Мощно-кучевые облака

Облачность и осадки
Лектор: д.т.н. Гусейнов
Н.Ш.
УСЛОВИЯ
ОБРАЗОВАНИЯ
ОБЛАКОВ
Облака – это видимое скопление капель воды и/или кристаллов
льда (продуктов конденсации и/или сублимации водяного пара),
находящихся в воздухе во взвешенном состоянии на некоторой
высоте над поверхностью земли.
Облака являются важнейшим элементом погоды. Они возникают в
результате сложных термодинамических процессов, приводящих
водяной пар к конденсации и сублимации, и являются видимым
отображением этих процессов. По внешнему виду облаков, их
форме, высоте нижнего основания, вертикальной и горизонтальной
протяженности можно косвенно судить о причинах, приведших к
облакообразованию, а следовательно, и об условиях полетов в них.
Для образования облаков необходимы следующие условия:
достаточная влажность воздуха, восходящие движения и ядра
конденсации (гигроскопические частицы пыли, дыма, гари и т.д.).
Главной причиной образования облаков является адиабатическое
понижение температуры в поднимающемся влажном воздухе,
приводящее к конденсации водяного пара. В зависимости от вида
восходящего движения, в результате конденсации и сублимации
водяного пара, образуются облака различных форм с различными
физическими характеристиками (микроструктурой, водностью).
Микроструктура облаков
Под микроструктурой облаков понимают их внутреннее
физическое строение: фазовое состояние облачных элементов, их
размеры, число облачных частичек в единице объема.
Другими словами облака различной классификации состоят из
капель воды и кристаллов ледяных частиц различных размеров, с
различной структурой порядка размещения и плотности.
Характеристики микрофизического состояния зависят от условий
формирования облаков и имеют большое влияние на ВС во время
долгих полетов в облаках.
Размеры частиц облаков могут колебаться
миллиметров до нескольких сантиметров.
от
нескольких
STRATUS
CIRRUS (CI)
CIRROSTRATUS (CS)
ALTOSTRATUS (AS)
NIMBOSTRATUS (NS)
STRATOCUMULUS (SC)
STRATUS (ST)
CUMULUS
STRATOSPHERE
ANVIL
CIRROCUMULUS (CC)
CUMULONIMBUS (CB)
ALTOCUMULUS (AC)
CUMULUS (CU)
FOG
Стабильные линзообразные облака
Классификация облаков
Согласно международной классификации различают 10 основных видов облаков:
ОБЛАКА ВЕРХНЕГО ЯРУСА (h>6км)
Перистые облака (Cirrus, Ci) — это отдельные облака волокнистой
структуры и белесоватого оттенка. Перистые облака состоят из
мельчайших ледяных кристалликов. Часто появление таких облаков
предвещает изменение погоды. Со спутников перистые облака порой
трудноразличимы.
Перисто-кучевые облака (Cirrocumulus, Cc) — слой облаков, тонких
и просвечивающихся, как перистые, но состоящих из отдельных
хлопьев или мелких шариков. Эти облака обычно образуют, образно
говоря, «кучевое» небо. Часто они появляются вместе с перистыми
облаками. Бывают видны перед штормами.
Перисто-слоистые облака (Cirrostratus, Cs) — тонкий,
просвечипающийся беловатый или молочного оттенка покров, сквозь
который отчетливо виден диск Солнца или Луны. Покров этот может
быть однородным, как слой тумана, либо волокнистым. На перистослоистых облаках наблюдается характерное оптическое явление гало (светлые круги вокруг Луны или Солнца, ложное Солнце и др.).
Перистослоистые облака часто указывают на приближение
ненастной погоды.
ОБЛАКА СРЕДНЕГО ЯРУСА(h=2-6 км)
Они отличаются от сходных облачных форм нижнего яруса
большой высотой, меньшей плотностью и большей
вероятностью наличия ледяной фазы.
Высококучевые облака (Altocumulus, Ac) - слой
белых или серых облаков, состоящих из гряд или
отдельных «глыб», между которыми обычно
просвечивается небо. Гряды и «глыбы»,
образующие «перистое» небо, сравнительно
тонкие и располагаются правильными рядами или
в шахматном порядке, реже - в беспорядке.
Высокослоистые облака (Altostratus, As) - тонкая,
реже плотная вуаль сероватого или синеватого
оттенка, местами неоднородная или даже
волокнистая в виде белых или серых клочьев по
всему небу. Солнце или Луна просвечиваются
сквозь нее в виде светлых пятен, порой довольно
слабых.
ОБЛАКА НИЖНЕГО ЯРУСА (h<2 км)
Слоисто-кучевые облака (Stratocumulus, Sc) - облачный слой,
состоящий из гряд, валов или отдельных их элементов, крупных и
плотных, серого цвета. Почти всегда имеются более темные
участки. Эти облака редко приносят дождь, лишь иногда они
превращаются в слоисто-дождевые, из которых выпадает дождь
или снег.
Слоистые облака (Stratus, St) — довольно однородный,
лишенный правильной структуры слой низких облаков серого
цвета, очень похожий на туман, поднявшийся нал землей на сотню
метров. Характерный для холодного времени года. Они
образуются под слоем инверсии и имеют вид сплошной серой
пелены или разорванных облачных масс, нижнее основание
находится на высоте 100...300 м. Облака могут опускаться до
земли переходить в туман. Из них выпадают моросящие осадки.
Полет в облаках и осадках сопровождается обледенением,
интенсивность которого зависит от водности облака и
температуры воздуха. Из-за малой высоты слоистые облака
затрудняют или исключают взлет, посадку и визуальные полеты.
Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns, Frnb) — это темносерые тучи, порой угрожающего вида. Часто ниже их слоя
появляются низкие темные обрывки разорванно-дождевых
облаков — типичные предвестники дождя или снегопада.
При длительных полетах в Ns облаках с переохлажденными
каплями ВС подвергаются обледенению. Вероятность
обледенения в этих облаках больше в теплое время года.
Зимой ширина этих облаков и выпадающих обложных осадков
увеличивается до 400...500 км. Видимость облаках плохая несколько десятков метров. При длительном полете в них
ОБЛАКА ВЕРТИКАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ
Кучевые облака (Cumulus, Cu) — плотные, резко очерченные, с
плоским, сравнительно темным основанием и куполообразной
белой, как бы клубящейся, вершиной, напоминающей цветную
капусту. Они зарождаются в виде небольших белых обрывков, но
вскоре у них формируется горизонтальное основание, и облако
начинает незаметно подниматься. При небольшой влажности и
слабом вертикальном восхождении воздушных масс кучевые
облака предвещают ясную погоду. В противном случае они
накапливаются и течение дня и могут развивается в грозовые
облака.
Мощно-кучевые облака - образуются из кучевых облаков. При
большой влажности воздуха (а > 10 г/м ) и благоприятных условиях
для развития конвекции кучевые об развиваются по вертикали,
переходят через нулевую изотерму и становятся мощно- кучевыми.
Нижнее основание облаков плоское, на высоте 600... 1000 м,
вершина - куполообразная, белого цвета на высоте 4...6 км. Мощнокучевые облака могут располагаться в виде отдельных редких
облаков или в виде значительное скопления, закрывающего почти
все небо. Эти Облака состоят капельно-жидких частиц.. Осадки из
мощно-кучевых облаков в средних широтах не выпадают. В облаках
преобладают восходящие потоки, скорость которого достигает 10...
15 м/с. Полеты внутри мощно-кучевых облаков запрещены из-за
сильной болтанки по всему облаку и интенсивного обледенения на
высоте нулевой изотермы.
Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb) - огромные
горообразные облачные массы с темны основаниями и яркобелыми вершинами, которые, как правило, имеют волокнистое
строение.
В зависимости от условий образования Сb бывают
внутримассовые и фронтальные.
По вертикали кучево-дождевые облака могут развиваться до
тропопаузы, а иной пробивают ее и вклиниваются в нижнюю
стратосферу. Образуются из мощно-кучевых облаков при
абсолютной влажности воздуха более 13 г/м . При
благоприятных условиях; развития конвекции и большом
влагосодержании воздуха мощно-кучевые облака продолжают
расти вверх и достигают вершинами высот, где температура
воздуха настолько низкая, что в облаках начинают
образовываться ледяные кристаллы. Таким образом
микроструктура кучево-дождевого облака смешанная - имеются
как капли воды, так и кристаллы льда. Процесс перерастания
мощно-кучевого облака в кучево-дождевое происходит очень
быстро, иногда в течение 15...20 минут. Признаком такого
перерастания может служить изменение формы мощно-кучевого
облака. Пока развивающееся облако состоит только из капель
воды, оно осадков не дает и имеет резко очерченные контуры.
Вершина облака выглядит подобно головке цветной капусты. Как
только верхняя часть облака приобретает кристаллическое
строение, оно теряет свои резкие очертания, его края начинают
лохматиться, а вершина принимает вид перевернутой метлы
(наковальни) Ледяные кристаллы, находясь в соседстве с
переохлажденными каплями воды увеличиваются и начинают
выпадать из облака. Из кучево-дождевых облаков выпадают
ливневые осадки
Конденсация водяного пара и образование облачности
Конденсация водяного пара и появление
облачности происходят при наличии восходящих
движений в атмосфере и падении температуры
воздуха с высотой. Вертикальные движения
переносят водяной пар из нижних слоев
атмосферы в верхние, более холодные, что
приводит
к
конденсации
и
образованию
облачности. Диапазон вертикальных скоростей,
весьма велик. Крупномасштабные вертикальные
скорости постоянно присутствуют в атмосфере и
имеют характерные величины порядка см/сек.
Конвективные струи возникают не всегда и не
везде. Вертикальные скорости в конвективных
потоках могут достигать десятков метров в
секунду.
Их
появление
часто
носит
чрезвычайный характер.
Известны разрушительные образования, такие как
смерчи, шквалы, имеющие также конвективную природу,
с областью падения давления вблизи подстилающей
поверхности. В результате этого формируются мощные
вертикальные движения, приводящие к выделению
большого количества тепла конденсации, которое еще
больше усиливает восходящие движения.
Тонкий слой облачности, образовавшийся над горами
Развитие конвективной
облачности
Мощные конвективные облака обычно
появляются при наличии вертикальной
термической неустойчивости,
сопровождающейся вертикальными
движениями воздуха со скоростью метров и
десятков метров в секунду. В появлении этого
процесса существенную роль играют
горизонтальные градиенты температуры
подстилающей поверхности и наличие
перегретых участков поверхности
Определение высоты и
характера нижней и верхней
границ
облачности
Под высотой облаков понимается высота их нижней
границы над поверхностью земли. Вход самолета в
облачность сопровождается постепенным ухудшением, а затем
исчезновением
сначала
горизонтальной,
потом наклонной и, наконец, вертикальной видимости. Нижняя
граница
резко
очерчена
у
плотных
высоко - слоистых, кучевых, мощно-кучевых и кучеводождевых,
при
входе
в
эти
облака
быстро
наступает потеря видимости земли; когда самолет входит в
слоистые,
разорванно-слоистые,
слоистодождевые, высоко - слоистые, нижняя граница которых
размыта,
потеря
видимости
земли
наступает
постепенно. Размытая нижняя граница облаков переходит в
подоблачную
дымку.
При
высоте
облаков
ниже 200м подоблачная дымка обычно доходит до земли.
Резко меняющаяся нижняя кромка опасна для
перехода
на
визуальное
пилотирование.
При выходе из облаков за высоту облачности
принимается та высота, на которой летчик
обнаруживает наземные ориентиры в направлении
полета.
Практика полетов показывает, что уровень
потери естественного горизонта наиболее точно
совпадает
с
высотой
нижней
границы
облаков.
Характер границ облачности нужно определять
по
градациям:
- нижняя граница облаков ровная или волнистая с
опускающимися
хлопьями
или
без
них;
- верхняя граница облаков ровная, волнистая,
бугристая,
выступает
кучево-дождевые
или
наковальни гроз. При снижении и пробивании
облачности следует оценивать ее плотность (водность);
-очень плотная, когда контуры плоскостей самолета не
видны, и на стеклах могут осаждаться капли;
- плотная, когда контуры плоскости видны нечетко;
- не плотная, когда через облака просматриваются
звезды
или
наземные
ориентиры.
По внешнему виду верхней границы облаков нижнего
яруса можно судить о высоте их нижней
границы. Ровная верхняя граница облаков говорит,
что нижняя кромка ниже 100м. Бугристая,
всхолмленная верхняя кромка говорит о наличии
турбулентности и высоте облаков выше 200м.
Влияние облаков и осадков на условия полетов
Различные виды облаков и выпадающие из них осадки могут
создавать до определенной степени трудности выполнения полетов.
Например:
 облака нижнего яруса ограничивают видимость во время
визуальных полетов на малых высотах, создавая риск столкновения
с препятствиями. Также их большое количества в районе аэродрома
ограничивают вертикальную видимость что затрудняет посадку ВС.
Слоисто-дождевые облака имеют большую толщину от 500-600
метров до нескольких км и горизонтальную протяженность
несколько сот км. Переохлажденные капли этих облаков насаждаясь
на холодную поверхность фюзеляжа ВС замерзают, что при
длительных полетах в этих облаках приводить к обледенению. Как
известно обледенение ВС приводит к ухудшению аэродинамических
характеристик и увеличению расхода топлива. Также густая
облачность и выпадающие из них обложные осадки в значительной
степени ухудшает видимость на всех этапах полета.
ВС соприкасаясь со смешанными кристаллическими частицами Ns
облаков подвергается электризации, что влияет на работу
оборудования радиосвязи ВС.
Сплошная слоистая облачность опускаясь до земной поверхности
образовывает туман, а переохлажденный морось также насаждаясь
на части конструкции ВС может привести к обледенению.
Воздушные суда также при полетах в облаках подвергаются
турбулентным воздействиям, болтанке и пр. неблагоприятным
воздействиям.
Как известно особую опасность для полетов ВС представляют кучеводождевые (грозовые) облака. С этими облаками связан комплекс
неблагоприятных и опасных для полетов явлений.
Ниже указано схематическое изображение кучево-дождевого облака и
связанных с ним опасных явлений.
Сb облака характеризуются следующими опасными
метеорологичес-кими явлениями:
 Сильная болтанка от
ниж. границы до верх.
границы Cb облаков;
Сдвиг ветра вблизи Cb облаков;
 Интенсивное обледенение на всех высотах выше нулевой
изотермы;
 Возможен разряд молнии через ВС;

Ливневые осадки
ухудшают видимость на взлете и при
заходе на посадку, а град может повредить отдельные части
конструкции ВС;
 При полете в сильных ливневых осадках (видимость менее
1000 м) ухудшаются аэродинамические качества ВС, что
может привести к срыву потока.

Предупреждение. Полет внутри Cb облаков запрещается
авиационными руководящими документами. По правилам полетов по
приборам боковой обход Сb облаков разрешается на удалении не
менее 15 км, обход сверху разрешается на высоте не менее 500 м.
Полеты под Сb облаками запрещаются.
Образование различных видов
осадков. Жидкие, замерзающие
и твердые осадки.
Интенсивность осадков. Влияние
облачности и атмосферных
осадков на полеты
Осадками называют капли воды и кристаллы льда,
выпадающие из облаков или оседающие из воздуха на земную
поверхность. Осадки из облаков дают более 99% общего
количество воды, поступающей из атмосферы на земную
поверхность; менее 1% приходится на осадки, осаждающиеся из
воздуха.
Осадки выпадающие из облаков, могут быть,
жидкими, твердыми и смешанными. Основными формами
осадков
являются:
Обложные осадки. Это осадки средней интенсивности и
большой продолжительности. Обложные осадки, как правило,
одновременно наблюдаются на большой площади. Эти осадки
выпадают из фронтальных слоисто-дождевых облаков в виде
дождя, снега или мокрого снега. Иногда (очень редко в холодный период года) обложные осадки выпадают и из высокослоистых облаков.
Ливневые осадки Это осадки неустойчивых
воздушных масс и холодных фронтов, выпадающие из
кучево-дождевых облаков в виде ливневого дождя или
снега, снежной крупы, мокрого снега или града.
Морось или ледяные кристаллы. Эти осадки
выпадают из плотных слоистых облаков (ледяные
кристаллы-при
низкой
температуре).
Морось - однородные осадки, состоящие из
большого количества мелких капель диаметром менее
0,5 мм. Интенсивность осадков не более 0,25 мм/ч, а
скорость падения капель обычно не превышает 2 м/с.
Дождь - осадки, состоящие из капель диаметром
0,5-7,0 мм. Скорость падения капель дождя составляет
4-8 м/с.
Снег - осадки в виде кристаллов льда или
снежинок. При температуре, близкой к 0 °С, снежинки
образуют хлопья размерами до 100 мм. Скорость падения
снежинок
до
5
м/с.
Метелью называется перенос снега ветром,
который приводит к резкому ухудшению видимости.
По условиям образования метели могут быть
низовыми
и
общими.
Поземок - перенос снега ветром непосредственно
над
поверхностью
земли.
Поземок
является
разновидностью низовой метели.