делает невозможным образование облаков в виде непрерывного слоя. Поэтому для неустойчивой воздушной массы характерными являются отдельные кучевообразные облака. Скорость конвективных движений в кучевообразных облаках имеет порядок нескольких метров в секунду (иногда до 30 м/сек). Они могут наблюдаться на фоне общего слабых восходящих или нисходящих движений в воздушной массе, скорость которых измеряется несколькими сантиметрами в секунду. Количество и вертикальная протяженность кучевых облаков в неустойчивой воздушной массе зависят от степени ее неустойчивости, влажности воздуха и от наличия или отсутствия слоев инверсии. Так, например, 111 когда на материк весной или летом вторгается масса холодного воздуха, то в ее передней части обычно образуются только плоские кучевые облака, несмотря на интенсивный прогрев воздушной массы от подстилающей поверхности. Причиной этого является большая сухость воздуха, а также то, что в этом случае толщина слоя холодного воздуха не превышает 2-3 км. Сухость воздуха, высокий уровень конденсации и наличие инверсии на высоте 2-3 км являются препятствием для развития мощных кучевых облаков. Если уровень конденсации располагается выше нижней границы инверсии, облака вообще не могут образоваться. Летом над материком в неустойчивой воздушной массе развитие кучевой облачности протекает в последовательности, хорошо известной каждому наблюдателю. После ясной ночи в 9-11 часов появляются первые небольшие «зарождающиеся» кучевые облака Cu fr., достаточно неустойчивые – то возникающие, то исчезающие. Довольно быстро количество облаков увеличивается, отдельные из них приобретают устойчивость формы, но остаются сравнительно плоскими (Cu hum.). Постепенно отдельные облака увеличиваются как по горизонтали, так и по вертикали. Они принимают вид Сu med. и, наконец, приобретают вид клубящихся белых масс, превращаясь в мощные кучевые Cu cong.. К 14-16 часам облака достигают максимального развития. Отдельные облака могут приобрести вид огромных глыб со сравнительно «гладкими» округлыми белыми вершинами с темными основаниями. Если у таких облаков верхняя часть приобретает волокнистое строение, то они уже являются кучеводождевыми (Сb calvus – «лысые»). В этом случае в верхней части кучеводождевого облака начинается замерзание большого числа капелек воды и сублимация водяного пара на них. При дальнейшем развитии верхняя часть облака, состоящая преимущественно из ледяных кристаллов, приобретает явно волокнистое строение (Сb capillatus – «волосатые»). Из такого облака выпадают осадки, или, по крайней мере, видны полосы падения осадков. Под Сb, из которых выпадают осадки, часто образуются Frnb. К вечеру с ослаблением тепловой конвекции вершины облаков начинают опускаться, а их основания растекаться, вытягиваясь в виде гряд и превращаясь в разновидность слоисто-кучевых облаков (Sc vesp.– вечерние), которые с прекращением конвекции постепенно исчезают. Наиболее долго могут сохраняться на небе остатки перистообразных вершин Сb, образуя разновидность перистых облаков (Ci sp. – плотные). На следующий день процесс развития кучевых форм облаков может повториться примерно в той же последовательности. Иногда течение процесса может заметно отличаться от описанного. Так, например, если неустойчивость невелика, то возникают Cu hum. или Cu cong. без образования Сb. При большой неустойчивости атмосферы образовавшиеся ранее Сb могут сохраниться в течение значительной части ночи или медленно растекаться, образуя вытянутые полосы Ас и Sc. В отдельных случаях полосы Ас или Sc имеют вид Ас или Sc cast. – башенкообразных. 112 Таким образом, в большинстве случаев вслед за утренним появлением Ас или Sc cast., являющихся показателем неустойчивости, в среднем слое тропосферы днем развиваются и выпадают ливневые дожди, иногда сопровождающиеся грозами. Вот почему Ac cast. или Sc cast. считаются местным признаком предстоящей грозы в данном районе. Вместо Ас или Sc cast. при большой неустойчивости воздушной массы на уровне 2-4 км могут возникнуть облака, похожие на разорванно-кучевые (Ас floс.) хлопьевидные, которые также являются местным признаком грозы. При динамической конвекции зимой или в начале весны в неустойчивой воздушной массе, например, в тылу циклона, образующиеся Сb могут наблюдаться как днем, так и ночью. Иногда наблюдатель может смешать такие облака с Ns. От последних Сb отличаются наличием разрывов и прояснений при порывистых ветрах и иногда выпадением крупы. Если неустойчивая масса воздуха имеет высокую температуру и большую влажность, то начавшаяся конденсация далее происходит, как правило, интенсивно. Вследствие этого быстро развиваются Сb, из которых выпадают ливневые дожди, сопровождающиеся грозами. Обычно неустойчивость такой теплой воздушной массы сильно проявляется и ночью, чему способствует радиационное выхолаживание верхних слоев влажной теплой воздушной массы и вершин облаков. Большая влажность воздуха одновременно резко уменьшает эффективное излучение земной поверхности, вследствие чего в приземном слое воздух ночью охлаждается мало. Классификация атмосферных фронтов Теплый фронт . Когда теплый воздух перемещается в сторону холодного, то он, как более легкий, надвигается на холодный воздух. При этом холодный воздух, оставаясь внизу, утончаясь, выклинивается, а теплый воздух скользящим движением поднимается по отлогому склону клина (рис. 89). По мере поднятия теплый воздух охлаждается и путем конденсации паров образуются капельки воды. Передний, наиболее приподнятый край теплого воздуха может оказаться выше границы положительных температур и выделить атмосферную воду в верхних слоях в виде ледяных кристалликов, а ниже — в виде капель. Поэтому впереди теплого фронта обычно появляются перистые облака, а в поясе фронта, с большей или меньшей последовательностью, перистослоистые, высокослоистые и слоисто-дождевые. Последние дают осадки. Полоса осадков теплого фронта достигает 300, а в холодное время (со снегом) даже 400 км ширины. Точнее говоря, полоса осадков располагается впереди линии теплого фронта, и количество осадков постепенно увеличивается по мере приближения к фронту. По линии самого фронта осадки чаще всего прекращаются. Постепенная смена холодного воздуха более легким теплым приводит к понижению 113 давления и усилению ветров. Вообще в полосе теплого фронта наблюдается резкое изменение погоды (облачность, дожди, туманы, плохая видимость и т. д.). Первыми облаками, появляющимися впереди теплого фронта, являются перистые (Ci). Они обычно имеют вид параллельных полос с крючковатыми образованиями на своих передних концах. Наблюдателю, находящемуся на земной поверхности, полосы кажутся сходящимися в какой-то точке горизонта (следствие перспективы). Перистые облака появляются обычно очень далеко от линии фронта (в расстоянии от нескольких сот до 1 тыс. км), а потому могут служить хорошими предвестниками надвигающегося теплого фронта. По мере приближения фронта наблюдатель видит, как перистые облака сменяются перистослоистыми (Cs) полупрозрачными облаками с легкой дымкой (вуалью). Эти облака в свою очередь сменяются высокослоистыми (As), основание которых уже снижается до 3—5 км, при мощности облачного слоя в 2—4 км. Высокослоистые облака могут давать и осадки, но осадки эти обычно испаряются еще в воздухе, т. е. не доходят до земной поверхности. Наконец, высокослоистые облака переходят в слоисто-дождевые (Ns). Мощность слоисто-дождевых облаков достигает 3—5 км при высоте основания от 1 до 3 км над земной поверхностью. Эти-то облака и дают осадки. 114 В очень редких случаях, когда теплый воздух оказывается очень сухим, в полосе теплого фронта осадков может и не быть. Примерами могут служить фены, переваливающие через мощные хребты. Несколько иной характер погоды наблюдается в тех случаях, когда на пути теплого фронта поднимаются горы. Здесь прежде всего движение фронта замедляется. Теплый воздух, перевалив через хребет гор, спускается вниз. Нисходящее течение приводит к разрыву облачности и не дает осадков на подветренном склоне. Осадки же здесь выпадают только на наветренном склоне. Холодный фронт. Фронт, движущийся в сторону теплого воздуха, как уже говорилось, называется холодным фронтом. Холодный воздух, как более тяжелый, движется по земной поверхности, приподнимая впереди себя теплый воздух. Преодолевая сопротивление теплого воздуха, «голова холодного воздуха» принимает характер тупого клина с крутым наклоном нижней части фронтальной поверхности (рис. 90). При этих условиях холодный воздух «обрушивается» вниз и как бы валом перекатывается вперед. Вытесняемый же теплый воздух также валом поднимается вверх. В результате возникают шквалы, огромные кучеволивневые облака и ливни, сопровождаемые грозами. В некоторых случаях (летом при большой разности температур) шквальные ветры достигают огромной силы и приводят к разрушениям. Эти ветры могут быть очень опасны для авиации, но их легко предвидеть, если хорошо поставлена служба погоды. 115 Быстро восходящие токи теплого воздуха сразу же создают густой облачный «вал» и бурные дожди ливневого характера. Ширина полосы осадков может быть различна. В некоторых случаях, особенно зимой, холодный фронт может быть без осадков и даже без облачности (по причине сухости воздуха и малой разности температур). Для холодного фронта характерно резкое повышение давления, понижение температуры, малая абсолютная влажность и улучшение видимости; для предфронтовой же области — меняющееся давление, редкие, иногда шквальные ветры, быстрое образование облаков и быстрое выпадение дождей, нередко ливневого характера. По расположению воздушных масс холодный фронт является как бы зеркальным отображением теплого фронта. Однако здесь есть и существенная разница. Резкое «падение» вниз холодного воздуха вызывает, как уже говорилось, резкое поднятие воздуха впереди фронта. При этих условиях над линией фронта и впереди фронта образуются груды гигантских кучеволивневых облаков, разражающихся ливнями, грозами и сопровождающихся шквальными ветрами. Однако на некоторой высоте (3—4 км) фронтальная поверхность холодного воздуха становится отлогой и там (т. е. позади фронта) кучеволивневые облака сменяются более равномерным покровом высококучевых (Ас) облаков. При переходе холодного фронта через горную цепь движение фронта замедляется. Перевалив через горы, нисходящие массы воздуха приобретают фенообразный характер. Осадки падают преимущественно на наветренном склоне. Форма барического поля атмосферы непрерывно меняется во времени. Однако это многообразие можно расчленить на небольшое число барических систем Прежде всего, всегда можно выделить области пониженного и повышенного давления, являющиеся основными типами бари-ческих систем. Области пониженного давления – циклоны и области повышенного давления – антициклоны на приземных синоптических картах обрисовываются замкнутыми концентрическими изобарами неправильной, в общем округлой или овальной формы. Поскольку в циклоне самое низкое давление находится в центре, то горизонтальные барические градиенты в циклоне направлены от периферии к центру; в антициклоне самое высокое давление находится в центре, поэтому барические градиенты в нем направлены от центра к периферии. Размеры циклонов и антициклонов очень велики; в умеренных широтах их поперечники измеряются тысячами километров, а у циклонов в тропиках (так называемых тропических циклонов) – сотнями километров. К барическим системам с незамкнутыми изобарами относятся ложбина и гребень. Ложбина – это полоса пониженного давления между двумя областями повышенного давления. Изобары в ложбине либо близки к параллельным прямым, либо имеют вид латинской буквы V. 116 В первом случае изобарические поверхности в ложбине напоминают желоба с ребром, обращенным вниз, во втором – ложбина является вытянутой периферийной частью циклона. Центра в ложбине нет, но есть ось, т.е. линия, на которой давление имеет минимальное значение. Если изобары имеют вид буквы V, то изобарические поверхности имеют форму лотка. Следовательно, на оси ложбины изобары меняют свое направление, испытывая резкий изгиб. На каждой поверхности ось совпадает с ребром изобарического лотка. Барические градиенты в ложбине направлены от периферии к оси. Рис. 3.3. Изобары на уровне моря в различных типах барических систем (С.П. Хромов, I – циклон; II – антициклон; III – ложбина; IV – гребень; V – седловина Гребень представляет собой полосу повышенного давления между двумя областями пони-женного давления. Изобары в гребне либо напоминают параллельные прямые, либо имеют вид обращенной латинской буквы V, если гребень является периферийной частью антициклона. Изобарические поверхности в гребне напоминают желоба или лотки, обращенные выпуклостью вверх. Гребень имеет ось, на которой давление максимальное. На оси изобары резко меняют направление. Барические градиенты в гребне направлены от оси к периферии. 117 Различают еще седловину – участок барического поля между расположенными крест-накрест двумя циклонами (или ложбинами) и двумя антициклонами (или гребнями). В седловине изобарические поверхности имеют характерную форму седла: они поднимаются в направлении к антициклонам и опускаются в направлении к циклонам. Точка в центре седловины называется точкой седловины. Колебания давления Циклоны и антициклоны Крупные атмосферные вихри, циклоны и антициклоны возникают во всех частях земного шара. Однако лишь во внетропических широтах они отличаются большой мощностью и интенсивностью развития. Слабое развитие получают циклоны и антициклоны в экваториальной зоне. Вместе с тем вблизи этой зоны возникают и развиваются тропические циклоны, отличающиеся от внетропических малым диаметром, но большими градиентами давления и скоростями ветра. Причины возникновения этих барических образований различны. Например, внетропические подвижные циклоны и антициклоны возникают и развиваются в зонах больших горизонтальных градиентов температуры и давления, при определенной структуре термобарического поля. Тропические циклоны образуются в тропической зоне конвергенции над океанами при влажнонеустойчивом состоянии тропосферного воздуха. Слабо выраженные области высокого и низкого давления возникают главным образом вследствие термической неоднородности подстилающей поверхности (прогревания воздуха). Начальная стадия циклона — стадия фронтальной волны. На главном фронте возникают огромные волны длиной 1000 км и более. С их появлением теплый воздух начинает продвигаться к высоким широтам в сторону холодного воздуха в передней части волны, а холодный воздух — к низким широтам в сторону теплого воздуха в тыловой части. При этом давление у вершины волны понижается, что приводит к формированию начального циклонического возмущения, как правило, с одной замкнутой изобарой на приземной карте погоды. Это вызывает деформацию (искривление) главного фронта и образование на нем участков теплого и холодного фронтов. Начало зарождения циклона на приземных картах погоды можно заметить по падению давления, увеличению облачности и выпадению осадков. Стадия молодого циклона. В этой стадии число замкнутых изобар в циклоне возрастает (до двух-трех), а давление в центре циклона продолжает заметно понижаться, что приводит к усилению ветров и осадков. Теплый воздух образует теплый сектор циклона, и на приземной карте отмечаются самые высокие температуры воздуха. Обычно теплый сектор занимает южную и юго-восточную части циклона. Самые низкие температуры в циклоне наблюдаются за холодным фронтом в его северо-западной и северной частях. 118 Весь циклон как единая система обычно быстро (30-50 км/ч) движется на восток или северо-восток. Стадия максимального развития. Стадия молодого циклона — кратковременный промежуток в развитии циклона: он длится обычно не дольше, суток (чаше 12 ч). Холодный фронт в циклоне всегда движется быстрее, чем теплый, поэтому он постепенно догоняет теплый фронт и смыкается с ним. Происходит так называемое окклюдирование циклона (от лат. occlusio — запирание) и образование фронта окклюзии. К началу окклюдирования давление в центре циклона падает до самых низких значений (обычно до 980 — 990 гПа, но иногда и ниже). Скорости ветра в центре циклона достигают максимальных значений. Циклоническая циркуляция захватывает слой атмосферы до 5 — 7 км. Облачные системы и зоны осадков холодного и теплого фронтов сливаются и приобретают вид огромной спирали, закручивающейся около центра циклона. Стадия заполнения (разрушения) циклона. В процессе окклюдирования циклона холодный воздух продолжает распространяться к югу и постепенно занимает всю область циклонической циркуляции. Теплый сектор на приземной карте быстро сокращается, а теплый воздух вытесняется в верхние слои тропосферы, где он затем охлаждается. Циклон постепенно замедляет свое движение, давление в его центре начинает расти, ветер ослабевает, а системы облачности и осадков размываются. Наконец циклон полностью исчезает. Таким образом, весь жизненный цикл циклона продолжается 5 — 7 дней. Возникновение и развитие антициклонов тесно связаны с развитием циклонов. Это единый процесс, происходящий на главном фронте, в результате которого в одном районе создается недостаток массы воздуха и возникает циклон, а в другом районе — избыток массы воздуха и возникает антициклон. В отличие от циклонов, в которых господствуют восходящие движения, для антициклонов характерна общая тенденция к нисходящему движению воздуха. Это происходит потому, что в нижнем слое антициклона воздух вытекает из центра к периферии. Благодаря оседанию воздух в антициклоне не насыщается влагой, и погода в антициклонах преобладает малооблачная и сухая. Только в нижних слоях в ночные часы и в холодную половину года возможно образование туманов и слоистых облаков. Ветры в антициклонах, как правило, слабые, преобладают штили. Стадии развития циклона В синоптическом анализе известны четыре стадии развития циклона, которые определяются по степени сближения холодного и теплого фронтов, в то же время телевизионные и инфракрасные снимки позволяют различить стадию развития по структуре самой облачности. Установлено, что определенный вид вихревой структуры облачности характеризует степень развития циклона. Этот факт связан с тем, что в процессе развития циклона его облачная система принимает все более и более спиралевидный характер, образуя хорошо оформленный облачный вихрь. Облачность фронтальной волны 119 При образовании волнового возмущения облачная полоса, соответствующая фронту, расширяется на участке фронта протяженностью в несколько сотен километров. Расширение обычно наблюдается в сторону холодного воздуха. При дальнейшем развитии волны появляется изгиб облачной полосы в сторону холодного воздуха. Искривление у вершины волны сопровождается уплотнением облаков. Наиболее мощная, а на снимках более яркая, светлая облачность располагается непосредственно над вершиной волны, где наиболее интенсивны восходящие движения воздуха. В передней части облачного массива слоистообразные облака приобретают полосную структуру. Облачные полосы совпадают с направлением правого вертикального сдвига ветра в средней атмосфере. В холодном воздухе за сравнительно широкой полосой фронтальной облачности иногда можно наблюдать одну, две или несколько дугообразных облачных полос, как бы повторяющих искривление основной фронтальной полосы.В теплом воздухе возле фронта относительно мало облаков, но при возникновении волны иногда появляются облачные полосы, вытянутые более или менее по потоку. Фронтальная волна В том случае, если волна развита слабо, выражается в искривлении фронта и оформлена одной замкнутой изобарой, на снимке обычно бывает видно расширение облачной полосы, не сопровождающееся характерным циклоническим изгибом того участка фронтальной облачной полосы, который соответствует холодному фронту тыла волны. Когда волна развита хорошо, у поверхности Земли обнаруживаются две-три замкнутые изобары, падает давление, формируется зона осадков. Но такую волну нельзя называть молодым циклоном, поскольку нет еще выраженного термического гребня впереди волны и ложбины в тылу, и недостаточно четко прослеживается циркуляция в 120 средней тропосфере. В подобных случаях на ТВ снимках видно заметное сужение облачной полосы холодного фронта в области волны. Облачность молодого циклона Для этой стадии развития циклона характерно то, что облачный массив приобретает вихревую структуру. Фронтальная облачная полоса продолжает деформироваться. При ее широтном расположении участок холодного фронта вместе с облачной системой прогибается к югу, а у вершины волны вытягивается к северу. Облачность молодого циклона имеет полосное строение, причем полосы спирально сходятся к точке, образуя облачный вихрь. Согласно Мининой, центр облачного вихря совпадает с центром циклона в нижних 3 км и располагается в передней части по отношению к барической ложбине на уровне 500 hPa. В стадии молодого циклона наиболее мощная облачность наблюдается у вершины еще широкого теплого сектора. В теплом секторе циклона преобладает малооблачная погода. Иногда перед теплым фронтом могут появиться узкие гряды сравнительно более ярких облаков, которые ориентированы параллельно краю фронтальной облачности. Эти гряды свидетельствуют о наличии более неустойчивого воздуха перед теплым фронтом, в котором летом могут развиваться кучевообразных облака. В отдельных случаях завихренность облачности в молодом циклоне прослеживается довольно слабо. Поскольку стадия молодого циклона длится недолго, эту облачную систему не всегда удается зафиксировать со спутника. Известно, что стадия молодого циклона характеризуется наличием у поверхности Земли двух-трех замкнутых изобар, четко выраженной циклонической циркуляцией в нижних слоях тропосферы и наличием теплого гребня в передней части циклона и холодной ложбины в тыловой. У такого циклона граница завихренной облачной зоны примерно совпадает с крайней замкнутой изобарой. 121 Облачная система развитого циклона На стадии максимального развития с облачной системой циклона происходят очень существенные и быстрые изменения в структуре. Она приобретает резко выраженную спиралевидную форму. В центральной части происходит смыкание облачных спиралей, связанных с теплым и холодным фронтами, в единую спираль, закручивающуюся к центру высотного циклона. Развивающийся циклон над Валенсийсим заливом Очень часто индикатором стадии максимального развития циклона является сужение теплого сектора. В этом случае на ТВ снимках отчетливо видно уменьшение безоблачного или малооблачного пространства между теплым и холодным фронтом. Сравнительно малооблачная зона прослеживается в тыловой части циклона, здесь интенсивно развиваются гряды кучевообразных облаков, которые вытянуты вдоль линий в слое трения. Таким образом, для стадии развитого циклона характерно образование четырех спиралей - двух облачных и двух безоблачных. Эти спирали сходятся к центру циклонической циркуляции на уровне облаков, причем облачная спираль, связанная с холодным фронтом, становится доминирующей. Начинается образование фронта окклюзии, который формируется из двух смыкающихся облачных спиралей. 122 Облачность окклюдирующегося циклона Характерным индикатором окклюдирующегося циклона является то, что облачная полоса, связанная с теплым фронтом, деградирует полностью, от нее остается лишь небольшой выступ. Широкая облачная полоса - основная облачная спираль циклона обычно соответствует фронту окклюзии, который переходит в холодный фронт, имеет форму единой спирали. Рядом с облачной полосой очень часто наблюдается безоблачная зона, имеющая также вид спирали. Такая структура облачности окклюдирующегося циклона остается устойчивой в течение длительного времени (до трех суток). За холодным фронтом могут наблюдаться поля конвективных ячеек. Ячейки состоят из кучевообразных облаков, которые образуются тогда, когда холодный 123 воздух начинает прогреваться от подстилающей поверхности. Образование облаков конвекции свидетельствует о значительной неустойчивости холодного воздуха. Количество и мощность конвективной облачности могут быть различными и зависят от влажности холодного воздуха, степени его устойчивости и состояния подстилающей поверхности. С усилением ветра поля конвективных ячеек формируются в гряды. Гряды ориентируются вдоль векторов вертикального сдвига ветра, (сдвиг ветра представляет собой так называемый термический ветер, направленный вдоль изотерм) и поэтому часто сходятся к центру холода. Места сходимости гряд указывают на расположение областей холода. Центр окклюдирующегося циклопа находится вблизи вершины облачной спирали, а центр высотного циклона обычно точно соответствует центру облачного вихря. В тыловой части облачного вихря образуется замкнутая область холода, положение термического гребня сохраняется таким же, как у циклона в стадии максимального развития. Очаг максимального падения давления располагается в передней части облачной зоны, связанной с фронтом окклюзии, а очаг роста в зоне прояснения за холодным фронтом. Облачность окклюдированного циклона. Для изображения окклюдированного циклона на телевизионных и инфракрасных снимках характерно наличие вихревой облачной системы, изолированной от облачных полос, связанных с фронтальными разделами. Облачные витки в этом случае четко отделяются друг от друга промежутками с почти полным отсутствием облаков. Облачная система, связанная с фронтом окклюзии и холодным фронтом, на этой стадии развития циклона деградирует и оттесняется па периферию циклона. B стадии окклюдированного циклона могут наблюдаться облачные спирали небольших размеров, сформированные из мощных кучевых и кучеводождевых облаков. Они обычно находятся в тыловой части циклона и наиболее часто наблюдаются в летний период. Облачная система окклюдированного циклона может существовать в течение нескольких суток. Облачная система регенерировавшего циклона приведена на рисунке. В заключение отметим, что рассмотренная структура облачности циклонов, находящихся в различных стадиях развития, является типичной, но не охватывает всего многообразия встречающихся в природе форм. Достаточно сказать, что спиралевидная структура облаков прослеживается со спутника далеко не у всех циклонов. Если наличие облачного вихря в большинстве случаев говорит о присутствии циклона, то обратное утверждение не всегда верно. Над однородной поверхностью океанов рисунок облачности в циклоне бывает более четким, и облачные вихри прослеживаются в виде правильных фигур. Над изрезанным рельефом суши рисунок облачности более сложный, и правильные геометрические линии часто искажаются под влиянием облаков, образование которых обусловлено неровностями земной поверхности. Вторичные облачные вихри в циклонах. Иногда в системе развитого циклопа можно обнаружить несколько облачных вихрей. При этом центр 124 одного из них - основного - обычно располагается вблизи центра циклона, а "вторичные" вихри, представляющие собой изолированную от основного вихря облачную систему, сдвинуты на периферию циклона. Размеры вторичных облачных вихрей обычно небольшие, они составляют около 200-300 км в диаметре. Наиболее часто вторичные вихри появляются в тыловой холодной части циклона под осью термической ложбины. Облачная система их сформирована из облаков кучевообразных форм. В отдельных случаях вторичные вихри появляются с тыловой стороны облачной системы, связанной с фронтом окклюзии, тогда они состоят из слоистообразных и кучевообразных облаков. Исследования показывают, что в тех случаях, когда вторичный вихрь появлялся в зоне конвективных облаков за холодным фронтом или вблизи точки окклюзии, то в этом районе через определенный промежуток времени возникал циклон (волна). Поэтому информация о появлении подобных вихрей полезна в анализе синоптического положения, так как они могут служить признаком циклогенеза на холодном фронте или вблизи точки окклюзии. Оценка эволюции циклонов и фронтов В основу оценки эволюции циклона положены закономерности эволюции облачного покрова в течение его жизненного цикла. С этой целью необходимо оценить эволюцию поля облачности по двум предыдущим фото моментам (снимкам) за предыдущие сутки или последние 12 ч. Сравнительный анализ изменений за этот период времени в характере облачного покрова дает возможность спрогнозировать развитие циклона на последующие сутки. Основными признаками развития циклона могут явиться: 1) расширение облачной полосы в данном районе; 2) уплотнение облачности; 3) появление антициклонического изгиба в сторону холодного воздуха; 4) возникновение мезомасштабных облачных полос вдоль антициклонически изогнутой границы облачного массива. Наличие этих признаков позволяет спрогнозировать на следующие сутки возникновение циклона у поверхности Земли. Антициклоны и их характеристика. Антициклон - это область с повышенным давлением в центре (рис. IV.4). Благодаря этому движение воздуха в антициклоне направлено от центра (из области более высокого давления) к периферии (в области более низкого давления). В центре антициклона воздух опускается, образуя нисходящие потоки, и растекается во все стороны, т.е. от центра к периферии. При этом он также вращается, но направление вращения противоположно циклоническому оно происходит по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки - в Южном (рис. IV.4). 125 Антициклоны в умеренных широтах чаще всего следуют за циклонами, нередко они принимают малоподвижное (стационарное) состояние и также существуют до тех пор, пока давление не выровняется (6-9 суток). В связи с нисходящими движениями в антициклоне воздух не насыщается влагой, облакообразование не происходит и преобладает малооблачная и сухая погода со слабыми ветрами и штилями. Кроме умеренных широт антициклоны в самой большей степени распространены в субтропических широтах - в поясах высокого давления. Здесь это постоянные, существующие в течение всего года атмосферные вихри (области высокого давления): Северо-Атлантический (Азорский) антициклон (максимум) а районе Азорских островов и Южно-Атлантический антициклон; Северо-Тихоокеанский (Канарский) антициклон в районе Канарских островов в Тихом океане и Южно-Тихоокеанский; Индийский антициклон (максимум) в Индийском океане. Как видим, все они расположены над океанами. Единственный мощный антициклон над сушей возникает зимой в Азии с центром над Монголией - Азиатский (Сибирский) антициклон. Погода в антициклонах. Обычно с антициклонами связывают спокойную ясную или малооблачную погоду – но это очень общее представление, поскольку условия погоды в антициклоне различаются в зависимости от происхождения и свойств воздушных масс собственно антициклона и соседних с ним, влагосодержания и температуры его воздушной массы, особенностей подстилающей поверхности, рельефа местности, стадии развития возмущения, интенсивности нисходящих движений, времени года. Например, антициклоны в арктическом воздухе – преимущественно с ясной погодой, антициклоны с морским полярным воздухом нередко имеют пасмурную погоду. Температура тропосферы растет с возрастом антициклона, особенно при его стабилизации, что объясняется развитием нисходящих движений в антициклоне и динамическим нагреванием воздуха. 126 В промежуточном и заключительном антициклоне холодный воздух, простирающийся до высот средней тропосферы, еще недостаточно прогрет динамически. Быстрое перемещение холодной воздушной массы в таких антициклонах создает неустойчивость стратификации с развитием турбулентности и конвекции, препятствуя нисходящим движениям. Вместе с ростом температуры тропосферы, при развитии внетропического антициклона происходит увеличение высоты тропопаузы (до 10-11 км) и понижение температуры стратосферы. В среднем температура воздуха в тропосфере в области антициклона выше, чем в области циклона, в стратосфере температура воздуха в антициклоне, наоборот, ниже. При этом тропопауза над антициклоном лежит выше, чем над циклоном (отметим, что в циклоне тропопауза лежит на высотах 8-9 км). В субтропических антициклонах температура воздуха на всех высотах в тропосфере выше, чем в антициклонах умеренных широт (во-первых, воздух в субтропическом антициклоне является тропическим, хотя в нижней тропосфере периодически пополняется вторжениями быстро трансформирующегося полярного воздуха, во-вторых, при стабилизации антициклона воздух оседает и динамически прогревается). Теплая тропосфера в антициклоне компенсируется холодной стратосферой, причем, тропопауза лежит на высотах 12-13 км. Распространение субтропических антициклонов в высокие широты в значительной степени обусловлены вторжением воздушных масс с высокой тропопаузой и холодной стратосферой, характерной для низких широт. Нисходящие движения в антициклоне удаляют воздух от состояния насыщения и обусловливают в антициклонических областях общее преобладание ясной погоды. Конденсация в антициклоне может быть вызвана преимущественно охлаждением воздуха от подстилающей поверхности или путем излучения, а также вследствие волновых процессов в атмосфере, поэтому она происходит в виде туманов, слоистых облаков и волнистых облаков под поверхностями инверсий. Летом, при отсутствии инверсий, в антициклонах могут наблюдаться конвективные облака. Инверсии в антициклоне. Характерной особенностью в вертикальном распределении температуры воздуха в антициклонах является наличие инверсий (радиационные инверсии – как результат выхолаживания нижних слоев воздуха от подстилающей поверхности, и инверсии оседания – как результат нисходящих движений воздуха и динамического его нагревания в антициклоне). Размеры циклонов и антициклонов сопоставимы: диаметр их может достигать 3-4 тыс. км, а высота - максимум 18-20 км, т.е. они представляют собой плоские вихри с сильно наклонной осью вращения. Перемещаются они обычно с запада на восток со скоростью 20-40 км/ч (кроме стационарных). Обычно с прохождением циклона связывают ненастную погоду с дождями и сильными ветрами. Но циклон состоит из нескольких разнородных воздушных масс, различающихся по характеристикам погоды. В циклоне может быть и ненастная и солнечная погода – в зависимости от свойств воздушных масс в передней и тыловой его частях. 127 С антициклонами связывают ясную солнечную погоду без осадков со слабыми ветрами. Но встречаются антициклоны и со сплошной облачностью, осадками, свежими ветрами. Зимой антициклоны приносят с севера морозную погоду с хорошей видимостью. Летом в антициклонах развиваются кучевые и кучево-дождевые облака с ливнями и грозами. Диаметр циклонического вихря может достигать 2-3 тысяч километров, диаметр антициклона – 3-4 тысяч километров. На картах погоды можно увидеть одноцентровые и моногоцентровые циклоны и антициклоны, когда два или более центра ограничены общими замкнутыми изобарами или изогипсами. При этом нередко для циклонических областей применяют термин “двухцентровая депрессия”, “многоцентровая депрессия”. Кроме этого как для циклонов, так и антициклонов, допускается использование терминов “мощный”, “ослабевает”, “старый” “молодой”, “активизируется”, “размытое барическое образование”, “минимум” – для циклонического поля, “максимум” – для антициклонического поля. При характеристике интенсивности циклона употребляют термины: “глубокий циклон” – вихрь с несколькими замкнутыми изобарами и низким давлением в центре; “неглубокий циклон” – при давлении в центре на 5-10 мб ниже, чем на периферии, “заполняющийся циклон” – при повышении давления в центре, “углубляющийся циклон” – при понижении давления в центре. При характеристике интенсивности антициклона в случае роста (понижения) давления в центре употребляют термин “усиливается” (“разрушается”). Если интенсивность различна, то циклон, возникший на периферии уже существующего называют вторичным или частным. В случае подобной ситуации для антициклонического поля – вторичный антициклон или отрог. Барические образования смещаются в соответствии с основным переносом воздушных масс с запада на восток. Но при этом их траектории могут иметь свои особенности. В целом у циклонов преобладают траектории, направленные с юго-запада на северо-восток, у антициклонов – с северо-запада на юго-восток. Обычно при характеристике траектории употребляются дополнительно название географического района либо части света, откуда смещается барическое образование: южный циклон – циклон, смещающийся с юга, западный – с запада. Термин “полярный” у антициклона означает смещение с северо-запада, ультраполярный – с северо-востока, “ныряющий” циклон означает перемещение с севера или северо-запада на юг или юго-восток. В некоторых районах барические образования становятся малоподвижными и могут существовать (стационировать) длительное время. Длительно существующие обширные глубокие малоподвижные циклоны называют центральными. Малоподвижные длительно существующие области высокого давления называют стационарными или блокирующими антициклонами. При этом сюда вливаются новые барические образования того же знака. В этом случае говорят о синоптических центрах действия атмосферы, указывая их 128 географическое положение (исландский циклон, северотихоокеанский антициклон и т.д.). На климатических картах атмосферного давления (месячных, сезонных и годовых) выявляются климатологические центры действия атмосферы (ЦДА). Например, алеутская депрессия, северотихоокеанский максимум, исландский минимум и т.д. Большая часть циклонов и антициклонов относятся к фронтальным барическим образованиям. Вследствие неравномерного распределения тепла по широтам и постоянного переноса холодных и теплых масс воздуха в тропосфере происходит неравномерное распределение горизонтальных градиентов температуры. Районы, где происходит сближение тропосферных масс воздуха с различными температурными свойствами, называются тропосферными фронтальными зонами. Фронтальные зоны тропосферы являются зонами наибольших запасов потенциальной энергии, которая расходуется на образование фронтальных циклонов и антициклонов. Кроме фронтальных барических образований, могут существовать и нефронтальные циклоны и антициклоны, формирующиеся в однородной воздушной массе под воздействием прогрева или охлаждения подстилающей поверхности – термические или местные циклоны и антициклоны, локально связанные с конкретным районом. Зимой местные циклоны возникают над открытыми морями, окруженными холодной сушей, летом– над прогретыми участками континента. Термические антициклоны летом возникают над охлажденными морями, зимой – над выхоложенными частями суши. Как правило, это неглубокие и размытые барические образования с малыми барическими градиентами. Продолжительность их существования может не превышать нескольких часов. Под влиянием местного препятствия на наветренной стороне иногда возникают орографические антициклоны, на подветренной – орографические циклоны. Орографические циклоны и антициклоны обычно привязаны к конкретному физико-географическому району (например орографические циклоны северного Кавказа, Скандинавии), они малоподвижны и исчезают при смене направления воздушного потока. При благоприятных циркуляционных условиях и термические и орографические циклоны и антициклоны могут превратиться во фронтальные барические образования и приобрести поступательное движение. Еще до того, как при помощи высотных измерений было обнаружено существование струйных течений, Бергенская школа метеорологов в Норвегии разработала модель образования депрессии на полярном фронте. Основные черты этой модели показаны на рис. 2.1.11. 129 Рис. 2.1.11. Развитие циклона средних широт согласно бергенской модели (по Н Стралеру) Циклон, или депрессия, образуется там, где на полярном фронте развивается волна, приводящая к проникновению языка теплого тропического воздуха в область полярной воздушной массы. Поскольку вся система движется на восток, теплый фронт, вдоль которого перемещается теплый воздух, вытесняя собой холодный воздух, отличается от холодного фронта, следующего за ним, в котором ситуация противоположна. Воздушные массы сходятся вдоль полярного фронта, и теплый воздух стремится расположиться над холодным воздухом в теплом фронте, в то время как в холодном фронте холодный воздух подтекает под теплый. Подъем воздуха приводит к понижению давления на поверхности; при этом изобары окружают центр низкого давления. Около поверхности ветры дуют поперек изобар под углом, величина которого определяется характеристиками поверхности. В результате получается, что воздух движется по спиралям к центру депрессии и одновременно поднимается. По мере того как воздух в теплом секторе постепенно поднимается, холодный фронт сближается с теплым наступает фаза окклюдирования депрессии. Хотя наверху присутствует теплый воздух, а изобары и поле ветра все еще указывают на циклонический характер движений, однако единственным фронтальным контрастом на поверхности является граница раздела между вновь поступившим холодным воздухом, располагающимся в тыловой части депрессии, и трансформированным холодным воздухом в передней части. Такая окклюзия может быть как холодной, так и теплой в зависимости от процессов, определивших трансформацию холодного воздуха. Время существования этих депрессий зависит от длительности процесса превращения потенциальной энергии в 130 кинетическую; они разрушаются, когда исчезает контраст между соседними воздушными массами. Поскольку депрессии связаны с подъемом воздуха (а значит, и с конденсацией водяного пара) и с сильными ветрами, они значительно влияют на погоду (рис. 2.1.12.), которая может рассматриваться как одна из особенностей теплого и холодного фронтов депрессии. Рис. 2.1.12. Типичная фронтальная депрессия в северном полушарии Показаны изобары (давление в мб), фронты, ветер, облака и области осадков. Теплые фронты обычно имеют наклоны менее 1/100. Таким образом, подъем воздуха происходит постепенно (до момента, пока теплый воздух не станет неустойчивым), с образованием слоистых форм облаков. Первый знак приближения теплого фронта появление перистых облаков на высотах порядка 10 км. По мере приближения фронта облака становятся мощнее и высота их уменьшается. Сама поверхность фронта ведет себя как устойчивый слой, иногда как инверсия, поэтому все облака, формирующиеся в холодном воздухе позади фронта, имеют ограниченную вертикальную мощность. Высокослоистые облака чаще всего несут с собой моросящий дождь, находясь в 500 км впереди фронта, и уступают место по мере его продвижения слоисто-дождевым облакам, приносящим сильный дождь. Впереди теплого фронта давление постепенно падает, температура медленно растет, а ветры (в северном полушарии) дуют в основном с юга, причем с возрастающей силой. После прохождения фронта они меняют направление на юго-западное. В теплом секторе депрессии температура, давление и ветер остаются примерно постоянными. Количество облаков и осадков зависит существенным образом от характеристик теплой воздушной массы. Как правило, она является устойчивой, но в ряде случаев (особенно когда элементы орографии вызывают подъем воздуха) могут развиваться слоистые облака, 131 приносящие моросящий дождь, а в солнечный полдень образуются кучевые облака. Над относительно холодной поверхностью моря наблюдается адвективный туман и видимость обычно плохая. Приближение холодного фронта означает резкое изменение погоды. Холодный воздух подтекает под теплый, при этом наклон холодного фронта составляет около 1/50 и увеличивается у поверхности, где продвижение фронта замедлено из-за трения. Восходящие потоки, таким образом, более сильные, поэтому в них легче развивается неустойчивость. Это приводит к образованию кучево-дождевых облаков в виде башен и выпадению значительных ливней, сопровождаемых грозами. Ветер обычно при прохождении фронта резко меняет направление на северное или северо-западное (в северном полушарии) и резко усиливается, переходя в шквал. Температура при этом резко падает, давление начинает расти, и видимость существенно улучшается (за исключением районов, где идут ливни). Погода за холодным фронтом зависит от характеристик холодной воздушной массы. Неустойчивость атмосферы приводит к установлению ясной погоды, но с большим количеством ливней. Окклюзиям также сопутствуют облачность и осадки (рис. 2.1.13). Теплая окклюзия по своим чертам напоминает теплый фронт, но при этом впереди приземного фронта располагается верхний холодный фронт, которому сопутствуют кучевая и кучево-дождевая облачность и ливни. При прохождении холодной окклюзии наблюдаются некоторые особенности холодного фронта с той разницей, что ей предшествует (и в какой-то степени за ней следует) облачность, характерная для теплого фронта. Редкая облачность после прохождения холодной окклюзии не столь характерна, как в случае холодного фронта. Фронтальные депрессии южного полушария в принципе такие же, как и в северном полушарии, однако если на фронтах северного полушария ветер поворачивает по часовой стрелке, то в южном полушарии он поворачивает в обратном направлении (с севера на северо-запад на теплом фронте и с запада на юго-запад на холодном). Рис. 2.1.13. Окклюдированный циклон, показанный в поле изобар, и вертикальные разрезы окклюзии теплого (б) и холодного (в) типов. 132 Подобные модели позволяют делать прогноз погоды на сутки во фронтальных депрессиях при условии, что синоптические наблюдения охватывают достаточно большую площадь. Для Европы район наблюдений должен простираться на запад, охватывая прилегающие районы Атлантического океана, поскольку депрессии обычно движутся со скоростью 1000 км в день (направление и 70% скорости приземного геострофического ветра в теплом секторе дают примерную оценку для перемещения депрессии). Каждая депрессия имеет свои индивидуальные особенности, и ни одна идеализированная модель не может описать какую-то конкретную депрессию. Однако общие черты представленных выше моделей можно найти в каждом отдельном случае. Наблюдения в верхних слоях атмосферы существенно облегчают прогноз погоды в районе, занятом депрессией, благодаря двум обстоятельствам. Во-первых, известно, что между дивергенцией западного потока верхней тропосферы и образованием депрессии (циклогенезом) имеется связь, позволяющая использовать соображения завихренности (глава 12); вовторых, ясна роль западного потока в “управлении” поведением депрессии. В средних широтах помимо класса фронтальных депрессий, описанных выше, встречаются и другие типы депрессий. Фронтальные депрессии часто двигаются вдоль полярного фронта целыми семействами, и часто вторичные депрессии вовлекаются в движение вокруг большого циклона. Наиболее распространены среди них депрессии, образующиеся “на хвосте” холодного фронта первичного циклона и оказывающиеся “сцепленными” с ним. Как правило, каждый последующий член семейства депрессий двигается по траектории, расположенной ближе к экватору, чем траектория предыдущего. Не фронтальные депрессии средних широт включают в себя орографические циклоны, образующиеся с подветренной стороны основных препятствий, создаваемых рельефом; термические циклоны, возникающие из-за неравномерного нагрева поверхности, в особенности поверхности суши в летний период, полярные циклоны, которые иногда формируются при движении холодной неустойчивой воздушной массы над теплой поверхностью моря. Стадии развития циклонов умеренных широт. В жизни циклона и антициклона выделяют несколько стадий развития: 1) начальная стадия (стадия возникновения), 2) стадия молодого циклона (антициклона), 3) стадия максимального развития, 4) стадия заполнения циклона или разрушения антициклона Для начальной стадии, длящейся примерно сутки, характерен процесс от первых признаков возникновения барического образования до появления первой замкнутой изобары на приземной карте погоды. Разность давления между центром и периферией составляет не более 5-10 мб. На высотах вихри в начальной стадии не прослеживаются. Во второй стадии развития, продолжительность которой также обычно не более суток, барические образования имеют уже не менее 2-х замкнутых изобар. Термобарическое поле деформируется, циклон углубляется, 133 антициклон усиливается, превращаясь в мощный атмосферный вихрь со значительными скоростями ветра. Циклоническая циркуляция распространяется в верхние слои атмосферы. Третья стадия характеризуется наименьшим (наибольшим) давлением в центре циклона. Продолжительность стадии не более 12-24 ч. В последней стадии циклон (антициклон) заполняется (разрушается). У поверхности Земли в центра циклона давление повышается, в центре антициклона – понижается. Горизонтальные градиенты давления и скорости ветра постепенно уменьшаются. Данная стадия наиболее продолжительна – 4 суток и более. В каждой стадии развития циклон имеет своеобразную трехмерную структуру и каждая стадия отличается особенностями погоды. Обычно с прохождением циклона связывают ненастную погоду с дождями и сильными ветрами. Но циклон состоит из нескольких разнородных воздушных масс, различающихся по характеристикам погоды. В циклоне может быть и ненастная и солнечная погода – в зависимости от свойств воздушных масс в передней и тыловой его частях. Дожди, связанные с циклоническими системами, в теплый период орошают землю, а зимой снежный покров защищает посевы от вымерзания. С другой стороны, циклоны являются причиной возникновения опасных явлений погоды, которые принося большие бедствия. Например, штормовые волны, возникающие в результате сильных ветров, опасны для морских судов, разрушают портовые сооружения. Сильные ветры с бортовой и килевой качкой и рысканием судна, приводят к потере скорости, ограничению комфортности условий обитания моряков и рыбаков, создают определенную угрозу безопасности судна и затрудняют проведение производственных операций. Специфическую опасность для проведения морских операций представляет обледенение, вероятность и интенсивность которого увеличивают сильные и штормовые ветры, высокие волны. В подавляющем большинстве наиболее велика вероятность обледенения в тыловой части хорошо развитого циклона при адвекции холодного воздуха, которая сопровождается сильными ветрами преимущественно северо-западного и северного направлений. Зона обледенения располагается в тылу циклона на некотором удалении от холодного атмосферного фронта, где имеют место низкие температуры воздуха и хорошее развитие получает волнение. Обильные осадки, выпадающие в период созревания зерновых или во время уборки урожая, наносят вред сельскому хозяйству, снежные заносы нарушают нормальную работу всех видов транспорта. В процессе классического развития циклон обычно превращается в высокое малоподвижное барическое образование с квазивертикальной осью. Продолжительность каждой стадии колеблется от нескольких часов до нескольких суток. Наименее продолжительны начальные стадии развития циклона. 134 Возникновение волны на квазистационарном фронте (либо на фронте не имеющем строгой стационарности) сопровождается деформацией термобарического поля тропосферы. Теплый воздух получает тенденцию движения в сторону холодного, давление у вершины волны начинает понижаться, что способствует развитию здесь циклонической циркуляции. В тылу волны появляется составляющая ветра, направленная от холодного воздуха к теплому – этот участок волны становится холодным. Впереди волны формируется термический гребень, в тылу – термическая ложбина. У поверхности Земли появляются замкнутые изобары. Перестройка термобарического поля сопровождается изменением вертикальных составляющих движений воздуха и, соответственно, преобразованием фронтальной облачной волны. Впереди волны в результате восходящего скольжения теплого воздуха формируются мощные слоистые облака Ns-As-Cs. Если первоначально вдоль главного фронта наблюдалась полоса осадков, связанная с конвергенцией трения или с тем, что фронт не имел строгой стационарности, а был, например, холодным на всем протяжении, то при развитии волны облачная полоса становится шире, осадки активизируются, принимая обложной характер. В тылу волны в результате динамической и термической конвекции формируется кучевообразная облачность. По мере развития циклона деформация фронтальной облачной полосы увеличивается и циклон переходит в следующую стадию – молодого циклона. На ранних стадиях циклона можно условно выделить три зоны, различающиеся по своим погодным характеристикам: 1) передняя часть циклона, 2) теплый сектор циклона, 3) тыловая часть циклона. Погода в передней части циклона формируется под воздействием теплого фронта, который является условной тыловой границей данной зоны. При надвижении типичной облачной системы теплого фронта (облака восходящего скольжения), которая имеет горизонтальное распространение на тысячи километров, на расстоянии 900-1000 км от линии приземного теплого фронта наблюдатель фиксирует облачную полосу тонких прозрачных перистых облаков (Ci) вместе с перисто-слоистыми. Перистые облака характерны для переднего края облачной системы теплого фронта. Эти облака находятся на высотах 6-8 км. Перистые облака хорошо просвечивают Солнце, Луну, звезды. Имеют вид параллельных нитей, крючкообразно загнутых вверх (Ci uncinus) Состоят из ледяных кристаллов. Перисто-слоистые облака представляют прозрачную белую однородную пелену, закрывающую все небо и часто дают явления гало около Солнца или Луны. С приближением теплого фронта на расстоянии около 600 км от него перистые и перисто-слоистые облака сменяются высоко-слоистыми просвечивающими (As trans.) и высоко-слоистыми плотными (As op.). 135 Высоко-слоистые просвечивающие облака имеют вид сероватой или синеватой однородной облачной пелены, иногда несколько волокнистого вида, постепенно обволакивающей все небо. Солнце и Луна просвечивают сквозь облачный слой как сквозь матовое стекло. Высоко-слоистые плотные – однородный серый покров, часто неоднородной плотности. Солнце и Луна не просвечивают. Эти облака в умеренных широтах наблюдаются на высотах 2-7 км. Их вертикальная мощность достигает нескольких километров. Облачная полоса имеет ширину около 300 км. Состоят из смеси переохлажденных капель и кристаллов и дают осадки в виде полос падения, которые зимой могут достигать земной поверхности. Летом осадки из As не достигают поверхности Земли, испаряясь при движении через теплые слои воздуха под облаками (псевдоморосящие осадки). Под высоко-слоистыми облаками располагаются плотные слоисто-дождевые облака (Ns), вплотную прилегающие к теплому фронту. Ns напоминают по внешнему виду As, но более темного цвета. Вблизи центра циклона, где наблюдается наибольшая толщина облаков, система облаков As-Ns имеет ширину около 500-600 км. Обычно облака Ns закрывают все небо без просветов. Зона Ns распространяется в ширину на 300 км. Из Ns выпадают обложные осадки. Основная часть Ns в умеренных широтах лежит между 2 и 7 км, однако, основание их часто находится ниже 2 км, а верхняя граница может достигать 8 км. Одни Ns наблюдаются редко – обычно под ними образуются разорванные дождевые облака (Fr nb. – термин Fr nb. относится к разорванно-кучевым или разорванно-слоистым облакам, если они наблюдаются под слоем слоистодождевых облаков, из которых выпадают осадки). Если в пограничном слое профиль теплого фронта пологий, то основная система облаков и зона обложных осадков может быть смещена вперед от линии фронта. Летом в дневные часы восходящие движения вблизи линии теплого фронта иногда приобретают характер конвективных и в предфронтальной облачности могут наблюдаться конвективные облака, осадки переходят в ливневые, нередко сопровождающиеся грозами. При скорости теплого фронта около 30 км/ч продолжительность прохождения системы облаков теплого фронта через пункт составляет в среднем около суток, в том числе, зоны обложных осадков – около 10ч. В передней части циклона отмечается падение давления, все усиливающееся по мере приближения теплого фронта. Ветер в передней части циклона, движущегося в целом с запада на восток, имеет преимущественно юго-восточное направление. Погода в теплом секторе циклона отличается прекращением обложных осадков из Ns, повышением температуры воздуха, поворотом ветра от юговосточного к юго-западному направлению. После прохождения фронта наблюдается значительное ослабление падения давления, которое 136 заканчивается его ростом за холодным фронтом, являющимся тыловой границей теплого сектора. Разность давления между центром вихря и его периферией иногда достигает 150-200 гПа. При такой разности давления происходят катастрофические разрушения, ветер может поднять вверх людей, скот, автомобили, крыши домов, мосты. Погода в циклоне за холодным фронтом типична для неустойчивой холодной воздушной массы. Здесь отмечаются кучевая, кучево-дождевая облачность, ливневые осадки, часто многократно повторяющиеся, иногда днем грозы, шквалы, ночью над материками наблюдаются радиационные туманы. Суточный ход метеорологических элементов особенно велик. После прохождения холодного фронта отмечаются резкий поворот ветра от южного, юго-западного к северо-западному, увеличение скорости ветра, рост давления, понижение температуры воздуха (холодный воздух при ясной погоде летом быстро прогревается). Обычно с прохождением холодного фронта осадки прекращаются. Но в случае холодного фронта 1-го рода система облаков, расположенная за фронтом (As-Ns) продолжает давать осадки обложного характера. Если холодный воздух сухой и в нем интенсивно развиты нисходящие движения, то наблюдается безоблачная погода. Вторая половина жизни циклона характеризуется уменьшением его поступательной скорости, значительным преобразованием термобарического поля тропосферы – циклон становится высоким, термически симметричным (холодным) барическим образованием. Процесс окклюдирования приводит к вытеснению теплого воздуха, сокращению площади теплого сектора с постепенным его исчезновением. Облачные полосы основных теплого и холодного фронтов смыкаются с образованием единой облачной спирали фронта окклюзии. На стадии окклюдирования циклона по условиям погоды выделяют 2 зоны: 1) центральная и передняя часть циклона перед фронтом окклюзии, 2) тыловая часть циклона за фронтом окклюзии. В случае окклюдированного циклона погода различается в зависимости от характеристик воздушных масс по обе стороны от фронта окклюзии. В случае теплого фронта окклюзии перед ним воздушная масса будет холоднее, чем после прохождения фронта. С теплыми фронтами окклюзии связаны метели, гололеды. В случае холодного фронта окклюзии, наоборот, тыловая масса будет холоднее. На холодных фронтах окклюзии нередко наблюдаются грозы, часты туманы, особенно при кратковременных ночных прояснениях в зоне фронта. На фронте окклюзии имеет место сочетание облачных систем холодного и теплого фронтов – образуется общая полоса осадков из слоистых облаков восходящего скольжения (As-Ns) и конвективных кучево-дождевых облаков (Cb), которые будут выпадать как перед линией фронта, так и позади него. В стадии окклюдирования циклона у поверхности Земли в барических ложбинах за холодным основным фронтом, где имеет место сходимость ветра, 137 иногда образуются вторичные холодные фронты (обычно не более 2-х) – фронты внутри горизонтально неоднородной холодной воздушной массы, за которым вторгается более холодная порция этой же массы. Вторичные фронты имеют систему облаков, сходную с облачностью системы облаков холодного фронта 2-го рода, но вертикальная протяженность облаков меньше, чем у основных. При этом в циклоне различают 3 зоны с различными характеристиками погоды, аналогично молодому циклону: 1) передняя часть циклона, 2) вторичный теплый сектор циклона, границами которого служат фронт окклюзии и вторичный холодный фронт, 3) тыловая часть циклона – за вторичным холодным фронтом. По сравнению с теплым сектором молодого циклона во вторичном теплом секторе после кратковременного прояснения, наступающего вслед за прохождением фронта окклюзии, в тылу циклона появляются конвективные облака, связанные со вторичными фронтами, с ливневыми осадками, грозами, шквалами и метелями (рис. 12.30). Причем, ливневые осадки наблюдаются даже в холодное полугодие, поскольку относительно теплая воздушная масса, расположенная за фронтом окклюзии, обладает значительной неустойчивостью и в верхней тропосфере уже является холодной. Иногда при наличии на периферии циклона остатков основного теплого сектора, еще выделяют – настоящий теплый сектор. При дальнейшем заполнении циклона вместо единой облачной полосы фронта окклюзии появляются разрозненные облачные элементы, состоящие преимущественно из кучевых облаков. Постепенно поля давления и ветра выравниваются, циклон полностью заполняется, но вихревая структура облаков на месте бывшего циклона еще может сохраняться в течение 1-1.5 суток – т.е. значения влажности и температуры еще продолжают отличаться от окружающих значений. Радиационные инверсии образуются преимущественно в ясные тихие ночи, особенно зимой. С приземными инверсиями часто связаны весенние и осенние заморозки. Большое значение в образовании приземных инверсий имеет рельеф местности. Холодный воздух, стекая вниз по неровностям рельефа, скапливается в котловинах, на дне долин, у подножия гор. Поэтому в горных районах приземные инверсии могут быть особенно сильными и мощными, обусловливая неоднородное распределение туманов и заморозков. При стабилизации внетропического антициклона оседание воздуха, связанное с нижней дивергенцией трения (а зимой и с охлаждением и уплотнением нижних слоев воздуха) может достигать величины 1 км за сутки. Между оседающим воздухом верхних слоев и холодным воздухом нижних инверсии оседания могут иметь значительную мощность. Холодный подвижный антициклон превращается в теплый стационарный. Таким образом, в устойчивых континентальных антициклонах к радиационным инверсиям присоединяются инверсии вышележащих слоев 138 (инверсии оседания) – приземная инверсия может без разрыва перейти в инверсию оседания и в общем составить несколько километров по вертикали. Под инверсиями оседания, нередко покрывающими большие районы, скапливаются пыль, частицы дыма и другие атмосферные частицы, переносимые снизу. Слои инверсии поэтому называют задерживающими слоями атмосферы. Под инверсией образуется высокий туман, который наблюдается как слоистые облака (St). Снижаясь, туман может достичь поверхности Земли. В горах при антициклонической погоде нередко в долине пасмурно и холодно, на высотах, над инверсией – ясно и солнечно. В слое инверсии поднимающийся воздух быстро выравнивает свою температуру со средою, и его подъемная сила исчезает. Появление кучевых облаков часто исключается существованием инверсий, либо малыми температурными градиентами. Поэтому конвекция над сушей в хорошо развитых антициклонах, содержащих инверсии оседания, развивается редко. Если инверсия лежит выше уровня конденсации, то уже начавшие возникать облака мало развиваются по вертикали. Однако, при большой мощности и скорости восходящих движений воздуха они могут пробиться сквозь слой инверсии. Ночные приземные инверсии, придающие особую устойчивость нижнему слою атмосферы, вообще исключает возможность даже возникновения конвекции до тех пор, пока с восходом Солнца прогрев воздуха не приведет к разрушению инверсии. Фронты в антициклоне. Ниже уровня трения антициклон является областью дивергенции скорости. Центр антициклона у поверхности Земли лежит в внутри холодного воздуха. В более высоких слоях атмосферы антициклон состоит из двух воздушных масс: здесь распределение температуры воздуха асимметрично: передняя часть антициклона холодная, тыловая – теплая (в отличие от антициклона, распределение воздушных течений в циклоне обусловливает в нем асимметричное распределение температуры воздуха как в значительной толще тропосферы, так и у поверхности Земли). В центре антициклона у поверхности Земли фронты отсутствуют. Но, тем не менее, в антициклоне, при больших его размерах, у поверхности Земли даже в пределах одной и той же воздушной массы может существовать температурная асимметрия: в передней части антициклона ветры будут северной половины горизонта, в тыловой – южной, что допускает присутствие на периферии антициклона у поверхности Земли атмосферных фронтов. Линии фронта может также пересекать гребень по линии, примерно нормальной к его оси. В случае промежуточного антициклона поверхность раздела между теплым и холодным воздухом в передней части холодной воздушной массы является холодным фронтом предыдущего циклона, в тыловой – теплым фронтом следующего циклона. На южной периферии промежуточного антициклона фронт у поверхности Земли чаще представлен размытой переходной зоной. 139 В заключительном или стационарном антициклоне фронтальная поверхность у поверхности Земли может с ней не пересекаться, размываясь в нижних слоях воздуха. В высоких слоях тропосферы вследствие асимметрии антициклона фронтальная поверхность находится в возмущенном состоянии, что указывает на взаимодействие воздушных масс при антициклогенезе. Фронтальные слои могут иногда располагаться и в центральной части антициклона. Антициклон, как и циклон, является следствием волнообразования на фронте, но фронтальная поверхность в высоких слоях тропосферы в антициклоне связана с инверсией температуры, падением относительной влажности – конденсации вдоль этой поверхности не происходит, и значение ее для погоды гораздо меньшее, чем в циклоне. Условия погоды в центре и на периферии антициклона. В центре антициклона в связи с нисходящими движениями воздуха преобладает малооблачная погода. При значительной влажности воздуха в холодную половину года под слоем инверсии оседания могут наблюдаться сплошные облака St и Sc. В любое время года в центральной части антициклона могут наблюдаться радиационные туманы. На периферии антициклона по условиям погоды можно выделить 4 зоны: северную, южную, западную и восточную окраины. Северная окраина антициклона непосредственно связана с теплым сектором циклона. В холодное время года здесь наблюдаются сплошная и значительная облачность слоистых и слоисто-кучевых облаков (St, Sc), слабые осадки, туманы. Иногда здесь наблюдаются осадки из системы облаков As-Ns, связанных с теплым фронтом примыкающего циклона. Летом могут развиваться кучевые облака. Южная окраина антициклона примыкает к северной части циклона. Здесь нередки облака верхнего яруса, иногда – среднего, причем, зимой из высокослоистых облаков (As op.) осадки в виде снега достигают Земли. При значительных градиентах давления отмечаются сильные ветры (например, типа новороссийской боры), метели. Западная периферия антициклона, примыкающая к передней окраине циклона, отличается сильными ветрами, особенно, когда антициклон малоподвижен (блокирующий антициклон) и на его периферии создаются значительные градиенты температуры и давления. Здесь характерны облака верхнего яруса (Ci), являющиеся признаками теплого фронта. В холодное полугодие нередко отмечаются слоистые и слоисто-кучевые облака (St, Sc), достигающие значительной вертикальной мощности, выпадают осадки. Летом при высоких температурах воздуха и значительной его влажности появляются облака вертикального развития, сопровождающиеся грозовой деятельностью. Восточная окраина антициклона граничит с тыловой частью циклона. В неустойчивой воздушной массе летом и днем развиваются все виды кучевых 140 облаков, с кучево-дождевыми облаками связаны ливневые осадки, грозы. Зимой преобладает безоблачная или малооблачная погода. Итак, ясная и солнечная погода без осадков со слабыми ветрами в антициклоне летом благоприятствует быстрому созреванию сельскохозяйственных культур, а осенью – сбору урожая. Однако, продолжительное стационирование антициклонов весной и летом в одном районе сопровождается засухой: гибнут посевы, горят леса. Весной на периферии антициклона нередко возникают губительные для посевов суховейные ветры. Зимой в районах антициклонов при низких температурах воздуха и отсутствии снежного покрова вымерзают озимые. Встречаются антициклоны и со сплошной облачностью, туманами, осадками, свежими ветрами. Циклоны и антициклоны являются основным механизмом междуширотного теплообмена. Если бы не было такого теплообмена между низкими и высокими широтами, то на экваторе и в тропиках температура воздуха была бы на 10-20 °С выше, а в умеренных широтах ниже, чем наблюдающаяся в действительности. Именно циклоны и антициклоны обеспечивают перенос теплых и влажных воздушных масс воздуха с юга на север, а холодных и сухих – с севера на юг. Перемещение циклонов и антициклонов. Барические образования у поверхности Земли в большинстве случаев перемещаются по направлению устойчивого воздушного потока над ними на высоте поверхности АТ700 или АТ500 со скоростью, пропорциональной скорости на соответствующей поверхности, т.е. по правилу ведущего потока. В среднем коэффициент пропорциональности между скоростью ведущего потока и скоростью перемещения барических образований составляет 0.8 для АТ700 и 0.6 для АТ500. Правило ведущего потока приближенно отражает картину перемещения барических образований. Строго говоря, циклоны и антициклоны, перемещаясь в направлении ведущего потока, нередко отклоняются от направления изогипс на поверхности АТ700 или АТ500. Скорости перемещения циклонов колеблются в широких пределах. В начальной стадии развития низкие циклоны перемещаются со скоростью 40-50 км/час, а в некоторых случаях скорость увеличивается до 80-100 км/ч. Активное перемещение циклонов происходит до тех пор пока над ними в средней тропосфере сохраняется устойчивый воздушный поток – ведущий поток. Наиболее часто перемещение циклона происходит от западной половины горизонта к восточной, в соответствии с направлением ведущего потока. Аномальность перемещения барических центров относительно ведущего потока, как показано выше, определяется рядом факторов, основным из которых является неравномерное локальное изменение градиента геопотенциала над перемещающимся центром. Таким образом, в соответствии с основным западно-восточным переносом воздушных масс в атмосфере, восточная часть циклона является передней его частью, западная – тыловой. Отступления от этого правила имеются, если 141 направление ведущего потока резко отличается от западно-восточного направления. Когда циклоны становятся высокими (начиная с третьей стадии развития), то их скорость резко уменьшается. Заполняющиеся циклоны являются квазисимметричными и холодными. В средней тропосфере они имеют замкнутые изогипсы, т.е. ведущий поток определенного направления над центром циклона уже отсутствует, и циклоны, как правило, становятся малоподвижными (квазистационарными). При этом циклонический центр иногда описывает петлю. Прогноз синоптического положения Понятие о методах предсказания погоды. Сложной задачей является прогноз ожидаемых изменений погоды на короткий срок (на 1—2 суток). Для этого определяют перемещения и изменения синоптических объектов — атмосферных возмущений, фронтов и воздушных масс. Затем делают заключение о том, как в связи с этими перемещениями и изменениями должны меняться условия погоды в том или ином районе. При прогнозе синоптических объектов приходится пользоваться прежде всего экстраполяцией во времени, т. е. предполагать, что на некоторый промежуток времени атмосферные процессы будут происходить с теми же скоростями или ускорениями, с какими происходили до сих пор. Этот прием может привести к ошибкам. Он уточняется с помощью использования тех связей между атмосферными процессами, которые установлены эмпирически за много лет анализа синоптических карт или которые вытекают из законов термодинамики атмосферы. Связи эти применяются преимущественно качественно, что более или менее обеспечивает правильный прогноз направления процесса, но может приводить к ошибкам в определении темпа и интенсивности процессов. Возможности улучшения прогнозов погоды в настоящее время видят в изыскании вычислительных методов. В последние годы на помощь краткосрочным прогнозам пришли метеорологические искусственные спутники Земли. С них производится фотографирование облачного покрова больших участков земной поверхности из космоса. Дешифрируя облака на ряде последовательных космических снимках, можно установить скорость их передвижения и изменчивость. Облака являются хорошими индикаторами процессов, происходящих в воздушных массах и на фронтах, а поэтому, изучая облачность и ее изменчивость, можно судить об изменчивости погоды в ближайшее время Еще сложнее задача долгосрочных прогнозов погоды — на декаду, месяц, сезон вперед. Степень точности здесь ниже, чем краткосрочных прогнозов. Постановка задачи долгосрочного прогноза должна сводиться к определению общих характеристик погоды будущего: степень зональности или меридиональности циркуляции, средних месячных температур, отклонений осадков от нормы, самых общих черт в ходе температуры и т. д. Плодотворно сопоставление атмосферных процессов с процессами в Мировом океане и с солнечной активностью. Предложено несколько методов долгосрочного прогноза. Они 142 характеризуются большой сложностью, но ни один из них не является вполне удовлетворительным. Прогноз перемещения циклонов и антициклонов Перемещение циклонов и антициклонов есть следствие господствующего в нижнем 3—5-километровом слое атмосферы направления и скорости ветра (так называемого ведущего потока) и изменения поля давления. Из этого следует, что: 1) циклоны перемещаются в направлении падения давления параллельно линии, соединяющей центр области падения давления в передней части циклона с центром области роста давления в его тыловой части (рис. 36 а). Антициклоны перемещаются в направлении роста давления параллельно линии, соединяющей область роста давления в передней части антициклона с областью падения давления в его тыловой части (рис. 36, б); 2) циклон перемещается в направлении изобар теплого сектора. Причем скорость его будет возрастать до тех пор, пока не начнется процесс окклюдирования, т. е. смыкания теплого и холодного фронтов; 143 3) если изобары окклюдирующего циклона имеют эллиптическую форму, то от него часто отделяются частные циклоны, смещающиеся в направлении его продольной оси; 4) если в обширной области низкого давления располагаются два примерно одинаковых центра, то они имеют тенденцию вращаться против часовой стрелки вокруг центральной точки, расположенной между ними; 144 Рис. 36. Расположение областей падения (П) и роста (Р) давления и направление перемещения барических систем (показано стрелкой) Будущая (прогностическая) карта погоды Рис. 40. Прогностическая карта погоды на 72 ч 145 Прогностические приземные карты погоды составляются обычно на сутки вперед, но в последнее время выпускаются на срок и более суток (до пяти суток). Обычно на прогностической карте погоды представлено барическое поле (изобары), проведены фронтальные разделы (фронты), обозначены центры циклонов и антициклонов Зная будущее положение барических образований и фронтальных разделов, можно для интересующего нас района предсказать погоду на определенное время, на которое составлен прогноз. При работе с прогностическими картами прежде всего следует обращать внимание на срок, для которого она составлена. Помни! Если имеется прогностическая карта, то следует все расчеты вести по ней и отказаться от самостоятельного прогнозирования. Синоптический метод Заключается метод (если упростить) в расчете траекторий воздушных частиц, которые должны оказаться в интересующем нас месте в интересующее время. То есть для того, чтобы узнать, какая погода будет завтра «здесь», надо выяснить, какова сегодня обстановка «там», откуда поступит воздушная масса. Тогда мы сможем, посмотрев на синоптическую карту, где указаны метеосубстанции (температура, давление, осадки) интересующей воздушной массы, и с учетом трансформации (преобразования ее) понять, что нас ожидает — дать прогноз. Приземная синоптическая карта фактической погоды, по которой десятилетиями работают все синоптики мира: Т — циклон, Н — антициклон (нем.) Описанное выше делается, разумеется, исходя из вполне определенной информации — синоптических карт фактической погоды, которая составляется по данным наблюдений, полученных с многочисленных метеостанций, а также постов. Как уже было сказано, чем гуще эта сеть, тем точнее в конечном итоге будет наш прогноз. Теоретически на него может влиять и точность 146 наблюдений, но практически на карте любая ошибка отдельного наблюдателя нейтрализуется за счет верных наблюдений других станций, создающих правильную общую картину. Примерно так же обрабатываются и данные радиозондирования в пунктах наблюдения для составления высотных карт, не считая не очень важных нюансов. Поле давления позволяет судить о направлении движения воздушных масс, что и представляет собой основу прогноза. Если упростить, движутся они вдоль изобар, на некоторой высоте, где слева находится низкое давление, а справа — высокое. Нанося на высотные карты центры барических образований (циклоны и антициклоны) с приземной карты (по обычным географическим координатам), исходя из скорости ветра на соответствующих высотах, синоптик рассчитывает, где окажутся центры циклонов и антициклонов в определенное время, а также где находятся атмосферные фронты, на которых и образован циклон, влияющие на погоду более всего. Расчет этот производится буквально с линейкой, часто специальной, по нескольким картам. Для прогноза явлений погоды часто используются специальные расчетные методы, обычно в каждой местности свои. Это вспомогательный к основному, синоптическому, метод прогноза. Кроме того, синоптик аналогичным образом строит поля температуры (проводит изотермы на подходящей карте — высота около 1,5 км), изменения давления на приземной карте и делает ряд иллюстративных обозначений на картах: осадки, низкая облачность и т.д. Это помогает в работе над составлением прогноза погоды. .В целом, это и все. Составитель прогноза рассчитывает, откуда придет воздушная масса в его пункт в нужное время, по густоте предполагаемых в его пункте изобар (чем больше перепад давления по горизонтали, тем сильнее ветер), прогнозирует силу и направление ветра по расположению изменения давления, по температуре в месте, откуда пришла масса воздуха, и прежней в пункте — температуру, по обстановке в барическом образовании, ожидаемом в том или ином пункте — облачность и осадки. Для дополнения и уточнения — но никак не в качестве основного и главного! — используется ряд дополнительных материалов: спутниковые снимки облачности, аэрологические диаграммы (позволяющие определить вероятность ливневых осадков), вертикальные разрезы и др. Неверно думать, например, что синоптик по большей части зависит от снимка облачности из космоса, как это считают некоторые. Снимок облачности бывает очень полезен, он позволяет уточнить многое из того, что видно по картам, однако его роль чисто вспомогательная. Без него можно легко обойтись (хотя иногда и с вероятным ущербом для точности прогноза), а вот без карт — совершенно невозможно. Стоит ли говорить, что составляемый на таких принципах прогноз — довольно субъективная вещь? Один специалист в данной ситуации может, например, указать на завтра температуру воздуха в пункте 19–20° С, а другой — 21–23°, и это совершенно нормально, это один и тот же прогноз, просто немного поразному интерпретированный. Прогноз синоптическим методом составляется на срок до полутора суток. Прогнозы большей продолжительности составляются совсем иными методами, имеющими очень мало общего с 147 вышеописанным, и занимаются ими, строго говоря, не синоптики, а метеорологи других, смежных специальностей. Обычно их называют «долгосрочниками». На сегодня прогноз синоптическим методом, ориентирующийся на расчетный гидрологический прогноз, не может быть заменен ничем — например, просто расчетным методом. Повторю, речь идет именно о краткосрочном прогнозе — до полутора суток. Точность его при квалифицированной работе хорошо подготовленного специалиста вполне удовлетворительна. Местные признаки погоды ПРИЗНАКИ УСТОЙЧИВОЙ ХОРОШЕЙ ПОГОДЫ 1. Высокое давление, в течение нескольких дней медленно и непрерывно повышающееся. 2. Правильный суточный ход ветра: ночью тихо, днем значительное усиление ветра; на берегах морей и больших озер, а также в горах правильная смена ветров: днем - с воды на сушу и из долин к вершинам, ночью - с суши на воду и с вершин в долины. 3. Зимой ясное небо, и только к вечеру при штиле могут наплывать тонкие слоистые облака. Летом, наоборот: развивается кучевая облачность и к вечеру исчезает. 4. Правильный суточный ход температуры (днем повышение, ночью понижение). В зимнее время температура низкая, летом высокая. 5. Осадков нет; ночью сильная роса или иней. 6. Приземные туманы, исчезающие после восхода Солнца. ПРИЗНАКИ УСТОЙЧИВОЙ ПЛОХОЙ ПОГОДЫ 1. Низкое давление, мало изменяющееся или еще более понижающееся. 2. Отсутствие нормального суточного хода ветра; скорость ветра значительная. 3. Небо сплошь затянуто слоисто-дождевыми или слоистыми облаками. 4. Продолжительные дожди или снегопады. 5. Незначительные изменения температуры в течение суток; зимой относительно тепло, летом прохладно. ПРИЗНАКИ УХУДШЕНИЯ ПОГОДЫ 1. Падение давления; чем быстрее падает давление, тем скорее изменится погода. 2. Ветер усиливается, суточные колебания его почти исчезают, направление ветра меняется. 3. Облачность увеличивается, причем часто замечается следующий порядок появления облаков: появляются перистые, затем перисто-слоистые (движение их настолько быстрое, что заметно на глаз), перисто-слоистые сменяются высокослоистыми, а последние - слоисто-дождевыми. 4. Кучевые облака к вечеру не рассеиваются и не исчезают, и количество их даже увеличивается. Если они принимают форму башен, то следует ожидать грозы. 5. Температура зимой повышается, летом же отмечается заметное уменьшение ее суточного хода. 148 6. Вокруг Луны и Солнца появляются цветные круги и венцы. ПРИЗНАКИ УЛУЧШЕНИЯ ПОГОДЫ 1. Давление повышается. 2. Облачность становится меняющейся, появляются просветы, хотя временами все небо еще может покрываться низкими дождевыми облаками. 3. Дождь или снег выпадают временами и бывают довольно сильными, но не отмечается беспрерывного выпадания их. 4. Температура зимой понижается, летом повышается (после предварительного понижения). Приземные синоптические карты погоды Основные приземные синоптические карты погоды составляются по метеорологическим наблюдениям метеостанций на большой территории за 00, 06, 12, 18 ч UTC. Основные синоптические карты имеют масштаб 1:15000000. Кольцевые карты погоды составляются каждые три часа начиная с 00 ч UTC на бланках более крупного масштаба (1:5000000) Эти карты содержат большой объем информации Они предназначены для уточнения синоптической обстановки при составлении прогноза погоды Микрокольцевые карты погоды составляются каждый час метеорологических наблюдений в радиусе примерно 200-400 км; на них наносятся только инструментальные данные. Масштабы этих карт 1 : 2500000. По ним можно более подробно оценить метеорологические условия погоды , составить и уточнить прогноз. Классификация климатов. Что называется климатом? Климат — слово греческое. По-русски оно значит «наклонение». Древние греки полагали, что климат любой территории зависит исключительно от ее географической широты или, другими словами, от высоты Солнца над горизонтом (т. е. от наклона лучей Солнца) и продолжительности освещения. В настоящее время нам известно, что метеорологические процессы и климат зависят не только от высоты Солнца и продолжительности освещения, но также и от ряда других причин, составляющих целый комплекс физико-географических условий, в частности от характера подстилающей поверхности, от распределения суши и воды, от рельефа и др. Влияние на климат физико-географических условий местности очень сложно, и нельзя сказать, чтобы оно было достаточно ясным и окончательно установленным. До сего времени нет и единого, всеми принятого определения климата. По мнению одних авторов, «под климатом следует понимать среднее состояние разных метеорологических явлений (или атмосферных процессов, или особенностей воздушных масс), поскольку это среднее состояние сказывается на жизни растений, животных и человека, а также на типе почвенного покрова». По мнению других, «климатом данной местности называется характерный для нее в многолетнем разрезе режим погоды, обусловленный солнечной радиацией, характером подстилающей поверхности и связанной с ними циркуляцией атмосферы». Первое определение климата проще, но в нем нет должной полноты. Ведь климат, помимо почв, растений, животных и человека, влияет еще на реки, озера, 149 болота и формы земной поверхности. Второе определение полнее в отношении факторов, обусловливающих климат местности, но оно менее четко в смысле характеристики самого климата. Понятие климата можно было бы определить и так: закономерные процессы в годовом ходе погоды, наблюдаемые в данном месте на протяжении многих лет и зависящие от подстилающей поверхности, называют климатом данного места. Основными факторами, определяющими климат местности, являются: географическая широта (солнечная радиация), удаленность территории от морей и океанов, рельеф местности и прилежащих пространств, характер подстилающей поверхности, свойства господствующих воздушных масс и циркуляция атмосферы. Некоторое влияние на климат местности оказывает и человек, изменяя в процессе хозяйственной деятельности характер подстилающей поверхности (вырубка лесов, уничтожение кустарников, распашка земель, создание водохранилищ, строительство городов и т. д.). Роль климата в жизни земной поверхности. Климат играет исключительную роль в жизни земной поверхности. Под влиянием климата формируются почвенный покров и растительность. Климат в значительной степени влияет на животный мир, на условия жизни человека и на его хозяйственную деятельность. Климат, как увидим потом, определяет режим рек, озер, болот, влияет на жизнь морей и океанов, а также оказывает влияние и на формирование рельефа. Короче говоря, климат влияет на все процессы жизни земной поверхности, и интенсивность этих процессов полностью зависит от прихода солнечной энергии и от количества влаги, участвующей в этом процессе. А эти оба фактора (энергия Солнца и влага) являются важнейшими составляющими каждого климата. Климатические пояса (зоны). Шарообразная форма Земли, а также ее суточное и годовое движение, как уже говорилось в свое время, приводят к неравномерному распределению лучистой энергии Солнца по земной поверхности. Последнее позволило выделить на Земле пять основных поясов: жаркий, два умеренных и два холодных (см. климатическую карту мира). Но, кроме неравномерности в распределении солнечного тепла по шаровой поверхности Земли, существует еще хорошо знакомая нам общая циркуляция атмосферы, которая значительно усложняет дело. Так, например, в зоне, примыкающей к экватору (от 3 до 10° северной и южной широты), где господствуют восходящие токи воздуха, располагается самый богатый дождями пояс. В областях же распространения пассатов и поясах повышенного барометрического давления (где господствуют нисходящие воздушные токи) мы имеем территории, бедные дождями. Таким образом, в пределах одной зоны жаркого климата в каждом полушарии необходимо выделить уже два пояса: экваториальный — богатый дождями, и тропический — бедный дождями. Точно так же и в пределах зоны умеренного климата в обоих полушариях приходится выделять субтропический 150 — более теплый, но в то же время бедный осадками, и умеренный — более прохладный, но богатый осадками. Холодная зона также неоднородна. Очень обстоятельные изучения Арктики, произведенные советскими учеными, привели к необходимости разделить эту зону на два пояса: субарктический и арктический. Граница между этими поясами проводится приблизительно по 73-й параллели. Субарктический пояс — это преимущественно пояс тундр. Здесь средняя температура самого теплого месяца выше 5°, но ниже 10°. Арктический пояс наиболее холоден. Средняя температура самого теплого месяца здесь не превышает 5°, а температуры много ниже 0° наблюдаются в любые летние месяцы. Можно сказать, что арктический пояс является царством снегов и льдов. Итак, вместо пяти климатических поясов на Земле приходится выделять 11 поясов, а именно: один экваториальный, два тропических, два субтропических, два умеренных, два субарктических и два арктических. Понятно, что скольконибудь резких границ между этими поясами не существует, особенно если принять во внимание годовое движение Земли, обусловливающее времена года. Климаты морские и континентальные. В каждом климатическом поясе в зависимости от наличия суши или моря мы наблюдаем прежде всего значительные различия в температурном режиме, в распределении давлений, осадков и других климатических факторов. Так, например, в северном полушарии на одной и той же 60-й параллели в районе Атлантического океана средняя температура января 0°, в Ленинграде она уже —8°, в Приуралье —14°, на Енисее —30°, а на Лене —40°. То же самое в отношении осадков. В прибрежных районах Норвегии на той же 60-й параллели их выпадает свыше 1 тыс. мм, в Европейской части СССР — около 500, а в Восточной Сибири — около 300. Не меньшая разница наблюдается в амплитудах температур и давлений, в характере и времени выпадения осадков. Резкое различие в свойствах морских и континентальных воздушных масс нами также не раз отмечалось. Все это делает понятным деление климатов на морские и континентальные. Для морских климатов характерны прежде всего малые суточные и годовые амплитуды температуры воздуха. Суточные амплитуды над океанами в тропических странах обычно не превышают 1°,5 в умеренных 2 и холодных 1°. Суточные же амплитуды температуры воздуха при условиях континентального климата достигают 10—12, а в отдельных случаях (в пустынях) до 20—30 и более градусов. Годовые амплитуды температуры воздуха над океанами обычно не превышают в жарком поясе 2—3°, в умеренном 5—10°, тогда как в условиях континентального климата они достигают 30—40°, а в отдельных случаях 60—80° и более. Влажность и облачность для морских климатов в летнее время значительно выше, чем в условиях континентального климата. Туманы на суше чаще всего бывают зимой и осенью, а на море летом и весной. Количество осадков в условиях морского климата также значительно больше, хотя здесь возможны и исключения, связанные с наличием сухих ветров и рядом других причин. (Так, на северных берегах Черного моря осадков 151 выпадает менее 400 мм, а в, глубь страны к северу количество их повышается до 500 мм и более.) Значительное различие наблюдается и в ветрах. Над морем благодаря отсутствию неровностей при прочих равных условиях скорости ветра больше. Кроме того, в прибрежных районах существуют бризы и муссоны. Огромное влияние морских течений на климат общеизвестно. Достаточно вспомнить, например, роль Гольфстрима и его влияние на климат северозападной Европы. Мягкость зим Британских островов, Норвегии и Мурманского побережья обусловлена влиянием именно этого течения. Понятно, что влияние морских течений гораздо больше сказывается в прибрежных странах, т. е. в условиях морских климатов. Муссонный климат. Влияние муссонов на климат нами отмечалось. Особенно заметно влияние муссонов в пассатной и субтропической зоне, где благодаря летним муссонам годовое количество осадков превышает 1 тыс. мм, тогда как в других районах оно менее 200 и даже 100 мм. Кроме того, здесь особенно резко выступает разница осадков в зимние и летние периоды. Все это вместе взятое дает основание выделять области муссонного климата. Влияние рельефа на климат. Огромное влияние на климат оказывают крупные формы рельефа. Они прежде всего служат механическим препятствием для ветров и вторжений тех или других воздушных масс. В тех случаях, когда воздушным течениям удается перевалить через горы, они теряют значительную часть своих запасов влаги (на склоне гор, обращенных в сторону ветров) и приобретают совершенно другой характер. Поэтому горы обычно являются границами климатических областей. Кроме того, горы создают внутри себя свой особый горный климат, резко отличающийся от всех других климатов. Правильнее говоря, в горах создается не один, а много различных климатов. Достаточно вспомнить Кавказ с различными климатическими условиями северного и южного склона, Рионской и Куро-Араксинской низменностями, Малым Кавказом, Армянским нагорьем и др. Кроме того, во всех горах мы имеем ясно выраженную вертикальную климатическую зональность, которая особенно резко проявляется в растительном и почвенном покрове (от лесов до тундр и вечных снегов и льдов). Классификация климатов. Из всего, что было сказано, ясно одно, что климатов на Земле очень много и что границ между климатическими поясами и областями нельзя наметить точно. Все это вместе взятое делает понятным, почему единой общепринятой классификации климатических поясов пока еще не существует. Наиболее же распространенными классификациями у нас являются классификации В. Кеппена, Л. С. Берга и Б. П. Алисова. В. Кеппен, учитывая наличие или отсутствие ясно выраженной смены времен года, а также температуру воздуха и количество осадков, выделил в каждом полушарии пять основных типов климата: А) тропический дождливый, В) сухой, С) умеренно теплый, D) умеренно холодный (бореальный), Е) снеговой. А. Тропический дождливый климат характеризуется средней температурой самого холодного месяца не ниже +18° и годовым количеством осадков не 152 менее 750 мм. К этому типу климата относятся климаты влажных тропических лесов, климаты саванн и климаты муссонов. B. Сухой климат имеет среднюю температуру самого теплого месяца выше +10°, а количество осадков небольшое (около 250 мм). Сюда относится климат пустынь и климат степей. C. Умеренно теплый климат характеризуется средней температурой самого холодного месяца ниже + 18°, но выше — 3°. Здесь выделяются: теплый климат с сухим летом, с влажным летом и климат влажноумеренный. D. Умеренно холодный климат имеет среднюю температуру самого теплого месяца выше +10°, а самого холодного ниже —3°. Сюда относится умеренно холодный климат с сухой зимой (например, Восточная Сибирь) и с влажной зимой (часть Европы). E. Снеговой климат имеет среднюю температуру самого теплого месяца ниже +10°. Это климат тундр и климат вечного мороза (ледяное плато Гренландии, Антарктида, высокогорные области). Классификация Кеппена с небольшими изменениями и уточнениями принята для мировой климатической карты в «Большом советском атласе мира». Однако классификация Кеппена имеет и ряд недостатков. Он дал типы климатов в строгой зональности, а в действительности климаты сухие и умеренно теплые являются незональными. Для выделения вертикальных климатических зон он применил те же показатели, что и для широтной зональности, а это привело его к неверным климатическим аналогиям. Более подробную классификацию климатов дал академик Л. С. Берг. Он положил в основу своей классификации не только метеорологические данные, но и ряд географических факторов (влияние суши, моря, рельефа, растительности и т. д.). Л. С. Берг прежде всего выделил климаты низин и климаты возвышенностей. В климатах низин он различал климаты океанов и климаты суши, а в климатах возвышенностей — климаты нагорий и плато и климаты горных систем и отдельных гор. Приведем в качестве примера климаты низин суши, которые Л. С. Берг объединяет в 11 зон: 1) климат тундр, 2) климат тайги, 3) климат лиственных лесов умеренной зоны, 4) муссонный климат умеренных широт, 5) климат степей, 6) климат средиземноморский (субтропический), 7) климат зоны субтропических лесов, 8) климат внутриматериковых пустынь (умеренного пояса), 9) климат субтропических пустынь (областей пассатов), 10) климат саванн (или тропических лесостепей), 11) климат влажных тропических лесов. На плато и в горах Берг выделяет те же типы климатов, что и на низинах, добавляя к ним еще один тип — климат вечного мороза (средняя температура самого теплого месяца ниже 0°). 153 Л. С. Берг в отличие от Кеппена строго разграничивает широтную и вертикальную климатические зональности. Неудачным положением в классификации Берга является распространение типов климата суши на океаны. Он считал, что в Тихом и Атлантическом океанах можно встретить климат пустынь, степей, саванн и др. Значительный интерес представляет собой классификация климатов, разработанная Б. П. Алисовым в 1936—1949 гг. и построенная на генетическом принципе. В основу деления поверхности земного шара на климатические пояса он положил географические типы воздушных масс; при этом им учтены общие условия циркуляции атмосферы, распределение суши и воды. В соответствии с наличием на земном шаре четырех основных географических типов воздушных масс Б. П. Алисов выделил четыре основных климатических пояса и три промежуточных. Основные пояса: 1) пояс экваториального воздуха, 2) пояс тропического воздуха, 3) пояс воздуха умеренных широт, 4) пояс арктического (в южном полушарии антарктического) воздуха. Промежуточные пояса: 5) пояс экваториальных муссонов (субэкваториальный пояс), 6) субтропический и 7) субарктический (в южном полушарии субантарктический) пояс. В каждом поясе в связи с распределением суши и моря выделяются еще подтипы: континентальный климат и морской. 1) Пояс экваториального воздуха. Климат экваториального пояса обличается большим количеством света, тепла и влаги в течение всего года. Средняя температура всех месяцев колеблется в пределах 25—28°. Максимальная температура редко поднимается выше 30—35°. Осадков в год выпадает от 1 до 3 тыс. мм. Выпадение осадков носит ливневый характер и часто сопровождается грозами. Осадки образуются в результате мощной термической конвекции. 2) Пояс экваториальных муссонов (субэкваториальный). Этот пояс занимает пространство между летним и зимним положениями тропического фронта в обоих полушариях. В формировании климата летом преобладает влияние экваториального воздуха, зимой— тропического. Характерной особенностью климата этого промежуточного пояса является дождливое лето и сухая зима. Годовое количество осадков на равнинах 1000— 1500 мм, на склонах гор до 6—10 тыс. мм. Средняя температура воздуха во все месяцы года колеблется в пределах 20—30°. В зависимости от количества осадков в этом поясе можно наблюдать тропические леса, саванны и степи. 3) Тропический пояс. Тропический воздух формируется из антипассатных воздушных масс в зонах высокого атмосферного давления. Воздух над материком сухой и имеет высокую температуру. Характерна здесь малая облачность и большая инсоляция солнечной радиации, Днем температура воздуха поднимается до 60° (поверхность земли нагревается до 80°). Суточная амплитуда температуры воздуха доходит иногда до 35° и более. Осадков здесь выпадает исключительно мало. Над океанами климатические условия отличаются большей влажностью и более ровным ходом температуры. Растительный покров на большей части территории этого пояса весьма беден (пустыни). Но на некоторых островах и кое-где на берегах континентов в связи 154 с местными условиями увлажнения встречаются тропические леса, саванны и степи. 4) Субтропический пояс. Климат здесь формируется под влиянием сезонной смены тропического воздуха и воздуха умеренных широт; большую роль играют и циклоны полярного фронта. Характерно наличие сухого и влажного периодов, причем в одних районах влажным периодом является лето (в муссонном климате), в других зима (в средиземноморском климате). Солнечная радиация значительная (примерно 0,8 от тропической). Лето жаркое со средней температурой около 30°. Зимой возможны морозы до —15°. Осадки зимой могут выпадать в виде снега, но снежный покров на низменностях не образуется. Количество годовых осадков на равнинах не велико (в некоторых местах менее 200 мм); на склонах гор выпадает много осадков. 5) Пояс умеренных широт. В этом поясе климат формируется под влиянием воздушных масс умеренных широт и вторжений арктических и тропических воздушных масс. Большую роль здесь играет циклоническая деятельность на полярном и арктическом фронтах. Наблюдается резкий контраст в температурных условиях между летом и зимой. Летом солнечная радиация на 80% поглощается земной поверхностью, а зимой ее значительно меньше и 70% ее отражается снежным покровом. Годовая амплитуда температуры воздуха на материке доходит до 50—60°, над океаном она около 15°. Осадков в поясе в зависимости от положения территории по отношению к океанам и от рельефа выпадает различное количество. Осадки преимущественно фронтального происхождения. 6) Субарктический (субантарктический) пояс. Зимой здесь господствует арктический (антарктический) воздух, летом — воздушные массы умеренных широт. Средняя годовая амплитуда температуры воздуха над материком очень большая (в Якутской АССР, например, более 60°). Над океаном она не превышает 20°. Лето короткое, зима длинная и холодная. В этом поясе наблюдаются наиболее низкие температуры воздуха (до— 70°). 7) Арктическая и антарктическая зоны. Арктический (и антарктический) воздух, формирующий климат этих зон, отличается весьма низкими температурами и малым содержанием влаги. Радиационный баланс в течение всего года отрицательный. Подстилающая поверхность всегда холоднее воздуха. Зимой и летом наблюдается приземная инверсия температуры. Летом температура воздуха у поверхности над океаном около 0°, а на материке Антарктиды обычно ниже 0° Микроклимат. До сих пор мы говорили исключительно о крупных климатических зонах и областях. Между тем различия в климатических условиях можно заметить в пределах даже самого небольшого района. Так, например, на северном склоне даже самого небольшого холма температура воздуха может быть другая по сравнению с южным склоном того же самого холма. Точно так же внутри леса, на опушке и на поляне будут различия в отношении ветра, температуры, влажности и снежного покрова. Болота, низины, овраги, долины и другие 155 небольшие формы рельефа тоже создают свои климатические особенности. Различия в температурах, влажности и ветрах можно наблюдать в центре города и в пригородных частях, в возвышенной и пониженной части города и т. д. Все эти климатические различия обусловливаются неоднородностью строения подстилающей поверхности. При этом существенные различия бывают обычно в отдельных элементах погоды и наблюдаются преимущественно в нижних слоях воздуха, примыкающих к подстилающей поверхности. Климатические особенности, небольших участков территории, создаваемые в результате неоднородности подстилающей поверхности, принято называть микроклиматом. Эти микроклиматические особенности создаются потому, что различные участки подстилающей поверхности в зависимости от рельефа, экспозиции и крутизны склона, от характера растительного и почвенного покрова по-разному воспринимают солнечную радиацию, имеют различные условия увлажнения и испарения. Изучение микроклимата имеет большое практическое значение, особенно для сельского хозяйства (для наиболее правильного распределения различных сельскохозяйственных культур по земельным участкам, для выбора мест под сады, чайные плантации, виноградники), при планировании городов, при выборе мест для строительства санаториев, больниц, школ, детских летних лагерей и т. д. Для изучения микроклиматических условий того или иного участка территории могут быть использованы существующие метеостанции, если они расположены в интересующем нас месте. Если же метеостанции нет, то проводится микроклиматическая съемка. Результаты этой съемки сопоставляются с данными постоянной близлежащей метеостанции и между отдельными пунктами, исследованными в процессе микроклиматической съемки. Микроклиматическая съемка проводится двумя способами: 1) одновременно во всех выбранных точках (при наличии достаточного количества наблюдателей) и 2) маршрутным обходом всех точек; в этом случае результаты наблюдений сравниваются с показаниями самопишущих приборов на метеостанции. Поскольку микроклиматические особенности участков отличаются обычно небольшими величинами от общих погодных условий данной местности, то при их исследовании применяют более точные, иногда специальные метеорологические приборы (например, термоэлектрический термометр, чашечный анемометр системы М. С. Стернзата, и др.). Изменения и колебания климата. Каждому, наверное, не один раз приходилось слышать о том, что климатические условия, на памяти людей, испытывают большие или меньшие изменения. Так, пожилые люди обычно утверждают, что во время их молодости были очень жаркие или, наоборот, очень морозные годы; были засухи или, наоборот, очень дождливые годы. Разговоры эти не беспочвенны. Колебания климата в действительности имеют место. Изменение климата в течение геологических периодов не подлежит сомнению, так как известно, что менялся характер подстилающей поверхности, 156 было различное распределение суши и моря. Теплые периоды сменялись ледниковыми, причем ледниковые периоды были не только в четвертичное время, но и в некоторые другие эпохи и даже в древнейшие геологические эры: архейскую и протерозойскую. Значительные колебания климата имели место и в последнее, так называемое послеледниковое время. Нахождение большого количества стволов, корней и других остатков деревьев в толщах тундровых отложений свидетельствует о наличии сравнительно недавнего, более теплого периода, который сменился более холодным. О том же говорят погребенные под слоем торфа и лесных почв черноземные почвы в пределах заболоченного теперь Васюганья и других областей лесной зоны. Тщательное изучение отложений послеледникового времени говорит о наличии по крайней мере двух фаз потепления и двух фаз похолодания, предшествовавших нашему времени. Среди явлений, свидетельствующих об изменении климата за последние 50—100 лет, следует отметить прежде всего наблюдающееся потепление в Арктике, потепление в умеренном поясе, в горах, потепление вод Гольфстрима, уменьшение площади многолетней мерзлоты, уменьшение антарктического ледяного барьера Росса и др. В умеренном поясе это повышение не так резко бросается в глаза, но все же оно достаточно заметно. Так, в Казани за 100 лет средняя температура года повысилась на 1°, в Свердловске на 0°,4, в Москве на 0°,9. Однако если брать наблюдения за более продолжительные сроки, то неуклонного повышения или понижения температур не наблюдается. Изучение летописей и других исторических документов за 1000—1500 лет также не дает оснований говорить о заметном изменении климата. В то же время периодические колебания несомненно существуют. Об этом свидетельствуют периодически повторяющиеся сухие и теплые периоды, сменяющиеся более холодными и более влажными периодами. Каждый такой период потепления и похолодания происходит приблизительно три раза в столетие. Согласно исследованиям Брикнера (1890 г.) сухие и теплые периоды с начала XVIII в. группируются около 1715, 1760, 1795, 1825 и 1860 гг. основываясь на этой периодичности, он предсказал следующий сухой период в средине 90-х годов и предсказание Брикнера оправдалось: 1897 г. был наиболее сухим. Однако отмеченные 35-летние периоды далеко не везде имеют место. Так, в Ленинграде, Берлине и Стокгольме за последние 150—160 лет этих колебаний не наблюдалось. Кроме того, замечено, что климатические периоды в течение некоторого времени выдерживаются, а затем их периодичность обрывается. Значительно определеннее и правильнее выражается периодичность в пределах около 11 лет, связанная с периодичностью солнечных пятен. Максимальному появлению солнечных пятен отвечает повышение средних годовых температур, а минимуму — понижение. В тропических странах это повышение выражается в 0,2—0°,3, а понижение также в 0,2—0°,3. В других поясах эти колебания менее заметны. Что же касается более продолжительных периодов колебания, то они изучены меньше, а относительно причин, вызывающих эти колебания, могут 157 быть высказаны только предположения. Первое предположение — это уменьшение и увеличение солнечной активности, что согласно точным наблюдениям имеет место. Второе предположение — ослабление солнечной радиации на Земле в связи с прохождением солнечной системы через «темные» туманности (т. е. «запыленные» пространства, поглощающие большую или меньшую часть солнечных лучей). Наконец, возможен целый ряд причин земного происхождения (смещение полюсов, перемещение материков, изменение рельефа и т. д.). Воздействие человека на климат. Человеческое общество в процессе своей хозяйственной деятельности оказывает некоторое влияние на изменение климатических условий. Это влияние идет главным образом по линии изменения человеком подстилающей поверхности, которая, как уже говорилось, играет определенную роль в формировании климата. Вырубка лесов, лесные пожары, распашка земель на обширных пространствах, выпас скота, строительство прудов, каналов, водохранилищ и другие мероприятия меняют характер подстилающей поверхности. В связи с этим несколько меняется радиационный баланс на земной поверхности и условия ее увлажнения, изменяются ветровые условия, меняется в какой-то мере и температура воздуха. Эти изменения в общем незначительные и наблюдаются преимущественно в приземном слое воздуха. Создание крупных городов с большим количеством заводов и фабрик обусловливает в местах их расположения повышенное содержание в атмосфере дыма и углекислого газа. Это также влияет на ход метеорологических процессов, в частности способствует образованию облаков и выпадению осадков, влияет на приход солнечной ради 4. Электронное учебно-методическое обеспечение дисциплины. На кафедре разрабатывается комплекс электронных (виртуальных) практических работ, которые позволяют имитировать реальные условия прогнозирования погодных условий и составления краткосрочного прогноза погоды: 1.Электронный атлас облаков. 2. Электронный синоптический код КН-01. Цель создания комплекса: изучение соответствующих нормативных документов; получение практических навыков работы с атласом облаков и кодом КН-01; прогнозирования синоптического положения барических образований; 158 изучения климатических особенностей воздушных масс. Комплекс состоит из четырех взаимосвязанных частей: информационной, контролирующей, имитационной и методической. Программы комплекса поставляются на дисках в варианте, свободном для копирования, и устанавливаются на персональные ЭВМ-совместимые компьютеры. Взаимодействие пользователя с программой осуществляется через стандартные элементы управления операционных систем Windows. Работа с программами комплекса осуществляется в диалоговом режиме. После изучения информационной части работы (теоретические основы, описание установки, порядок проведения работы) запускается имитационная модель практической установки. В процессе проведения занятия студент самостоятельно устанавливает заданный режим работ, управляет установкой, фиксирует необходимые показания в протоколе. В случае ошибочных действий студента программа выдает необходимые указания и подсказки. Работа заканчивается формированием протокола, который автоматически записывается в тестовый файл на жесткий диск компьютера. Протокол может быть распечатан и предъявлен преподавателю для защиты. Кроме того, он может быть отправлен по электронной почте. К настоящему времени из запланированных лабораторных работ комплекса выполнено две работы: 1) Электронный атлас облаков. 2) Электронный код КН-01. 5. Материалы, устанавливающие содержание и порядок проведения текущего и промежуточного контроля знаний. 5.1.Вопросы к экзамену. 1. Что такое метеорология? Основные понятия. 2. Что такое Всемирная служба погоды? 159 3. Что такое метеорологическая информация? Метеорологические наблюдения. 4. Метеорологические величины и метеорологические явления. 5. Что такое атмосферное давление, парциальное давление водяного пара, парциальное давление насыщения, абсолютная влажность, удельная влажность, относительная влажность, точка росы, скорость и направление ветра, в каких единицах измеряются? 6. Облака и их фазовое состояние. Как оценивается количество облаков? 7. Международная классификация облаков. Облака нижнего яруса. 8. Что такое градиент метеорологической величины? 9. Уравнение состояния сухого и влажного воздуха. 10. Плотность воздуха. Что такое виртуальная температура? 11. Плотность сухого и плотность влажного воздуха – что больше и почему? 12. Основные составляющие атмосферного воздуха. 13. Роль углекислого газа в атмосфере. 14. Роль озона в атмосфере. 15. Роль водяного пара в атмосфере. 16. Что такое атмосферные аэрозоли, какова их роль в атмосфере? 17. Деление атмосферы на слои по распределению температуры с высотой (название слоев, высота, как изменяется температура с высотой). 18. Вертикальное деление по составу атмосферного воздуха. 19. Основное уравнение статики атмосферы. 20. В каком воздухе холодном или теплом давление с высотой убывает быстрее и почему? 21. Что такое барометрические формулы, привести пример? 22. Какие задачи решаются с помощью барометрических формул? 23. Перечислить потоки лучистой энергии в атмосфере. 24. Динамическая и термическая турбулентность. Конвекция. Ускорение конвекции. 25. Аэрологическая диаграмма. Определение уровня кнднсации. 160 26. Построение кривой стратификации и состояния. Энергия неустойчивости. 27. Суммарная и поглащенная радиация. Что такое альбедо? 28. Задерживающие слои в атмосфере. Причины их образования. 29. Что такое эффективное излучение? 30. Радиационный баланс подстилающей поверхности. 31. Назовите основной механизм передачи тепла в атмосфере, в почве, в воде. 32. Что такое суточный ход температуры воздуха как он изменяется с высотой? 33. Что такое суточный ход температуры почвы как он изменяется с глубиной? 34. Чем отличается суточный ход температуры воздуха от суточного хода температуры почвы? 35. Чем отличается суточный ход температуры почвы от суточного хода температуры океана? 36. Тепловой баланс суши, океана, системы Земля – атмосфера. 37. Что такое испаряемость, в каких районах земного шара она наибольшая? 38. Барометрическая формула. Применение барометрической формулы. Барометрическая ступень. 39. Сухоадиабатические и влажноадиабатические изменения температуры при вертикальных движениях. 40. Поглащение и рассеяние солнечной радиации в атмосфере. 41. Каков механизм образования туманов испарения, туманов смешения, туманов охлаждения, радиационных и адвективных туманов? 42. Барическокое поле. Карты барической топографии. Горизонтальный барический градиент. 43. Каков механизм образования облаков восходящего волнистообразных и кучевообразных облаков? 44. Отклоняющая сила вращения Земли. Геострафический ветер. 45. Что такое атмосферные и наземные осадки? 161 скольжения, 46. Что такое роса, иней, гололед, гололедица. При каких условиях образуются? 47. Классификация осадков. 48. Что такое изобара, изогипса, гребень, ложбина, циклон, антициклон? 49. Что такое горизонтальный и вертикальный барический градиент (определение, единицы измерения)? 50. Что такое сила барического градиента (определение, направление)? 51. Что такое градиентный и геострофический ветер? 52. Как изменяется скорость и направление ветра с высотой в пограничном слое атмосферы? 53. Суточный ход скорости и направления ветра. 54. Что такое роза ветров? 55. Что такое бриз, горно-долинный ветер, фен, бора (определение, механизм образования)? 56. Глобальное распределение давления на Земле. 57. Атмосферные движения каких направлений преобладают в полярных, тропических, умеренных широтах и почему? 28. Что такое центры действия атмосферы? 59. Какие сезонные центры действия атмосферы определяют погоду на Дальнем Востоке? 60. Конденсация в атмосфере. Ядра конденсации. 31. Атмосферные фронты и воздушные массы. Теплый фронт, его характеристика. 62. Что такое внутритропическая зона конвергенции? 63. Что такое тропические циклоны, чем они отличаются от внетропических? 64. Что такое внетропические циклоны (определение, погода в циклоне, направление перемещения)? 65. Что такое антициклоны (определение, погода в антициклоне)? 66. Что такое климат? Основные климатообразующие процессы. 67. Географические факторы климата. 162 68. Как влияет на формирование климата географическая широта; высота над уровнем моря; распределение суши и моря; орография; океанические течения; растительный и снежный покров? 69. Микроклимат пересеченной местности; леса; города. 40. Классификация климатов Кеппена. 71. Классификация климатов Алисова. 72. Дать краткую характеристику экваториального, субэкваториального, тропического, субтропического климатов; климата умеренных широт; субполярного климата; климата Арктики и климата Антарктиды. 73. Каковы перспективы изменения климата в результате антропогенных воздействий? 5.2. Тестовые задания. Тестовые задания могут быть использованы студентами для текущего и итогового контроля уровня приобретенных знаний, а также для определения степени усвоения материалов изучаемого курса. Тестовые задания предполагают указание одного правильного варианта ответа из нескольких предложенных. 1.Сухой воздух содержит наибольшее количество: а) кислорода; б) азота; в) углекислого газа; г) аргона. 2.Состояние насыщения атмосферного воздуха обычно достигается: а) при повышении температуры; б) при понижении давления; в) при понижении температуры; г) при повышении давления. 3. С высотой атмосферное давление: а) возрастает; б) не изменяется; 163 в) изменяется при изменении температуры; г) убывает. 4. Плотность сухого воздуха: а) ниже плотности влажного; б) выше плотности влажного; в) равна плотности влажного при одинаковой температуре; г) равна плотности влажного при одинаковом давлении. 5. Высота однородной атмосферы-это: а) слой воздуха с постоянной плотностью по высоте; б) слой воздуха с постоянным давлением по высоте; в) слой воздуха с постоянной температурой по высоте; г) слой воздуха с постоянным содержанием водяного пара по высоте. 6. Барическая ступень-величина, оставляющая: а) прирост высоты, при котором атмосферное давление увеличивается на единицу; б) прирост высоты, при котором атмосферное давление падает на единицу; в) увеличение давления на единицу прироста высоты. 7. При адиабатическом расширении воздуха: а) даление и температура в объеме воздуха повышаются; б) давление падает, а температура растет; в) давление и температура в объеме воздуха уменьшаются; г) давление увеличивается, а температура уменьшается. 8. При нисходящем движении воздуха наблюдается: а) увеличение давления и температуры; б) понижение давления и температуры; в) давление падает, а температура растет; г) давление увеличивается, а температура уменьшается. 9. Потенциальная температура-это: а) температура воздуха при давлении ниже стандартного; б) температура воздуха при стандартном давлении; 164 в) температура воздуха при давлении выше стандартного; г) температура воздуха при постоянном давлении. 10. При бесконечно малом приросте высоты основное уравнение статики атмосферы показывает: а) изменение температуры; б) изменение плотности воздуха; в) изменение влажности воздуха; г) изменение давления. 11. При изменении состояния воздуха по сухоадиабатическому закону потенциальная температура воздуха: а) не меняется; б) увеличивается; в) уменьшается; г) изменяется при изменении давления. 12. При конденсации потенциальная температура: а) понижается; б) остается неизменной; в) изменяется с изменением плотности воздуха; г) возрастает. 13. При изотермии вертикальный градиент температуры: а) увеличивается; б) уменьшается; в) равен нулю; г) изменяется с изменением влажности воздуха. 14. Ветер – это: а) горизонтальное перемещение воздуха; б) вертикальное перемещение воздуха; в) перемещение воздуха по всем направлениям; г) горизонтальное и вертикальное перемещение воздуха. 15. Нижняя часть атмосферы называется: 165 а) тропосфера; б) стратосфера; в) мезосфера; г) экзосфера. 16. С воздушными фронтами связано образование: а) пассатов; б) муссонов; в) местных ветров; г) циклонов и антициклонов. 17. Инсоляция – это: а) приход солнечной радиации на вертикальную поверхность; б) содержание солнечной радиации в атмосферном воздухе; в) приход солнечной радиации на горизонтальную поверхность; г) отток солнечной радиации с поверхности. 18. Солнечная постоянная – это: а) Количество рассеяной радиации в атмосфере; б) интенсивность солнечной радиации на верхней границе атмосферы; в) количество поглащенной радиации в атмосфере; г) количество отраженной радиации в атмосфере. 19. С рассеянием радиации связано: а) радуга; б) продолжительность дня; в) окраска небесного свода; г) стратификация атмосферы. 20. Уменьшение встречного излучения с высотой объясняется: а) Увеличением содержания водяного пара; б) увеличением содержания озона; в) уменьшением содержания водяного пара; г) разреженностью атмосферного воздуха. 21.В атмосферу вода испаряется: 166 1. с поверхности океанов; 2 с поверхности морей и других водоемов; 3. с влажной почвы; 4 с растительности; 5. все перечисленное 22. Основными элементами общей циркуляции атмосферы являются: 1.циклоны; 2 антициклоны; 3 циклоны и антициклоны; 4. солнечные затмения; 5. испарение. 23. С чем связаны катастрофические погодные явления? 1. со смерчами; 2. с тромбами; 3. с торнадо; 4. с тропическими циклонами; 5. все перечисленное. 24. Какие процессы вызывает ветер? 1. волнение водных поверхностей; 2. многие океанические течения; 3. дрейф льдов; 4. является важным фактором эрозии и рельефообразования; 5. все перечисленное. 25. Астрономическими факторами являются: 1 светимость Солнца; 2. положение и движение Земли в Солнечной системе; 3. наклон оси вращения Земли к плоскости орбиты и скорость вращения Земли вокруг своей оси; 4. плотность материи в мировом пространстве; 5. все перечисленное. 167 26. К географическим факторам относятся: 1. размер и масса Земли; 2. величина силы тяжести, масса и состав атмосферы; 3. географическое распределение материков и океанов; 4. рельеф поверхности суши и дна океанов; 5. все перечисленное. 27. Какими географическими факторами определяются локальные климаты? 1. широтой; 2. распределением суши и моря; 3. строением поверхности суши, почвой; 4. растительным и снежным покровом, океаническими течениями; 5 все перечисленное. 28.. Какими метеорологическими величинами характеризуется погода? 1. температурой; 2. давлением, влажностью воздуха; 3. ветром, облачностью; 4. атмосферными осадками; 5. все перечисленное. 29. Какие атмосферные явления характеризуют погоду? 1. гроза; 2. туман; 3. пыльная буря; 4. метель; 5. все перечисленное. 30. Что подразумевается под географической обстановкой? 1. положение местности; 2. характер земной поверхности; 3. орография; 4. почвенный покров; 168 5. все перечисленное. 6. Материально-техническое обеспечение дисциплины Для проведения практических занятий используется специализированный учебный класс, оснащенный современной компьютерной и офисной техникой, необходимым программным обеспечением. В таблице представлен перечень материально-технического обеспечения практикума по дисциплине «Учение об атмосфере». Таблица. Материально-техническое обеспечение дисциплины. Материально-техническое обеспечение дисциплины. Стенды стенд «Синоптические карты погоды» стенд «Классификация облаков». стенд «Карты барической топографии» стенд «Карты спутниковой информации». Стандартные измерительные приборы. Набор стандартных измерительных приборов для измерения влажности – психрометры. Стандартные измерительные приборы для измерения температурытермометры Стандартные измерительные приборы для измерения скорости движения воздуха –анемометры Стандартные измерительные приборы для измерения атмосферного давления –барометры-анероиды. Барографы, гигрографы, термографы. Компьютерное и программное обеспечение. Компьютерный класс, оснащенный электронной законодательно-правовой базой (Гарант), электронными учебно-методическими пособиями, практикумом по дисциплине «Учение об атмосфере». Оборудование и приборы для измерения нормируемых параметров Наименование фактора Прибор (установка) Область применения Температура и Прибор Диапазон относительная влажность комбинированный измерений: воздуха рабочей зоны «ТКА-ПКМ»/20; 0 …+500С; Психрометры МВ-4М, 10 …100% 169 ПБУ-1М Подвижность воздуха Прибор (скорость движения) комбинированный «ТКА-ПКМ»/50; Анемометр чашечный МС-13 Атмосферное давление Барограф метеорологический М22АС Пары, газы Газоанализатор УГ-2 Повышенный уровень Дозиметр ДРГЗ-02 ионизирующих излучений Диапазон измерений: 0,1…20 м/с 1,0…20 м/с Диапазон измерений: 780…1069 ГПа Определение в содержание в воздухеаммиака, бензола, оксидов углерода, диоксида серы, хлора и др. Оценка мощности экспозиционной дозы в диапазоне около 0 …100 мк Р/С Компьютерный класс с базой данных, аудио-видео техника, ПЭВМ. № Тип, Название Кол-во Назначение п/п марка 1 2 3 4 5 2 Оверхед-проектор Medium 1 Демонстрация рисунков, схем, с комплектом 536 P таблиц, при чтении лекций и фолий проведении практических занятий по всем разделам дисциплины. 170
