авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 13 |

«5 5 1-.V Ф ьо A. м. БО РО ВИ К О В, и. и. ГАЙ ВО РО Н СКИ Й, Е. Г. З А К, В. В. К О С Т А Р Е В, И. П. М А З И Н, В. Е ...»

-- [ Страница 4 ] --

С редние зн ачен ия водности внутри о б л ака послойно, в зав и ­ симости от высоты н ад его ниж ней границей д л я тем ператур ниже — 10°, от —^9,9 до 0° и вы ш е 0° тредстав'лены в таб л. 28.

Нм Рис. 35. Распределение температуры и водности в отдельных облаках Sc над Ригой в зависимости от высоты н ад нижней границей, а — 14/XI 1957 г. 5 ч. 38 м., б — 20/ХП 1957 г. 1 ч. 37 м„ в — 2/11 1958 г. 6 ч. 58 м.

И iHa рис. 36 а. И ри этом н аб лю д ен и я е ве|рхних ч астя х об лаков выш е уровня м аксим альной водности не учиты вались.

И з таб л. 28 видно, что при тем п ературах ниж е — 10° водность обл.аков Sc, S t и А с ib среднем р езк о в о врастает в ниж них 50 м, от О до 0,14 — О,!Г5 г/м® при t от —10° до 0° и д о 0,il9 г/м^ при / 0 °. В ы ш е водность в о зр астает все м едленнее и на высоте 550 м она становится равной соответственно 0,26, 0,29 и 0,33 г/м®.

1.

П ри ^ 0 W достигает 0,55 г/м® на высоте 750 м. Т аким об­ р азо м, в п ереохлаж денны х о б л а к ах м акси м ал ьн ая водность в д ва р а з а, а в теплы х в три р а за превы ш ает зн ачение ее на высоте 50 м над ниж ней границей.

Нм Рис. 36. Средняя водность облаков в зависимости от высоты н ад нижней границей: а — Sc, St, Ac;

б — N s, A s, N s — A s.

/) г -10°, -10° r 0“, 3) Г 0°.

2) 'Bo ф ронтальны х о б л а к ах процесс об лако о б р азо в ан и я б о лее слож ен. З д е с ь м ож но вы делить по крайн ей.мере д ва типа р асп ределен и я водности (рис. 3 7 ). В о б л ак ах, имею щ их Т а б л и ц а ' Температур а (град.) - -10 — 10— 0 В ы сота середины слоя (м) п W п п W W 50 0,1 4 73 0,1 5 0,1 150 0, 0,1 6 35 0,1 9 199 250 0,1 9 25 0,2 5 132 0,4 0 350 0,1 8 16 0,2 7 109 0,3 450 0,2 3 0,3 2 57 0,3 550 4 0,2 6 0,2 9 32 0,3 650 0,2 3 0,3 2 0,4 8 0,1 750 5 0,3 4 16 0,5 5 850 0,0 4 0,2 950 0,0 6 0,1 1050 0,6 2 0,1 1150 0,22 1250 0,5 1350 0,0 1450 0,7 / ------ — Рис. 37. Распределение водности в отдельных облаках N s, N s — A s.

/ — водность, 2 — температура, а — Минск, 2/VI 19S8 г. 16 ч. 54 м., б — Сыктывкар-, 18/111 1951 г. 12 ч, 30 м., в — Архангельск, 27/111 1957 г. 17 ч. 21 м.. г — Рига, 27/III 1957 г. 23 ч, 09 м.

значительную мющность (несколько к и л ам етр о в), в их нижней части пр-оисходит р езк о е воврастан и е водности до м акси м ум а, н аблю даю щ егося обычно в области ;

фронт1 аиь;

ной инв€р1 сии. Здесь, очевидно, блив поверянасти фронт-а общ ее восходящ ее движ ение н аи бо л ее интенсивно. Д а л е е водность резко, а затем более м ед­ л ен н о убы вает с высотой. В верхней половине о б л ака, к а к п р а ­ вило см ещ анной или д а ж е кристаллической, водность весьм а м ала.

В о блаках, имею щ их относительно небольш ую мощ ность (по­ р я д к а 1 к м ), внизу водность сн ач ал а резко, а затем более з а ­ м едленно в о зр астает вверх. О на достигает м аксим ального з н а ­ чения в средней части о б л ака, после чего начинает убы вать, с н а ч а л а постепенно, а вблизи верхней границы — быстро (рис. 3 7 г ). Т аки е о б л а к а ч асто встречаю тся за фронтом в теплой воздуш ной массе. Хотя они п редставляю т единое целое с систе­ мой N s—As ф ронта и определяю тся к ак Ns, их относительно м а­ л а я мощ ность и п рисутствую щ ая часто н ад верхней границей инверсия тем пературы показы влет, что этот тип облаков я в ­ л яется переходным от Ns к Sc. П рави льн ее, м ож ет быть, их н а­ зы вать N s— Sc.

Зави си м ость средних значений водности в о б л а к ах Ns и Аз о т высоты н а д их ниж ней гр^аницей п риведен а в таб л. 20. В ней' р азб р о с величин W значительно больш е, чем д л я внутри м ассо­ вых облаков. З д есь ск азы вается к ак недостаточность м атер и ал а наблю дений, т а к и больш ое р азн о о б р ази е в распределении в о д ­ ности в отдельны х об лаках. Зави си м ость средней водности в об­ л а к а х Ns и As от высоты над ниж ней границей д л я ниж них, к а ­ пельны х, частей о б л ака п ред ставл ен а на рис. 38 б. Видно, что W резко в о зр астает в ниж них 50 м о б л а к а до 0,18 г/м® при i — 10°, до 0,16 г/м® при t от — 10 до 0° в переохлаж денны х о б л а к ах и до 0,22 г/м® в капельны х при ^ 0. М аксим ум ее при i —il0° отм ечается на высоте 400 м, д ости гая значения 0,49 г/м®, после чего водность ум еньш ается с высотой и на 1500 м над ниж ней границей составляет лиш ь 0,06 г/м®. Очевидно, появление ледян ой ф азы, обусловливаю щ ей осадки, препятствует н акоп ле­ нию воды в средней и верхней ч астях об лака.

В п ереохлаж денны х о б л а к ах при t от — 10 до 0° водность на вы соте около 1200 м достигает м акси м альн ого зн ачен ия 0,27 г/м®, а в теплы х на той ж е высоте — 0,41 г/м®. Е щ е выш е зн ачен ия вод ­ ности начинаю т убы вать, в н ачале быстрее, затем медленнее.

Зави си м ость водности от высоты н ад основанием о б л а к а в ку­ чевы х о б л а к ах и сследовалась неоднократно (В. А. Зай ц ев в 1950 г. [76], А. П. Ч уваев и Г. Т. [Крюкова в il954 г. [237], У ор­ нер в 1955 г. [614]).

П о Зай ц ев у, водность в кучевых о б л аках достигает м аксим ального значения в их центральной части н а вы соте порядка ГООО м (и л и ' немногим более) над основанием о б ­ л а к а. Здесь В'одность мо'жет превы ш ать значение 4,0 г/м®.

М ощ ность облаков, в которы х производил изм ерения З ай ц ев, бы ла обычно менее i2OD0 м. Его дан ны е св1 едбны в таб л. Зб (та к ж е к а к и д ан н ы е Ч у в а е в а и К рю ковой д л я Си cong. мощ ноотью д о 4000 -м, нолучанны е т а к ж е д л я р ай о н а Л ен и н град а) а соответствую щ ие сгл аж ен н ы е кри вы е 1 1 1 дставлены на рис. 38.

Пр е В Си hum. средн яя водность резко возр1 астает на протяж ении ниж них 25 м до зн ачен ия 0,08 г/м®. В толщ е о б л а к а в озрастан и е идет более медленно, вб л и ­ Ни зи верхней границы в о д ­ ности дости гает своего м акси м альн ого зн ачен ия 0,38 г/см®. В этом отно­ шении Си hum. в общ ем аналогичны внутримлссо вым о б л ак ам слоистых форм при полож ительны х тем пературах.

В Си m ed. и Си cong., имею щ их мощ ность менее 2000 м, ср едн яя водность довольно быстро возра^ стает от ниж ней границы до м акси м ум а н а высоте около 1000 м н ад ней. Н а периф ерии о б л а к а сред ­ ний м аксим ум водности р авен 0,31 г/м®, в цент­ р ал ьн ы х ч астях плотных Си cong. он достигает 0,86 г/м®, средн яя м акси ­ м ал ь н ая водность дости­ гае т зн ачен ия 1,70 г/м®, близкого к теоретическо­ му значению, получаем о­ м у в предполож ении а д и а ­ батического процесса.

В мощ ны х Си cong. до высоты 1000 м ход водно­ Рис. 38. Средняя водность кучевых облаков в зависимости от высоты н ад нижней сти бли зок к ходу в Си границей.

m ed. Д а л е е в мощ ны х Си / — периферия С и c o n g,;

2 — Си hum. 3 — сред»

cong. в о зр астан и е водн о­ няя частота Си cong. 4 — плотные Си с ong.

(1, 2, 3, 4), по данным В, А. Зайцева;

5 — Си сти о высотой постепенно cong „ по данным А. П. Ч уваева;

6 — водность в зам ед л я ется и с уровня предположении влаж ноадиабатического процесса.

1500 м н ад основанием о б л а к а и дет очень м едленно до максимум,а на высоте около 3000 м. В ыш е этого отм ечается быстрое убы вание водности вплоть до верхней границы.

Н есм отря на наличие восходящ их д виж ений внутри о б л а к а.

Таблица Т ем пература (град.) - -10 — 10 -0 Вы сота середины слоя (м) W п п W п W 50 0,1 9 0,1 6 0,2 7 0,20 150 0,21 40 0,2 4 250 ^ 0,2 2 5 0,1 5 37 0,2 350 0.1 6 13 0,1 9 0,2 9 0,1 1 450 0,21 46 0,4 3 0, 550 4 0,2 3 41 0,4 650 0,2 3 5 0,1 8 28 0,3 750 0, 0,0 6 * 38 0,3 850 0,1 6 * 0,1 6 25 0,4 1 0, 950 9 0.2 7 16 0,3 9 0, 1050 0, 3. 25 0,5 1150 0,1 5 5 0,3 1 0,3 8 0,1 1250 2 0,2 5 9 0,2 7 0,1 1350 4 0,2 7 0,5 0 1450 0,3 5 0,3 2 0, 20* 0, 02* 1550 1 0,2 4 И 0,2 4 0,1 2 1650 0,2 3 0,2 0, 1750 2 0.2 8 5 0,1 6 0,1 2 1850 0,3 3 3 0,3 7 0, 1950 3 0,2 4 Таблица 5 Средняя водность для S CS Q Средняя С р едн ее S Средняя Си m ed. и Си co n g.

я^ водность S значение водность 2 3 различной плотности в плотных водности « а::

в Си hum.

Си con g. в Си cong.

к “ Эю пери ф ерия середин а я S«S э Wо п п Q, W п п W п W *3 S = Cод Q о 25 0,0 9 42 9 0,0 0,1 0 25 0, 1 0 0, 150 0,2 3 116 0,3 3 0,1 16 35 250 0,3 5 350 0,3 1 127 0,3 8 23 0,3 0,1 6 550 0.5 4 6 0,2 7 0.8 104 29 0,3 8 650 0,5 9 750 81 0.1 0,5 6 1,0 0,86 950 1,7 0 43 0,3 1150 0,8 0,7 6 33 1050 0,7 4 1350 0,6 9 25 0,8 9 0,1 0,7 1550 0,5 3 19 3 1450: 0.9 7 1750 0,5 2 7 0,8 1 1850 0,9 8 1, 2250 2750 1,0 4 3250 0,9 3750 0,3 4 только в ниж ней центральной части достаточно мощ ны х о б л а ­ ков водность б ли зк а к рассчитанной по ад и аб ате. В п ериф е­ рийных, а та к ж е в верхних ч астях о б л а к а она зн ачительно меньш е вычисленной. Это объясняется, по-видимому, втягив'а нием внутрь о б л а к а масо относительно сухого воздуха из окру жагющего об лако простран ства. Этот м еханизм об условли вает т а к ж е м алую водность в Си hum., имею щ их небольш ие линей­ ные разм еры.

Тот ф акт, что в мощ ны х Си cong. практически не н аб лю ­ д ается в о зр астан и я водности в слое от 1500 до 3000 м, о б ъ яс­ н яется либо вы падением сконденсированной воды, либо тем, что^ при достаточной мощ ности о б л а к а смеш ение с окруж аю щ им от­ носительно сухим воздухом с некоторого уровня п роникает и д о центральной части об лака.

§ 23. Х И М И ЗМ О Б Л А К О В И О С А Д К О В М ы у ж е говорили в гл. I о больш ой роли гигроскопических ядер конденсации. Н али ч и е в кап л я х об лаков и осадков р ас тв о ­ ренны х солей и кислот вл и яет не только на условия кон ден са­ ции водяного п ар а н а их поверхности, но и н а р я д физико-хими ческих свойств капель. К ним относятся в первую очередь вели-г чина поверхностного н атяж ен и я, х ар актер и скорость за м е р за ­ ния капель, особенности отраж ен и я и поглощ ения эл ек тр о м аг­ нитных волн и т. д. В то ж е врем я перенос кап лям и осадков хи­ мических примесей игрлет весьм а сущ ественную роль в процес­ сах «химического обм ена» м еж д у атм осф ерой и зем лей. П оэто­ му проблем а «хим изм а» гидром етеоров д авно п ривлекает в н и м а­ ние к а к метеорологов, т а к и агрохим иков, гидрохимиков и т. д.

О сновным, а до недавнего времени и единственны м методом изучения гигроскопических вещ еств, сод ерж ащ и хся в гидром е­ теорах, яв л я л ся точный качественны й и количественны й м и кро­ химический ан ал и з п родуктов атм осф ерной конденсации. С по­ мощ ью его, однако, мож но определить лиш ь ионные составл яю ­ щие, а не м олекулярны й состав примесей, содерж ащ и хся в к а п ­ л я х о б лаков и осадков. Это обстоятельство сильно затр у д н я ет вы явление природы и строения ядер конденсации. В связи с этим в последние годы начали разв и вать ся ф изические методы иссле­ д о ван и я состава примесей, сод ерж ащ и хся в гидром етеорах, в ч а ­ стности м и крокристаллограф и чески й [51] и электронно-м икро скопический [441], [442—443], [511].

П ри использовании м и крокристаллограф и ческого м етода в п робе гадром етеоров, 'предварителвно вы паренной вплоть до получения сухого о статка, иммерсионны м методом определяю тся геометрические и оптические свойства кри сталлов примесей.

З н а я ф орму, п о к азател ь прелом ления, степень анизотропии и д руги е свойства кри сталлов, сод ерж ащ и хся в сухом остатке, с помощ ью петрограф ических таб л и ц оп ределяется природа кри ­ сталлов.

1а Э лектронно-микроскопические и сследования позволяю т оп ре­ д ел и т ь р азм ер, ф орм у и структуру частид, сод ерж ащ и хся в о сад ­ к ах. И сследуя изменение свойств частицы при изменении отно­ сительной влаж ности в месте ее располож ени я, уд ается выяснить т а к ж е тигроскопичность отдельны х частиц.

В н ач ал е и сследования химического состава гидром етеоров ж асались исклю чительно вод осадков (д ож д я, сн ега). П ри этом к ак за рубеж ом (М аркграф в Германии, Б ергм ан в Ш веции), т а к и в России (П. Трубецкой) агрохимики наибольш ее внимание уделяли опрёделению в осадк ах соединений азота (ам м и ака, азотной и азотистой кислоты ), вносимых ими в почву. С конца X IX в. и особенно в XX в. -начались т а к ж е систематические, и с­ сл ед о ван и я сод ерж ан и я в осадк ах сульф атов, хлоридов и других вещ еств. Н аиб олее полные и сследования такого рода были вы ­ полнены Кннчем, Кёле(ром [;

4127], М енцлем [491], М ийаке -[402], Е. С. С елезневой [193], Б. С. Б урксер [31]. Ш ирокое разви тие и большую систематичность подобные работы приобрели в период М еж дун ародн ого геофизического года (1957— 1959).

Химические ан али зы проб, собранны х в осадках в различны х пунктах земного ш ара, п оказали, что в них сод ерж атся ионы хлора (С К ), сул ьф ата (S O 4" ), сульф ита (S O 3" ). ги дрок арб о­ н ата (Н С О з'), н итрата (N O 3'), н атри я ( Na ' ), м агн и я (M g "'), кальц и я (С а"), а т а к ж е ам м и ака, ам м ония, к ал и я, галоидов, р а ­ диоакти вн ы х элем ентов и т. д. Н аибольш ую концентрацию, как правило, имеют: из катионов ги дрокарб он ат (до 90 м г /л ), сул ь­ ф ат (до 67 мг/л) и хлор (до 72 м г /л );

из анионов.натрий (до 33 м г/л) и кальций (до 32 м г/л ). С одерж ан и е остальны х прим е­ сей обычно меньше, причем они не всегда об н аруж и ваю тся в з а ­ метны х количествах.

Д ан н ы е О среднем количеств-е разли чн ы х ионов, сод ер ж а­ щ ихся в осадках, приведены в таб л. 31.

Таблица С р едн яя к он ц ен тр ац и я ион ов в атм осф ер н ы х о с а д к а х (по Р. И. Г р абовском у) С1' S O 3" S O 4” НСОа' N O 3' NHa- N N 4- Na- С а - M g" Ионы 5.,04 4,8 8 9,1 7 18,20 1,52 0,7 8 0,21 5,1 2 4,8 2 1,7 К онцентрация различны х примесей в осадк ах м ож ет ме­ н яться в весьм а ш ироких пределах, в зависим ости от географ и ­ ческого располож ени я пункта их сбора, сезона и т. д. Т ак, н а­ пример, в зимнее полугодие и вблизи промы ш ленны х центров не­ сколько п овы ш ается концентрация сульф атов и сульфитов, я в ­ ляю щ и хся продуктам и сгорания топлива. Д л я прим орских р ай о ­ нов х ар актер н а повы ш енная кон ц ен трац ия ионов, входящ и х в состав морской соли (СГ, N a, M g '" и т. д.). О пы тами М ийаке [492], В уда и В илсм ора, Э риксона [351] и -др. установлено, что усиление ветра н а д морем приводит к ревко^му увеличению коли­ чества хлоридов в атмосферны х, осадках п рибреж ны х областей,.

что, видимо, связан о с усилением вы носа с м оря на суш у м ель­ чай ш и х морских бры зг, а после их испарения — частиц морской •соли. К аналогичном у вы воду приводят та к ж е и и сследования д и м и зм а тум анов, лроизведенн ы е Н. М. А к и м овы м. [5]. С ледует подчеркнуть, что ч еткая корреляц ия м еж д у «соленостью» к а ­ пель осадков и силой ветра, дую щ его с м оря на сушу, н аб лю ­ д аетс я лиш ь на небольш их расстоян и ях от берега, не превы ш аю ­ щ их нескольких д есятков килом етров. И сслед овани я Е. С. С ел ез­ невой [193], М енцля [491], С. М. Ш м етера [252] и др. показали, что явной связи м еж д у силой ветра и хлоросодерж ани ем капель в д ал и от побереж ий не об н аруж и вается. П о-видимом у, в при­ бреж ны х рай о н ах наиболее эф ф ективны т а к назы ваем ы е «ги­ гантские» я д р а конденсации [406], [410], состоящ ие из частиц гал и та (N aC );

хлориды, обнаруж и ваем ы е в кап л ях во внутри коптинента'льных районах, ювязаны.с яд рам и «оидейсации обыч­ ны х разм еров, образую щ и м и ся в процессе разруш ен и я ги ган т­ ских ядер или иным способом.

И зу ч ая хар актер и происхож дение содерж ащ и хся в атм о­ сф ере гигроскопических ядер конденсации, по составу осадков, •следует учиты вать, что вы падаю щ ие капли осадков на своем пути зах в аты в аю т частицы атм осф ерны х взвесей. К ром е того, капли д о ж д я при падении частично и спаряю тся. То и д ругое ве­ д е т к сущ ественному увеличению концентрации химических при­ месей в о сад к ах по сравнению с каплям и облаков и тум анов. Это иамеибние К0нце1 ац(ии зави си т о г р'здиуса п адаю щ и х капель.

нтр Д ействительн о, количество (м асса) атм осф ерны х взвесей, з а ­ х ваты ваем ы х п адаю щ ей каплей, пропорционально п лощ ади ее м иделевого сечения (т. е. к в ад р ату радиусом г^) и коэф ф ициенту зах в ат а. П оскольку объем капли пропорционален г®, то изм ен е­ ние концентрации взвесей в воде осадков будет зам етнее.

А налогично м ож но учесть роль и спарения п адаю щ и х капель.

К а к п о к азал Б ест [243], отнош ение конечной концентрации (Сг) к н ачальной (C i) д л я лю бой примеси в ы р аж ается ф ормулой -g i = Л + (23.1) ' V ''2 / гд е Г2 — р ад и у с.капли, достигш ей зем ли, п о сто ш н ая, и м ею ­ щ а я порядок 10"^ см^ и зав и ся щ ая от пути падения, тем п ер а­ туры, д ав л ен и я и влаж н ости воздуха, но не зав и ся щ ая от г.

И з (23.1) видно, что при испарении наибольш ее изменение кон­ ц ентрации примесей будет н аб лю д аться в м елких каплях.

О бщ ее изменение концентрации м ож ет быть очень зн ач и тель­ ным. Н а рис. 39 приведены (результаты подобных наблю дений, проведенны х Т ернером д л я типичных случаев осадков в районе Хило (Г авай и ) вм есте с эксперим ентальны м и данны м и о со­ ста в е кап ель различны х р азм еров в осадкам, собранны х на уровне з е м л и..

Очевидно, что д л я подсчета разм еров и массы гигроскопиче­ ских ядер конденсации наиболее н адеж н ы е м атери алы могут быть получены с помощ ью химического ан ал и за проб воды, не­ посредственно собранны х в о б л аках и тум анах. П оскольку в них Рис. 39. И зменение состава капель д о ж д я в зависимости от их диаметров (по наблюдениям 25— 2 6 /V 1954 г. близ Хило, Гавайские острова).

Соленость: а — близ уровня моря, б — у основания облаков на высоте 630 м, в — в облаке, на высоте 1350 м над ур. м. Среднее значение солености: г — близ ур. моря, д — на высоте 630 м, у основания облаков, е — н а высоте 1350 м (по Тернеру).

трудно собрать больш ое количество воды, достаточное д л я хим и­ ческого ан ал и за, больш инство опубликованны х р аб от относится к хим изм у н азем ны х тум анов (в частности, на побереж ье океан ов и в о б л а к ах на верш инах го р ). Единственны е исследования хи­ м изм а элементов облаков, н аходящ ихся в свободной атм осф ере, п р и н ад л еж ат С. М. Ш м етеру [252] и Р. И. Г рабовском у [51].

П ервы е исследования хим изм а облачной воды (и зм орози ), образо 1 авш ей ся в обл!аках, были предприняты К ёлером [424 — в 428] в 1914 — 1923 гг. на горах в ш ведской Л ап л ан д и и и С евер­ ной Н орвепии. Он н аш ел, что чащ е всего иа|блюдаается концен­ тр ац и я хлоридов, р а в н а я 3,6 мг/л. С опоставляя концентрацию хлор-иона с р,азмер1 1 капель, К ёлер приш ел к заклю чению, что 0м сод ер ж ан и е хлора в облачны х элем ен тах подчиняется зав и си ­ мости вида CI = 3,5 6 • 2^ мг/л, где р = ± 0, 1, 2...

в своих повднейш их и сслед ован и ях lKёлqp аголагал р = '1 [42'7].

Это соотнош ение Г0во!рило в еталь'зу ш и отезы о том, что рост обычных элем ентов происходит за счет попарной коагуляции капель.одинаковых paisMepoB (так :н!азываемый «закон к р а тн о ­ сти»), Хотя 'позднейш ие исследо'В'аяия.не подтвердили нали чи я такой законом ерности, все ж е п опы тка.изучить св язь м еж ду составом.капель и.механизмом их укрупнения бы ла важ н ой засшугой К ёлера.

О пределение состава капель призем ны х тум анов производи­ л ась за рубеж ом Кеннингхемом [325] в 1939 г., Ю нге [409], [410] в 1953— 1954 гг., Х аутоном [393] в 1955 г. и в С С С Р Н. М. А ки­ мовым [5] в 1952— 1955 гг. Химический ан ал и з проб произво­ д ился н а со д ер ж ан и е хлоридов (С1') и сульф атов ( S O / '). И с ­ следован и я К еннингхема производились в морских ту м ан ах на о. К ент (ф = 44°35' с. ш., X = 66°45' з. д.). В сего им было п р о ан а­ лизирован о 9 проб. Ю нге сд ел ал ан ал и з 5 проб воды, собранны х в ту м анах в районе Ра^унд-Хилл (М ассачусетс, С Ш А ), а Хаутон п р о ан ал и зи р о вал 35 проб, полученных в адвективны х морских т у м ан ах в тр ех п унктах на северо-восточном п обереж ье СШ А.

О бъем индивидуальной пробы составл ял при этом около 0,5 л, что обеспечивало достаточную точность ан ал и за. Н. М. А ким о­ вым было п роан ал и зи рован о 15 проб, собранны х в районе Одессы.

И з них 12 проб были взяты в ту м ан ах адвективного типа, две пробы — во ф ронтальны х ту м ан ах и одна — в тум ане парения м оря. П ри этом д етал ьн о оп ред елялась водность и м и крострук­ ту р а тум анов.

С водные р езультаты химического ан ал и за капель тум анов по м атер и ал ам К еннингхема, Ю нге, Х аутона и А ким ова п ред став­ лены в табл. 32.

Таблица С о д е р ж а н и е СГ и S O 4” в т у м а н а х (м г/л ) С одер ж ан и е S O 4” С одер ж ан и е СГ М есто сбора проб ср едн ее пределы с р едн ее пределы 1 5, Бруклин........ 0 — 5,0 4,5 -3 7, 1. 0. К е н т................................. 7.2 0,3 -3 4,8 6.5 3, 7 — 1 3. Р аунд-Х илл...... 3 4,8 1 1. 2,9 2 0,5 3, 0 — 6. 0. Н антукет................... 9 8,0 5 2.0 1 3.6 — 23 — О д е с с а................................. 5,1 — 570 3,2 ^ 7 2. В таб л. 32 п р еж д е всего о б ращ ает на себя вним ание больш ая изменчивость концентрации хлоридов в тум анах, зам етн ая не только по р езу л ьтатам ан ал и за отдельны х проб, но и по средним.

Д а ж е если не учиты вать дан ны х д л я о. Н антукет и м ак си м ал ь ­ ных концентраций С1, полученных А кимовы м в О дессе (по­ 127.

скольку есть вероятность загр язн ен и я этих проб бры згам и м ор­ ской во ды ), все ж е концентрация CV колеблется от нескольких д есяты х долей до сотен мг/л. К олебан ия сод ерж ан и я S O 4" зн а­ чительно меньш ие (от 3,0 до 59,6 м г/л ).

П рим ечательно то обстоятельство, что отнош ение S O 4/CI о к а ­ зал о сь весьм а непостоянным. П о данны м А кимова, оно кол еб ­ лется в пределах от 0,13 до 0,94, т. е. м ож ет в 7— 8 р аз превосхо­ дить соответствуюш,ее зн ачение д л я морской воды (0,14). В р ай ­ оне Б р у кл и н а оно р ав н о в среднем 13,9, т. е. здесь количество И0Н.0В S O 4" о к азал о сь значительно больш им, чем хлор-ионов.

Это р азли чи е соотнош ения S O 4/CI в туманах, и морской воде п о дтверж дает, что о б р азо в ан и е капель не обязател ьн о проис­ ходит на яд р ах конденсации, состоящ их из морской соли (см. § 4 ). Очевидно, в атм осф ере сущ ественную роль играю т я д р а конденсации, явл яю щ и еся продуктам и горения. В озм ож но так ж е, что при испарении капель морской воды идет разделени е вы кристаллизовавш егося солевого о статка на частицы гал й та (N aC l) и су л ьф ата кальц и я (C a S 04). Т акой процесс более активно п ротекает при низкой относительной влаж ности в о з­ духа. П оэтом у п ред ставл яется весьм а естественным о б н ар у ж ен ­ ный А кимовы м ф акт, что при высокой влаж н ости воздуха в слое о б р азо ван и я капель ту м ан а величина S04'7 C 1' о к а за л а с ь почти той ж е, что и в морской воде.

Д ан н ы х о химическом составе примесей, содерж ащ и хся в об­ лачной воде, значительно меньш е, чем данны х о ту м ан ах и о сад ­ ках.

О н аблю ден и ях Kenepia мы у ж е говорили. Х аутон [393] со­ бирал пробы в о б л а к ах на горе В аш ингтон (Н ью -Гемпш ир, СШ А ) с помощ ью установки, разработан н ой Х аутоном и Р э д ­ ф ордом в 1938 г. П оследн яя п ред став л ял а собой небольш ую аэродинам ическую трубу, через которую п ротяги вался вен тиля­ тором воздух со скоростью 6 м/сек. Н а пути потока у стан авл и ­ вал ся проволочны й эк р ан из нерж авею щ ей стали, на котором оседали капли, стекавш ие затем в специальны й водосборник.

С огласно расчетам Д ж о н со н а (1954 г.), коэф ф ициент захвата д л я капель с диам етром 5 ц. при этом со став л ял 0,7, а д л я к ап ел ь с д иам етром, больш им 10 (х, превосходил 0,9, и, таким образом, спектр облачны х капель, даю щ и х основной в к л ад в водность, сущ ественно не и ск аж ал ся. Р езу л ьтаты ан ал и за 35 проб на хл о­ риды и сульф аты приведены в таб л. 33.

Таблица К о н ц е н т р а ц и я СИ и S O 4" в о б л а к а х н а М а у н т -В а ш и н г т о н (по Х аутон у) (м г/л ) М акс. мин. средняя СГ 1,21 О. 0,1 S O 4” 53 0,2 7, В 25 пр обах из 35 заметны х количеств С1' не обнаруж ено.

П рим ечательно, что количество CV в о б л а к ах на М ау н т-В а­ ш ингтон горазд о меньш е, чем в тум анах. В озмож но, что здесь сы гр ал а некоторую роль сравнительно н и зк ая точность исполь­ зованного т а к н азы ваем ого м етода М ура. О днако об н аруж ен н ая кар ти н а качественно в р яд ли и скаж ен а. Очень больш ое относи­ тельное сояе|рж ание в пробах аульфат-ионо'в сн ова у к а зы в ае т на больш ую р о л ь ядер ковден сац и и не |Морскаго п роисхож де­ ния.

И сследовани я хим изм а облаков, находящ и хся в свободной атм осф ере, производились в С С С Р в 1949— 1950 гг. почти одно­ временно и независимо д р у г от д р у га Р. И. Г рабовским и С. М. Ш метером.

З а руб еж ом таки е р а б о ­ ты до настоящ его времени, по-видимому, не п роводи­ лись.

О б л ач н ая в л ага соб и ра­ л ась с помощ ью н ам о р а ж и ­ ван ия п ереохлаж денны х к а ­ пель на специальны х заб ор н иках (рис. 40), устанавли б) Рис. 40. Заборники для облачной воды: а — Р. И. Грабовского.

б — С. М. Ш метера.

ваем ы х на ф ю зеляж е сам олета. Сбор проб был поэтому возм о­ ж ен главны м образом в холодное полугодие. П ар ал л ел ьн о при полетах С. М. Ш м етера определялось ф азовое состояние о б л а ­ ков и ф отограф ировали сь облачны е элементы.

Химический ан ал и з проб производился микропотенциометри ческим методом, в основном на С1', с высокой точностью. Р е ­ зу л ьтаты ан ал и за проб приведены в таб л. 34.

9 Ф изика облаков Т а б л и ц а Р езу л ь т а ты а н а л и за проб облач н ы х эл ем ен т о в по данн ы м Р. И. Г р а б о в с к о г о и С. М. Ш м е т е р а л о си.

О блачность Он е Р ади ус d i s§• п. ffi облачных к^ капель (fi) o' _ « высота go Дата '8 1° границ (м) сбора g - 4ё ’' д cd пробы Й§ q* О^ • э ф ф е­ О 5! ф орма 0a ) ) сред­ sg.

в ер х­ в а ниж ­ ктив­ О й сз о^ ний няя няя ный iS X Ръ \о Район Ленинграда 9. — 8. 1100 юв 7 / II 1949 г.

8. 1100 — 9. юв 7 /II 6, 1250 ЮВ — 9. 7/ и 5. — 5, зю з 8/и 4. — 6, зю з 1120 8/ II 6. - 6. 1000 зю з 8/II 8, — 10, 1700 юз 10/П 7. — 10. ЮЗ 10/II 7. — 3. 950 С 16/X I 7. — 3, С 16/X I 3. — 7, 850 ЮВ 26/X II 3. — 7, 750 ЮВ 26/X II 5, - 7, 750 ЮВ 26/X II 5. — 7, 650 ЮВ 26/X II 7. — 9, 1 / И 1950 г.

6. - 9.,1/П 8, — 9. 1/II 9, — 9. 1/11 5. — 7. 930 ю 6/ П 5, - 7, 930 ю 6/П М 0скв ы Район 14,7 — 7, 200 СВ St :23У I 1950 г.

8,4 4. сз 220 ^^,25/1 St 8,9 сз - 4. St ' ‘2 6/ 3.1 - 1 1, с Ns 2/II 4 4,1 — 9. юз St 2 2 / II 1950 г.

10,8 — 9. юз St 2 2 /II 3 1.6 — 5, 970 юз Sc 2 3/II — 6.0 11.6 юз Ns 2 4/II 3.5 — 1, с Sc 2/III Архангельска Район О.Ю 1 3, — 7.7 ЮЮВ 2000 Ns 2 / IV О.Ю ЮЮВ — 9. Ns 2 /I V 0.5 5. 4, ЮЗ 1200 Ns 1 4 /I V 5, - 1.8 8 0,4 740 ЮЗ S c (Ns) 1 4 /I V 0, 9. — 9, 3060 ЮЗ N s— As 1 5 / IV 12,0 0.0 4.2 930 Ns 1 6 / IV 1,0 9 8.7 0 (?) 1100 — 5, ЮЗ Sc 2 1 /I V Облачность Р ади ус «О та и& X облачных —C « §• высота капель ([л) S i* Дата s 's ю y-v границ (м) о сбора Sя пробы ' Е га зt к о, (U^.

ф орма ® i= Ща;

эф ф е ­ ^ ниж ­ верх­ сред- й| ктив­ S'S с о га няя няя, ний та.е-о- з: я bs §й ный Н ЙЪ а Район Свердлове к Казань 1000 20 11, № 11/X I 3 - 7,2 0„ 12/X I 4 0 0 ’ 900 С St - 9.0 3,0 - 8, 12/Х 1 400 С 900 7,1 0, —12, 16/X I 3910 4300 4250 Ас 16 7. 18/X I 1650 1850, St — 2,4 9 5,6 0,2 ю 11 0, —8. 19/X I Ns 620 1870 1835 юв 7. 1100 20 /X I 800 в 0.1 Sc 7. 1300 — 9. 2000 3000 1. 21 /X I 2900 юв Ac — 1 7.2 7.5 28 /X I 500 2650 — 4. Ns юв 8.5 ' 0.0 1100 1450 2 9 / XT Sc юв — 1 1,5 6.3 0,1 200 4500 0. 1/Х П 1990 юз N s— As — 9. 200 1/Х П 3480 юз N s— As — 1 5.0 0,4 —10. З/Х П 1730 (Ю З) Ns 1600 1930 9.5 0,1 З /Х П 1060 9. 1600 1930 (Ю З) — 5.0 0,1 5/X II 230 (Ю З) 5 4. Sc 800 725 — 5.5 1,7 7/Х П Sc 1290 1700 1550 (Ю З) — 1 0,5 0,9 5, -1 2, 7 /X II (Ю З) Sc 1700 1290 2,9 8.0 0, 11/X1I Sc 1600 1455 (С З ) — 7. —10. 11/X II 740 920 (С З ) 4.5 2 4,8 13/X II 5. 450 700 0.8 555 (Ю З) — 7, П р и м е ч а и и е. П од эффективным ради усом п одр азум евается ради ус о б ­ лачных капель, даю щ их наибольш ий вклад в водность облака.

Т аб л и ц а 34 п оказы вает, что хлориды присутствовали во всех без исклю чения п робах облачны х элем ентов, причем кон ц ен тра­ ция СК 'К0ле|балась от 0,06 д о 44,il0 :М г/л.,Как видно и з таб л. Зб, концентрация С1' в слоисто-дож девы х о б л а к ах значительно меньш е, чем в слоисты х и слоисто-кучевы х. П ри этом н аи боль­ ш ая концентрация хлора к а к во ф ронтальны х (N s, A s), т а к и во внутрим ассовы х о б л а к ах (St, Sc) зареги стри рован а в районе М осквы.

П о-видимом у, зн ач и тельн ая часть хлора в индустриальны х рай о н ах возни кает из ды м ов промы ш ленны х предприятий, со­ д ер ж а щ и х свободны й хлор или НС1, которы е растворяю тся затем в облачны х каплях. И з-за больш ой гигроскопичности НС капли, со д ер ж ащ и е ее, могут быстро расти- путем -конденсации д а ж е при сравн и тельно м алой отн оси тельной 'влаж н ости воздуха.

Рост сод ерж ан и я хлора в о б л а к ах н ад промы ш ленны ми р ай о ­ нами был т ак ж е обнаруж ен М енцлем, сравнивш им состав о сад ­ 9* ков в промы ш ленном районе (Д еннерсберг) и в области со слабо развитой промы ш ленностью (Д а х а у ).

П овы ш енное содерж ан ие хлор-ионов в слоистых и слоисто-ку­ чевых о б л а к ах отчасти мож но объяснить тем, что S t и S c обычно наблю даю тся на меньш их высотах, чем N s—As, т. е. в той части атм осф еры, где количество взвесей, в том числе и ядер конден­ сации всех типов, наибольш ее. О днако из таб л. 34 н ельзя з а ­ клю чить, что количество СГ и высота облаков связан ы одно­ значно. О тсутствует п одобная связь и м еж ду концентрацией С и наличием в о б л а к ах или н ад ними инверсии. П о-видимому, основную роль играю т здесь разм еры облачны х капель, по­ скольку, к а к будет п оказан о ниж е, концентрация примесей св я­ зан а с ними весьм а тесно.

Т а б л и ц а К о н ц е н т р а ц и я С1' в о б л а к а х р а з л и ч н ы х ф ор м Концентрация (м г /л ) Районы сбора проб средняя мин. средняя мин. макс. макс.

Ns — As St-Sc 1 7, М о с к в а............................................... 3,5 2 7,3 4 4,1 11, С вердловск — Казань.... 0,0 6 0,4 5 0, 0,1 3 2 4,8 0,5 0 0,3 А р х а н г е л ь с к................................. 0,0 6, Л е н и н г р а д.......................................... 3,8 9, С. М. Ш метер впервы е п оказал, что концентрация хлоридов тесно с в я з а н а 'с разм ерам и капель облаков (рис. 41). Н и ж н яя часть кривой на рис. 41 построена на основании измерений, про­ веденны х этим автором в об лаках. Д л я продления кривой в об­ л асть более крупных капель были использованы данны е Е. С. С е­ лезневой [193, Р. И. Грабовского, М енцля и особенно Д. Т ер­ нера [601] о химическом составе капельны х осадков.

Н а рис. 41 видно, что кри вая зависим ости концентрации хлор ионов от разм еров капель м ож ет быть разб и та на три участка.

П ервы й участок, соответствую щ ий кап л ям с радиусом от 1 до 15— 20 fj,, х ар актери зуется уменьш ением концентрации СГ с уве­ личением р азм ер а капель. 'Н а втором участке в каплях с р ад и у ­ сом от 20 до 100— 200 [X концендр'ащия хлоридов практически о дин акова. Н а третьем участке при дальнейш ем росте капель концентрация хлоридов увеличивается.

П одобны й х ар актер кривой м ож ет быть объяснен различием в процессах роста капель д л я разн ы х участков спектра их р а зм е ­ ров. Очевидно, что при росте капель за счет одной конденсации концентрация хЛора будет убы вать пропорционально кубу р а ­ д иуса капли. П ри коагуляционном росте кап ель возм ож но два случая. П ри коагуляци и капель с одинаковой концентрацией примеси (наприм ер, С1') концентрация ее будет оставаться не­ изменной. Е сли ж е коагули рую т капли с различной кон ц ен тра­ цией примеси, то кап л я, о б р азо в ав ш ая ся после слияния, будет иметь некоторую промеж уточную концентрацию. П оскольку пер­ воначальн о к а к более крупные, т а к и м елкие облачны е элементы возникли за счет кон ден сац и ­ ГиЦ онного роста зароды ш евы х ка лепь, то кон ц ен трац ия хлорида к м оменту н ач ал а коагуляции в м елких облачны х элем ен тах о к а з ы в а е т с я ' больш ей, чем в крупных. С ледовательно, отно­ си тельн ая концентрация хл о­ ридов в каплях, о б р а зо в а в ­ ш ихся з а счет коагуляци и к а ­ пель неодинаковы х разм еров, д о л ж н а в о зр астать по мере увеличения ipasMieipa образую ш;

ихся новы х капель. Ход кри ­ вой на рис. 41 м ож ет быть о б ъ ­ яснен следую щ им образом.

Л инейное уменьш ение л о г а ­ ри ф м а концентрации хлор-ио нов с возрастани ем логари ф м а р ад и у са капель, характерн ое д л я г 2 0 [X связан о с тем, что, в этой области им еет место только конденсационны й рост облачны х капель. Д а л е е на укрупнение облачны х элем ен ­ тов все больш ее и больш ее Рис. 41. Зависимость концентрации влияние о казы в ает коагуляци я хлора в облачной воде от среднего капель. Это п роявляется в по­ ради уса капель облаков и осадков.

степенном зам едлении скоро­ сти ум еньш ения концентрации С1' с ростом рад и уса капель вплоть до того, что, начин ая с определенны х р азм еров облачны х элементов, она становится постоянной и д а ж е начин ает у вел и ­ чиваться. О тсутствие достаточны х данны х прям ы х наблю дений д л я облачн ы х капель с r i20 ц не позволяет, к сож алению, оп­ ределить этим методом, начиная с какого р а зм е р а рост капель происходит исклю чительно за счет коагуляции.

Очевидно, что и злож енны е законом ерности вы полняю тся только в чисто капельн ы х о б л а к ах (безразлично — теплы х или п ер ео х л аж д ен н ы х ). (При наличии в об лаке кр и сталл о в сущ ествен­ ную, роль и грает п ереконденсация на них водяного п ара. П о­ этому в см еш анны х о б л а к ах корреляц и я м еж ду разм ером к а ­ пель и содерж анием в них химических примесей д о л ж н а н ар у ­ ш аться. У казанн ое обстоятельство было подтверж дено в опытах Т ернера [601] (В 1955 г. И сследуя зави си м ость солености осадков от р азм ер о в капель, он наш ел, что в о сад к ах из см еш анны х об­ л ак о в зави си м ость концентрации хлоридов от разм ер о в капель почти незам етн а. В осадк ах ж е из теплы х об лаков (опыты про­ изводились на Г авай ских островах) об н аруж и вается четкий ми­ нимум солености капель с радиусом 150— 200 |л.

§ 24. М И К РО С ТРУ К ТУ РА К РИ С Т А Л Л И Ч Е С К И Х (Л Е Д Я Н Ы Х ) О БЛ А К О В В аэролопии ледян ы е кр и стал л ы свободной атм осф еры обы чно п одр аздел яю т на собственно облачны е кри сталлы и э л е ­ менты твёрды х (ледяны х) ш дро,метеоров. К первы м относятся столь м алы е кри сталлы, что они практически не п ад аю т или п а ­ д аю т очень м едленно со скоростям и, не превы ш аю щ им и несколь­ ких см /сек., сам ое больш ее 10 см/сек. Ко второй относятся кр и ­ сталлы больш их разм еров — 0,5 мм и более, об ладаю щ и е скоро­ стям и п аден ия п оряд ка 1 м/сек. и более, которы е могут проходить в о б л а к ах и вне об лаков значительны е пути падения, а при б л а ­ гоприятны х услови ях достигать и поверхности зем ли Ч Ф ормы облачны х кри сталлов более просты, т а к к а к они, н а­ ходясь длительное врем я в почти одинаковы х условиях, растут, со х р ан яя (или м а л о м еняя) форму. Н аоборот, частицы тверды х гидром етеоров (снеж и нок), зароди вш ись, к а к те ж е облачны е кристаллы, при тад ен и и р асту т и р азв и ваю тся при п ер е­ менных внеш них условиях, вследствие чего их ф орм а зн ачи ­ тельно услож няется. П оэтом у их пром еж уточны е и окон чатель­ ные форм ы весьм а разн ооб разн ы и слож ны и они часто до н е­ у зн аваем ости отличаю тся от п ервоначальн ы х ф орм облачны х кристаллов.

В природе кри сталли ческие о б л а к а могут к а к состоять из одних облачны х кри сталлов, т а к и вкл ю чать снеж инки. З д есь мы р ассм атр и ваем главны м образом именно первы е и лиш ь не­ много к асаем ся элем ентов тверды х осадков.

И зучение ледян ы х кри сталлов осадков н ачалось давно. Е щ е в XVI в. знам ениты й датский астроном Т и хо-де-Б раге зар и со в ы ­ в ал формы снеж инок. П одробны е н аблю дения н ад снеж инкам и проводили в конце XIX в. и в первой половине XX в. А. И. Сиг сон, Б ентлей, И. Б. Ш укевич, Д обровольский, Гейм, Б ерг, П.'А. Ч ирвинский, А. М. К асаткин, П. А. В ейнберг, И. (]. А ста­ пович,. Н а к а я, А. Д. Зам орски й и др. [557]. И ми были сделаны ' Такое деление, конечно, в значительной степени формально. О днако оно удобн о при описаниях облаков и при решении некоторых практических задач.

С ледует такж е указать, что для сферических капель деление по их размерам или по скорости падения весьма просто. Д л я кристаллов это сделать труднее, так как скорость их падения зависит не только от разм еров, но и от формы кристалла и поэтом у различие м е ж д у, твердыми частицами облаков и элем ен­ тами осадков является несколько неопределенным.

многочисленные ф отограф ии снеж инок, составлены подробны е описания их ф орм и р азр аб о тан ы д етальн ы е класси ф и кац и и ви­ дов тверды х осадков [502].

Н аоборот, исследования облачны х кри сталлов непосредст­ венно в о б л а к ах начались лиш ь в последние д ва десятилетия.

Л и ш ь в 1943— 1945 гг. В ейкм ан [554] соверш ил д л я этой цели ряд полетов в о б л а к ах Ci, Сс, Cs, Ас, As и др. В 1950— 1955 гг. строе­ ние кристаллических об лаков и зучалось при полетах на сам ол е­ т ах iB Цб'нтр1 ль а ной аэрологической обсер1 ато|рии А. М. Б орови ­ в ковым [18], а т а к ж е в Г лай най геофизичаакой обсе|рват:ории Г. Т. :Крю,ковой, А. П. Чуваевьгм, М. А. Х имач и др. В 1902— 1954 гг. Ф. Я. К линов [98] в В ерхоянске исследовал кристаллы Рис. 42. Иглы.

свободной атм осферы, у л ав л и в ая их при подъём ах привязны х ш аров.

Эти работы пока ещ е немногочисленны, однако они все ж е д аю т возможнос-ть составить более или менее полное п ред став­ ление о строении кристаллических об лаков и о ф орм ах облачны х кристаллов.

К ак известно (гл. I, § 11), начальной формой всех облачны х кри сталлов яв л яе тся гексагон ал ьн ая (ш ести гран н ая) п ризм а.

В дальн ей ш ем в зависим ости от условий роста кри сталлов их' р азви ти е и дет в нап равлен ии главной или побочных осей или более слож ны м путем. В р езул ьтате об разую тся кри сталлы р а з ­ личны х форм. С огласно § И, м ож но разл и ч ать три типа кр и стал ­ лов;

столбчаты е, пласти н чаты е и неправильны е.

П ервы й тип вклю чает кристаллы в виде ш естигранны х призм, у которы х д ли н а боковых граней в несколько р а з превы ш ает р азм ер ы оснований или в крайнем случае соизм ерим а с ним. Сю ­ д а относятся следую щ ие кристаллы.

И глы (рис. 4 2 ). Очень тонкие длинны е столбики с плохо р а з ­ личимы м п ризм атическим строением, и ногда имею щ ие ступен чато заостряю щ и еся концы. И глы всегда сплошные, без каких либо воздуш ны х вклю чений и пустот внутри. Д л и н а их колеб ­ л ется в очень больш их п ред елах — до 2— 3 мм.

Столбики (рис. 43). К ристаллы в ви д е прям ы х ш естигранных призм или ш естигранны х приз-м, заостренны х на 'Одном конце, т. le. ком бинаций призм ы и пирам иды (рис. 43 в ). П оследние часто н азы ваю т «снарядикам и». Д л и н а столбиков колеблется Рис. 4Э. Кристаллы-столбики.

а — столбики с воздушными пузырьками, б — столбики с «гирьками», в — снарядик, г — снарядик с открытой воздушной полостью («бокал»), от 40— 150 Д О 400—1500 [х и в среднем р а в н а 100—^300 (л. И ногда встречаю тся столбики, у которы х р азм ер ы оснований соизм ерим ы с длиной.

С толбики могут быть сплош ными, однако чаще, они имею т внутри либо зам кн уты е воздуш ны е вклю чения в виде вытянуты х пузы рьков воздуха (рис. 43 а ), конусов или «гирек» к ак бы — системы цилиндриков различного д и ам етра (рис. 43 6 ), — либо больш ие откры ты е с основания в о зд у ш н ы е,полости (|рис. 4 3 г ).

Столбики-близнецы и пучки столбиков (рис. 44). К ристаллы столбики или снарядики, соединенны е попарно или в больш ем числе, выросш ие из одного зарод ы ш а. Они всегда пустотелы е или имею т воздуш ны е вклю чения. С толбики-близнецы имею т вид двух подобных кри сталлов, к а к бы сросш ихся основаниями.

П учки столбиков (часто н азы ваем ы е «ком плексам и», «еж ам и»

и т. п.) напом инаю т д рузы кристаллов, звезд ообразн о р азр о с­ ш ихся из одного основания (рис. 45). Пучки, к а к правило, со­ сто ят из снарядиков. Ч исло криоталлов, составляю щ их пучок, и зм ен яется от 3—4 (реж е) до 7— 10 и более (ч ащ е).

Рис. 44. Столбики-близнецы.

Ко второму типу относятся кристаллы, имею щ ие вид п ло­ ски х правильны х или, реж е, неправильны х ш естиугольны х п л а ­ стинок, у которы х р азм еры основания во много р аз превы ш аю т толщ ину. В стречаю тся т а к ж е пластинки неправильной формы, ч асто просто осколки разб и ты х ш естиугольников. К ним можно, отнести:

Тонкие пластинки (рис. 4 6 ). Очень тонкие, прозрачны е п л а ­ стинки, часто имею щ ие внутренню ю структуру обычно в виде ш ести лучей, р асходящ и хся из ц ентра, иногда с м аленьким по Рис. 45. Пучки кристаллов.

до бн ы м ш естиугольником, располож енны м в центре (рис. 46 6, 46 в ). Р азм е р ы так и х пластинок колеблю тся от нескольких д е­ сятков до 200— 400 при толщ ине от 2 до 20— 30 [х.

Толсты е пластинки (рис. 47) — лед ян ы е пластинки п р ав и л ь ­ ной ш естиугольной формы, отличаю щ иеся от. преды дущ их зн а ­ чительной толщ иной — до 100 [Л Они редко имею т неправильную.

•форму и обычно о б л ад аю т внутренним лучисты м рисунком, -а иногда и воздуш ны ми вклю чениями. У некоторы х из них бо­ ковы е грани имею т ребристую поверхность.

Н аконец, к третьей группе относятся кристаллы неправильной или 'неопределенной фор'мы (рис. 48). С ей час нельзя с уверен­ ностью ск азать, д ей стви тел ьн о'л и это естественная ф о р м а к р и ­ сталлов или это кристаллы ка'них-то п равильн ы х форм, но р а зб и ­ тые или частично оплавленны е при улавливании. Боровиков отнес к этой ж е группе и кристаллы, и зображ ен н ы е и а рис. 48. Они имею т вид пирамид с ш естигранны м основанием и ребристой Рис. 46. Тонкие пластинки.

а — простая пластинка, б — пластинка с лучами, в — пластинка с лучами и подобным шестиугольником.:

поверхностью граней. |По-видимому, многие из них им ею т внутри пустоты подобной (формы. Ф ормы этих кри сталлов схожи с кри ­ стал л ам и 'И'нея, ш аблю давш имиоя на н азем ны х !предметах А. М. К асаткины м н а З ем л е Ф ранца-И осиф а..

К а к п оказы ваю т результаты полетов в кристаллических об ­ л а к а х, определенны е формы кри сталлов об разую тся при опреде­ ленны х тем пературах.

Т ак, согласно В ейкм ану [621], [622], в и нтервале тем ператур от О до — 20° образую тся главны м об разом пластинки, при тем ­ пер ату р е от — 15 до — 35° — сплош ные столбики и толсты е п л а ­ стинки и в д и ап азо н е от — 30 д о — 60° — полы е призм ы и пучки призм.

А. М. Боровиков [18] во врем я своих полетов н аб лю д ал тон ­ кие пластинки при тем п ературе от О до — 16°, толсты е п л а ­ стинки — в и н тервал е от — 16 до — 25°, столбики — от — 13 до fi ж хж ' W Рис. 47. Толстые пластинки.

— 30°, причем в н ач ал е этого и н тервал а преимущ ественно сплош ­ ные, а в конце в основном с внутренними пустотам и и и зред ка полые. П учки призм встречались начиная с — 20, — 25° и ниж е.

Рис. 48. К ристалл неправильной формы (а') и пирамиды (б ).

а.неправильные ф ^рм ы — д иа па з о не ^1Ю —128°, причем п и р а ­ —, миды наблю дали сь только в узкой полосе тем ператур от — до — 28°.

Н а рис. 49 у казан ы тем пературн ы е области различны х форм кри сталлов по наблю дениям около верхней границы облаков, где наблю даем ы е условия тем пературы мож но считать наиболее бли зким и к условиям об разован и я кристаллов. П ри н аб лю д е­ ниях кри сталлов в других частях о б л ака трудно проверить, об­ р азо в ал и сь ли они здесь или занесены из других частей об лака.

Эти результаты в общ ем согласую тся с данны м и назем ны х наблю дений н ад полярны м снегом в А рктике и А н тарктике (В естман, Г ей м ), при которы х был обнаруж ен такой ж е порядок смены ф орм кри сталлов в зависим ости от тем пературы.

О собенно интересно хорош ее согласование этих резул ьтатов с данны м и В ал л я, проводивш его наблю дения над образованием кри сталлов в призем ны х п ереохлаж денны х тум анах, т. е. за в е ­ домо при наличии насы щ ения относительно воды. Он установил, что при тем пературе — 2, — 7° возникали только иглы, от 8 до — — 18° о бразовы вали сь гексагональны е пластинки и пластинки в виде зве;

^д. П ри тем и ературе ниж е — 18° п р ео б л ад ал и тол сты е Темпеоатирд 9орм а -5 -10 -15 -20 -25 -3Q° ш ш шш, Пластинки тонкие -Пластинки толстые Ж ШШ, Столбики Нгпоавильные Рис. 49. Температурные интервалы распространения кристаллов разных форм на верхней границе облаков.

пластинки и м аленькие столбики (иногда с внутренними пусто­ т ам и ), а ниж е — 25, — 30° наблю дали сь главны м образом пусто­ телы е призмы.

К а к видно, согласование с резул ьтатам и наблю дений в поле­ тах хорош ее. И склю чением явл яется только возникновение в зо ­ не — 2, — 7° игл, никогда не наблю давш и хся в об лаках. П о-ви­ дим ом у, эта ф орм а кри сталлов присущ а только призем ны м слоям.

Н аконец, эти результаты достаточно хорош о увязы ваю тся:

с р езу л ьтатам и л аб ораторн ы х исследований (см. гл. I).

Н абл ю д ен н ая зависим ость форм облачны х кристаллов от тем пературы удовлетворительно объясняется теоретическими со­ ображ ени ям и о ф орме роста кри сталлов, приведенными у ж е в § 11 гл. I.

Д ействительно, к ак следует из раб от Ф ольм ера [606], К ры ­ станова [433], [434], М ар ш ал л а и Л ан гл еб ен а [474] и др., в усло-^ ВИЯХ, когда величина абсолю тного пересы щ ения надо льдом в е ­ лика, а относительного м ал а ( 1,0— 1,2), вероятность возникнове­ ния плоских зароды ш ей (ф орм ирования основания) незначи­ тельн а, но тангенциальны й рост кристаллов, (ф орм ирование р е­ б ер ), н аоборот,.происходит быстро. В результате долж ны о б р а­ зовы ваться главны м об разом гексагональны е пластинки.

К огда ж е абсолю тное пересыщ ение м ало, а относительное велико (больш е 1,2 ), вероятность об разован и я плоских зар о д ы ­ шей увеличивается, а скорость тангенциального р о с т а. кри ст а я л а yiMeHbmiaeTOfl. (В р езул ьтате д о л ж н ы возникать и р ш м у щ е СТ1 В0НИО кристаллы, р азв и ты е вдоль гла'В!Ной оаи т. е. гек саго н ал ь­ ные призм ы (стодабики).

В реальной атм осф ере первое условие (значительное аб со­ лю тное и м алое •оггноаительное пересы щ ение) вы полняется чащ е при тем п ер ату р ах выщ е — 20°, а второе — с — 20° и ниж е. С ледо­ вательно, до тем пературы — 20° долж н ы п реоб ладать пластинки, а н иж е нее — столбики, к а к это действительно и наблю дается в облаках.

У казанн ы е выш е сооб раж ен и я объясняю т и о б разован и е не­ которы х разновидностей основных форм кристаллов. Н априм ер, пустотелы е столбики (см. рис. 43) и пучки так и х столбиков, к а к известно, н аблю даю тся преимущ ественно при тем п ературе — 30° и ниже. Е сли считать, что д л я их о б разован и я требуется насы щ е­ ние относительно воды, то, следовательно, рост их происходит при нагаичии очень больш ого отнооительнопо пересы щ ения надо льдом, п о р яд ка 130— 140%. П ри таких больш их пересы щ ениях отлож ение поверхностны х зароды ш ей на к р а я х и у гл ах к р и ­ с т а л л а происходит значительно быстрее, чем в центре осн ова­ ния. В следствие этого плоскость основания не успевает ещ е пол- ' ностью застроиться, а на к р а я х у ж е н акл ад ы ваю тся новые и но­ вы е плоскости реш етки. В р езул ьтате основание призм ы растет в виде кольца. П ри этом рост по к р аям ещ е более ускоряется, кольцо становится все уж е, возни кает внутренняя полость, по­ степенно все более расш и ряю щ аяся.

П о-видимом у, эта ж е причина — крайн е энергичное о б р азо ­ ван ие поверхностны х зароды ш ей при больш их относительны х п е­ ресы щ ениях — обусловли вает возм ож ность роста нескольких кри сталлов из одного ц ентра, т. е. о б разован и е кри й -аллов-бли з нецов и пучков кристаллов. К ак у ж е сказан о, близнецы или пучки всегда состоят из пустотелы х призм.

Е сли в дальнейш ем так и е пустотелы е кри сталлы попадаю т в условия с.м еньш им относительны м пересыщ ением, то скорость роста по кр аям ум еньш ается, плоскость основания успевает застр о и ться полностью и своб одн ая полость перекры вается — вовяикаю т кр и сталл ы с вну-11ренними пустотам и (см. рис. 43 в ).

Д ругая разновидность кри сталлов — толсты е пластинки (рис. 47) — п р ед ставл яет собой переходную ф орм у м еж д у п р и з­ мами и п ластинкам и. Они н аблю даю тся обычно при тем п ерату­ р ах несколько выш е — 20°, т. е. когда величина пересы щ ения т а ­ кова, что создаю тся условия д л я весьм а гармоничного роста кри ­ стал л а к а к в норм альном, т а к и в тангенциальном направлении.

И плоскости оснований, и боковые грани застр аи ваю тся при­ мерно одинаково быстро — образую тся толсты е ш естигранны е пластинки.

В последую щ ие стади и ж изни облачны х кри сталлов их перво­ н ач ал ьн ая ф орм а м ож ет сущ ественно изм еняться. П ереход их в другие условия тем пературы и влаж н ости об условли вает и иные условия разви тия кристаллов. Н априм ер, столбики, вы п а­ д а я в ниж ние слои, иногда попадаю т в зону достаточно высоких тем ператур и больш их значений абсолю тного пересы щ ения, т. е.


в условия, обусловливаю щ ие преимущ ественны й и достаточно интенсивный тангенциальны й рост кри сталлов. П ри этом на основаниях призмы м ож ет н а ­ чаться об разован ие пластинок, иногда достигаю щ их зн а ч и ­ тельны х разм еров. В озникаю т кристаллы «запонки» (соглас­ но терм инологии З ам о р ск о го ), и зображ ен н ы е на рис. 50.

Точно т а к ж е при п о п ад а­ нии пластинок в зоны с тем пе­ ратурам и — 10, — 14°, т. е. в и нтервал тем ператур, в кото­ ром абсолю тная разн ость уп ­ ругостей насы щ ения н ад водой Рис. 50. Кристалл запонка. и льдом достигает м ак си м ал ь ­ ного зн ачен ия, и ласти н ки «ка-.

зы ваю тся в Oico6o благогариятных для их роста условиях, когда имеется больш ой избы ток «строительноло вещ ества»— ^в1 дя®ого о пара. В следстви е больш его притока вещ ества к углам кри сталл а Рис. 51. Звездочки-дендриты.

по сравнению со средней частью ребер на них могут образо ватыся лучи. В.результате кристаллы приобретаю т звездчаты е и дендритны е формы (рис. 5 1 ), ияог!да сильно разветвленны е.

Т аким образом, ф орм а кри сталлов, составляю щ их о б л ака, з а ­ висит от тем пературы и влаж н ости внутри об лака, а та к ж е от их изменений и соответственно только косвенно зави си т от высоты облаков и их мощ ности. {Е'сли мощ ность о б л а к а невели ка, то соот­ ветственно м ал и д и аи азо и темш ературы и влаж н ости в нем и формы кр и сталл ов в так ом 016л а к е однородны (рис. 52). Если ж е мощ ность о б л а к а и д и ап азон тем ­ п ературы и в л аж н о сти -в нем зн ач и ­ тельны, то в ел и к а и.неоднородность ИП ооставляю щ их ©го облачны х кр и ­ сталл,ов. К ристаллы в ниж ней части так о го о б л ак а им ею т совсем другую 1р'му, чем у его, верхней границы ф. (рис. 53).

И м ею щ иеся данны е о строении кристаллических облаков позволяю т -20 постр-оить некоторы е схемы. Н иж е приводится схем а распредадения кри сталлов в атм осф ере, с о с т ^ л е н / Ним 'О О О О ОООО -10 0 о о -Ю ОоОо°о W ОООО Ns Sc IBШ1952г.

1211351г.

фз Df О!

Р ис. 52. С хема строе­ Рис. 53. Схема строе­ ния однородны х о б ­ ния неоднородны х о б ­ лаков. лаков.

/ — столбики, 2 — пуч*' 1 — тонкие пластинки^ ки, 3 — толстые п ла­ стинки, 4 — тонкие пдастинки.

на-я В ейкм аном {622] в.1947 г., несколько до.полненная м атер и а­ ’ лам и н аш и х.отечеств.внных последователей.

1. Н и ж н яя троп осф ера (незначительное пересыщ ение надо льдом, б ольш ая абсолю тн ая влаж н ость, тем п ература от О до — 15°) — область N s и нижней части системы N s— As — тонкие п ластинки и звездочки.

2. с р е д н я я тропосф ера (среднее пересыщ ение надо льдом, ср ед н яя абсолю тн ая влаж н ость, тем п ература от — 15 до — 30°) — о бласть As, А с в верхней части системы N s—As — толсты е п л а ­ стинки, столбики (реж е неправильны е формы и пучки столби­ ков).

3. В ерхн яя тропосф ера (больш ое пересыщ ение надо льдом, незн ачительн ая аб солю тн ая влаж ность, тем п ература от — 30 до — 60°) — область Ci, Сс, Cs — преимущ ественно пустотелы е стол­ бики (объединенны е в близнецы или п учки).

§ 25. М И К РО С ТРУ К ТУ РА СМ ЕШ АННЫ Х О БЛ А К О В С м еш анны е о б л ака состоят к а к из капель, т а к и из ледяны х кристаллов, т. е. по своем у строению являю тся промеж уточным и м еж ду чисто водяны ми и кристаллическим и об лакам и. С м еш ан­ ное строение о б л ака м ож ет возникнуть или в р езул ьтате о б р а­ зован ия твердой ф азы — кристаллов непосред­ ственно в водяном облаке, либо за счет п о ­ п ад ан и я их в в’ гяное облако извне, н ап ри ­ Й мер, при вы падении и з рааполож енн ы х выше ледяны х облаков.

Смеш анны е о б л ака могут быть см еш ан ­ ными по всей их толщ е или иметь слоистое W строение, при котором водяны е слои череду­ ются со смешаинььми и кристаллическим'и.

Е. Г. З а к [69] на основе обработки больш ого числа зондирований ф ронтальны х N s в ы д ел я­ ет три типа строения смеш анны х облаков;

20 а) о б л ака, состоящ ие во всей толщ е из смеси п ереохлаж денны х кап ел ь и кристаллов;

б) об лака, состоящ ие из п оследователь­ ных слоев водяны х капель и ледяны х кри. сталлов;

V —.—.в) о б л ака, состоящ ие из трех или. четы рех ;

О...

5 ю 1 20fl слоев (водяной теплый, водяной переохлаж денный, сглешанный и лед ян ой ), Рис. 54. Спектр капель в сме- Тип «а», т. е. о б л а к а см еш анны е по всей толщ е, встречается значительно чащ е, чем шанных облаках.

д ва других. Т ак, по данны м Е. Г. З а к, повто­ ряем ость тйпа «а» р ав н а прим ерно 52%, типа « б » — 28% и типа «1В» — 20 %. '.

С м еш анное облако м ож ет сущ ествовать длительное время.

Е го постепенная перестройка, главны м образом увеличение кри­ сталлической части о б л а к а за счет капельной, вы зван а перегон­ кой п ар а с капель на кристаллы, б л аго д ар я чему капли в конце концов испаряю тся, а кри сталлы растут. П р авд а, н овооб разова­ ние капель в об лаке п одд ерж и вает д о некоторой степени сущ е­ ствование его водяной части, однако возникаю щ ие кап ли так ж е быстро и спаряю тся, и поэтому капли в см еш анны х о б л аках значительно мельче, чем в.водяны х. Н аиболее часто здесь н а­ блю даю тся капли радиусом 2— 3 [л, и спектр отличается узким резким м аксим ум ом и отсутствием ш лейф а крупных капель.

Х арактерны й спектр, заим ствованны й из [22], приведен на рис. 54.

Ф орм а кри сталлов в см еш анны х о б лаках, т а к ж е к а к и в кристаллических, определяется величинами тем пературы и влаж ности. П оскольку см еш анны е об лака обычно имею т зн ач и ­ тельную мош ность и д и ап азон тем ператур в них весьм а ш ирок, в различны х ч астях этих об лаков н аблю даю тся кри сталлы р а з ­ личных, в том числе услож ненны х форм. К ром е того, рост кри ­ стал ло в в см еш анны х о б л а к ах происходит в присутствии капель, что т а к ж е ведет к услож нению формы растущ их кри сталлов (подробнее см. гл. I).

С м еш анны е о б л а к а играю т очень важ н ую роль в процессах ф орм и рован ия осадков.

10 Физика облаков г л а в а III МАКРОПРОЦЕССЫ О БРАЗО ВАНИ Я ОБЛАКОВ И КЛАССИФИКАЦИЯ ОБЛАЧНЫ Х ФОРМ П РИ НЦИПЫ КЛАССИФИКАЦИИ О б разован и е облаков всегда бы вает связан о с процессами о х лаж д ен и я воздуш ны х м асс или перем еш ивания теплого -воз­ д уха с холодным. В этих процессах м ож ет участвовать как ади абати ческое охлаж дение, т а к и охлаж ден и е путем, радиации и теплопроводности.

В еличина радиационного охл аж д ен и я безоблачного атм о­ сферного воздуха довольно хорош о изучена и, по В. Г. К астрову, имеет п орядок 2,5° в сутки. К сож алению, роль этого охл аж д ен и я в процессе зарож д ен и я облаков пока почти не изучена;

известны только некоторы е д ан ны е о радиационном охлаж дении верхней части слоя облаков, где и зл учает длинноволновую р-адиацию не только воздух, но и элем енты о б л ак а. Оно способствует здесь усиленной конденсации. О дновременно при понижении тем п ер а­ туры у верхней границы слоя градиент тем пературы в нем увели ­ чивается и о б л ак а зд е с ь обычно принимаю т кучевообразную ф орму, хорош о видимую сверху (см. § 41).

В процессе о б разован и я об лаков некоторую роль м ож ет сы г­ р ать соприкосновение воздуха с холодной поверхностью зем ли или горных с к л 0 в, т. е. турб улен тн ая теплопроводность воздуха.

1Н О на п о р о ж д ает тум ан и низкие слоисты е о б л ака. Об этом д о ­ вольно слож ном процессе будет с к а за н а ниж е, в гл. V.

В атм осф ере важ нейш ую роль и грает адиабати ческое о х л а ж ­ дение. Оно происходит при тех д ви ж ен и ях атм осф еры, которые имею т значительны й вертикальны й компонент, т. е. в вер ти кал ь­ ных или наклонны х восходяш;

их потоках больш ого м асш таба, в атм осф ерны х волнах, вихрях или ж е при беспорядочны х ту р ­ булентны х движ ениях. Это — основные процессы, которы е опре­ д еляю т о б разован ие облаков: от них зави си т интенсивность п ро­ ц есса конденсации и его пространственны й м асш таб, они н а ­ клад ы ваю т свой отпечаток и на форм у облаков, и н а их м икро­ структуру. Д етал ьн ом у изучению этих процессов посвящ ены гл. IV —V III.

о происхож дении о б л а к а и о физических процессах его о б р а­ зо ван и я мы м ож ем получить некоторое представление, н аб лю д ая ф орм у о б л ака, дви ж ени е его отдельны х частей и р азви ти е его со временем. П оэтом у первым ш агом в изучении макропроцессов, п роисходящ их в об лаках, яв л яется подробное н аблю дение их форм, видов и разновидностей.

В прош лы е годы были сделаны некоторы е попытки составить генетическую классиф икацию облаков, основанную на ан ал и зе процессов их происхож дения. Б ерж ерон [276] в 1934 г. п редлож ил делить е б л а к а на три кл асса: настоящ ие кучевообразны е, волни­ сты е и н астоящ и е слоистообразны е. Он предлож ил так о е р а зд е ­ лен и е к а к морф ологическое, хотя по сущ еству оно долж н о было о т р а ж а т ь ф изические процессы п роисхож дения облаков. Э та идея сох|ранила свое значение до аих пор. Д а л е е Берж ерю н п ред лож и л в сочетании с преды дущ ей класси ф и кац и ей ещ е генетико-ф изи­ ческую классиф икацию в зависим ости от м икроструктуры о б л а ­ ков и наличия осадков (наличия § них ледян ы х игл, снеж ной пы ли, снегопада, устойчивого тум ан а, мороси и д о ж д я ).

К сож алению, накопленны е с тех пор дан ны е о м икрострук­ ту р е ещ е не д аю т возм ож ности составить физическую класси ф и ­ кацию об лаков на основании этих данных.

В 1952 г. О. Г. К ри ч ак [107] предлож ил новую схему генети­ ческой классиф икации, вы д еляя следую щ ие классы :


1) о б л а к а упорядоченного подъем а (Ci, Cs, As, Ns, Ac, S c);

2) о б л а к а н еадиабатического о х л аж д ен и я (туман,. St, Sc, Ac, A s);

3) о б л а к а терм ической конвекции (Cu, Cb, Ac c a s t, C c );

4) о б л а к а динам ической конвекции (Cu, C b,-S t, Sc, Cu fr., St f r., C c);

i5) о б л а к а р астек ан и я и оседания (Ac lent.. Sc cuf., Sc vesp., Ac, C c).

Э та кл асси ф и кац и я горазд о подробнее преды дущ ей. П о з а ­ м ы слу автора, она д о л ж н а описы вать не только основны е ф и зи ­ ческие процессы о б лакооб разован и я, но и их многие детали. Т ак, наприм ер, К ри ч ак стави т очень в аж н ы й вопрос о возм ож ности н аблю дать эффект динам ических ф акторов — конвергенции, т р е ­ ния, ф ронтов — при образован ии конвекционны х облаков. К со­ ж алени ю, он не вы делил волнисты х облаков из «облаков у п оря­ доченного подъем а». В м есте взяты е, они образую т довольно больш ую группу, объединяю щ ую сравнительно разнородны е ф и­ зические процессы.

В есьм а интересна попы тка вы делить н еади абати чески е в л и я­ н ия (в то р ая гр у п п а), которы е, несомненно, в ниж них слоях д аю т типичные фчр'мы облаков. М ы сейчас зн аем, однако, слиш ком м ало о н еади абати чески х процессах в более высоких слоях атмо-.

сф еры, и исследование их — дело будущ его.

Т от ф акт, что разли чн ы е формы облаков п опадаю т в разн ы е «классы » К ричака, не д олж ен нас удивлять;

процесс возникно 10* вения той или иной облачной форм ы всегда очень слож ен и мо­ ж ет быть связан с различны м и физическими явлениям и. М ы, н а ­ пример, в гл. V II встретим ся со случаям и, когда в о б ластях об ­ ширных наклонны х потоков (на ф ронтах) об разую тся отдельны е ливневы е о б л ак а или когда эти последние порож даю т, наприм ер, больш ие м ассы — «покровы» высоко-слоисты х облаков.

П оскольку вопрос о современной генетической к л асси ф и ка­ ции о б лако в находится еще в стади и дискуссии, мы будем впредь п ользоваться лиш ь упрощ енной мор'фологической I^лaccифиlкa цией (схем ой), полож енной в основу современны х облачны х а т­ ласов {4], [264]. В аж н ей ш и е черты ее сейчас установлены, по-ви­ димому, прочно. Она служ и т хорош им рабочими инструментом к аж д о м у синоптику и исследователю облаков и н аш л а свое о тр а­ ж ение к а к в современном М еж дународном [264], т а к и в со в ет­ ском А тласе облаков [4].

В месте с тем в гл. IV —^^VIII описаны некоторы е группы о б л а ­ ков, не уклад ы ваю щ и хся в морфологическую схему. Таковы, н а ­ пример, перисты е (гл. V III) и высоко-слоисты е о б л а к а (гл. VI ), выделенны е здесь по п ри зн аку высоты, и ф ронтальны е (гл. VI I ), связан ны е с определенны ми физико-синоптическими процессами.

В опрос о морфологической классиф икации имеет довольно длинную историю. П е р в а я вош едш ая в науку класси ф и кац и я, д ан н ая Г овардом в 1803 г., р а зл и ч а л а три главн ы е «м оди ф ика­ ции» облаков — перистые, кучевы е и слоисты е — и четвертую, слож ную, объединяю щ ую первые три, н азванную им «дож девы е»

об лака. Э та класси ф и кац и я п рим ен ялась при наблю дениях рус­ ских обсерваторий у ж е около 1835 г. О на вош ла в «И нструкцию д л я метеорол©гических станций», составленную д л я них Г. И. В ильдом в 1869 г. в той форме, которая и зоб раж ен а на рис. 55.

П озднее, в 1887 г., Г ильдебрандссон и Э беркром би п ред ло­ ж или свою классиф икацию, выделив 10 основных форм. Эта класси ф и кац и я близко соответствовала современной — лиш ь наш и высоко-кучевы е о б л а к а н азы вал и сь тогда кучево-пери­ стыми, а высоко-слоисты е — слоисто-перистыми. К лассиф и каци я бы ла оф ициально п рин ята к а к м еж д у н ар о д н ая конференцией в М ю нхене в 1891 г. П рим енительно к ней был и здан в 1896 г.

первый М еж дународны й облачны й атл а с [143].

Д ал ьн ей ш ее разви ти е науки и, в частности, возникновение фронтологической синоптики (правильно у казавш ей на наблю де­ ние облачны х форм к а к на очень важ ны й метод д и агн оза состоя­ ния атм осф еры ) застави л о М еж дународную метеорологическую организацию в 1932 г. создать новый атл ас из 175 таб л и ц [145], [265]. В атл асе 1932 г. были и зображ ен ы т ак ж е ком плексы о б л ач ­ ных форм, типичные д л я некоторы х синоптических процессов (так н азы ваем ы е виды неба, asp ects du ciel). Э та идея облачны х совокупностей о к а зал ас ь весьм а плодотворной д л я науки и д л я исследования облачны х систем фронтов, циклонов и т. д.

Рис. 55. Классификация форм облаков из «Инструкции метеорологическим станциям», 1869 г.

в повседневны х наблю дениях сети она бы ла тем не менее м ало и с ­ п ользована. П озднее появились в 1956 г. М еж дународны й атл а с о б лако в (A tlas in te rn a tio n a l des n u a g e s) [264J и в 1957 г. совет­ ский А тлас о б лаков {3]. В ювоей оановной части эти атласы со­ х ран яю т то ж е деление, на 10 основных форм, которое принято в атл а се 1932 г. и которое хорош о зареком ен д овало себя в синоп­ тической п р акти ке за истекш ие 25 лет.

Во всех этих атл а сах были даны и некоторы е фотограф ии облаков, н аблю даем ы х сверху. К сож алению, до сих пор нет окончательной м еж дународной системы классиф икации об лач ­ н ы х форм, н аблю даем ы х сверху. В этом состоит од н а из больш их зад ач будущ их исследователей. Опыт подобной классиф икации д а н в новом советском А тласе облаков 1957 г.

С ущ ествую щ ая м орф ологическая класси ф и кац и я имеет сей­ час очень больш ое значение к а к д л я синоптической и ави ац и он ­ ной практики, т а к и д л я научного исследования. Е е применяю т в с е метеорологические станции мира;

она позволяет б лагодаря этому собирать больш ой и однородный м атери ал наблю дений.

В месте с тем она д ает довольно ясное, хотя и неполное, п ред став­ ление о происходящ их в атм осф ере процессах, об ее устойчивости и движении..

Н адо помнить, что сходные физические процессы создаю т несколько различны е формы облаков на разн ы х вы сотах в атм о­ сфере. В зависим ости от уменьш ения удельной влаж н ости и от пониж ения тем пературы вверх разм еры, плотность и общ ий вид облаков меняю тся. И менно поэтому в п ракти ке метеорологиче ских наблю дений об л ак а д ел я т на ярусы (э т а ж ы ): обычно отно­ сят к верхнему ярусу о б л ака, которы е л е ж а т вы ш е б км н ад зем ­ ной поверхностью ;

к с р е д н е м у — с основанием от 2 до 6 км и к ниж нему • с основанием н иж е 2 км — В советском атл асе особо выделены о б л ака вертикального р азв и ти я (кучевы е,. кучево-Д ож девы е), основание которых обычно л еж и т в ниж нем ярусе, а верш ина м ож ет подним аться до 15 км и выше.

Это деление на ярусы, однако, в значительной м ере услов­ но. О дна и та ж е ф о р м а о б лаков м ож ет находиться н а весьм а' различных вы сотах. Т ак, зарож дени е обычных куч.0вых облаков м о ж е т происходить к ак у зем ли, т а к и на вы сотах до 6— 6- |- км (наприм ер, н а П а м и р е ), или, наоборот, перисты е об лака, типич­ ные д л я больш их высот, в холодном клим ате Восточной Сибири могут спускаться ф актически почти до зем ли. В горных странах отнесение облачности к тому или другом у ярусу становится еще более условным.

^ В М еж дународном атласе 1956 г. даны несколько иные границы верхнего и среднего ярусов для полярных областей (соответственно 3— 8 и 2— 4 км ), ум еренны х (5— 13 и 2— 7 км) и тропических областей (6— 18 и 2— 8 км ).

С оврем енная м орф ологи ческая классиф{1кац и я вклю чает Ш ф орм ()родов) обл'акав. О ни имею т р я д видов и р азн ови д н о­ стей, которы е перечислены в таб л. 36. П оследн яя д ает наглядное п рёдставлен и е о прим еняем ой в С С С Р классиф икации.

К л асси ф и кац и я видов и разновидностей в новом М еж д у н а­ родном атл асе в своих основных чертах практически совп адает с классиф икацией, прим еняем ой у нас. О на, однако, в принципе горазд о менее строга и оставл яет много свободы д л я ини ц иа­ тивы п ользую щ егося ею. В частности, она п озволяет наблю дателю.

составить из со д ерж ащ и хся в ней терм инов д л я видов и р азн о ­ видностей лю бую ком бинацию д л я того, чтобы описать ту или иную н аблю давш ую ся ф орм у облаков. Т акого рода свобода, ко­ нечно, сильно затр уд н и т последую щ ую об раб отку наблю дений.

О П И С А Н И Е О С Н О ВН Ы Х Ф О РМ О БЛ А К О В К верхним о б л акам относятся следую щ ие.

1. П еристы е о б л а к а (C irru s, C i ) — белые волокнисты е об­ л а к а, к ак п равило, очень тонкие и прозрач!Ные, и ногда местама^-.

уплотняю щ иеся в виде неправильны х облачны х м асс или хл о­ пьев. Обычно они столь прозрачны, что сквозь них п росвечивает голубое небо, и солнце или л ун а светят столь ярко, что предметы отбрасы ваю т тени.

П еристы е о б л а к а могут состоять из отдельны х нитей (Ci filo s u s ), иногда к а к бы сильно перепутанны х (Ci in to rtu s ), а иногда имею щ их загн уты е кверху утолщ енны е концы (когтевидные, Ci u n c in u s). П оследн и е указы ваю т, возм ож н о, н а то, что полосы СГ вы п адаю т из мелких более плотны х облаков, располагаю щ ихся р ядам и, или, наоборот, образую т небольш ие уплотнения н ад м е­ стом, где идет конденсация и откуда вы п адаю т снеж инки. Ино-' гда плотны е м ассы перисты х об лаков явл яю тся остаткам и н ак о ­ вален грозовы х об лаков (см. н и ж е), либо сохранивш их свою ф орм у (Ci in c u s -g e n itu s ), либо распавш ихся со временем (пери­ стые плотные, Ci s p is s a tu s )., Q |П ер»сто-кучевы е об л ак а (C irro-cum ulus, С с). И н о гд а тон ­ r.

кие полупрозрачны е перисты е о б л а к а принимаю т ф орм у мелких волн, ряби или правильны х рядов очень мелких волокнисты х об ­ лачны х хлопьев и н азы ваю тся тогда Сс. Н ередко один участок:

слоя Ci м ож ет иметь волнистую структуру, а другой не иметь.

О тдельны е облака' Сс могут иметь вид неправильно р а зб р о ­ санны х обры вков (перисто-кучевы е хлопьевидны е, Сс flo c c u s), а иногда вся м асса их в целом приним ает ф орм у больш их чече виц, протянувш ихся по небу (чечевицеобразны е, Сс le n tic u la ris ).

К перисто-кучевы м относятся ф актически и те конденсацион­ ные следы, которы е нередко образую тся в верхних слоях атм о­ сферы (7— 13 км ) за сам олетом (см. § 57). Эти следы затем р а с ­ п ад аю тся на отдельны е хлопья, вы тягиваю тся вдоль гради ен та dU ветр а в ш ирокие полосы и постепенно испаряю тся.

3. П еристо-слоисты е о б л а к а (C irro -stra tu s, Cs) — б ел ая или г о л у б о в а т а я то н к ая и довольно однородная пелена облаков. Она м ож ет иметь несколько волокнистое строение (нитевидные, Сз fi lo s u s ) или вид однородной пелены (тум анообразны е, Cs nebu lo su s).

В перисто-слоистых о б л аках могут быть яркие оптические я в ­ л е н и я — гало-круги вокруг солнца радиусом 22 и 46°, горизон­ тальны й круг, проходящ ий через солнце, побочные солнца и луны и другие более редкие явления.

П ери сты е ф орм ы облаков, до оих пор остаю тся наим енее и с ­ следованны м и в аэрологии. П оскольку в верхней тропосфере, вероятно, имеют место довольно разн ооб разн ы е'ф и зи чески е про­ цессы о б лакооб разован и я (конвекция, турбулентность, волновое д ви ж ени е и т. д.), тщ ательн ое наблю дение перистых ф орм имеет •большое значение д л я науки. Н а это об р ащ ает больш ое вн и м а­ ние и новый М еж дународны й атл ас облаков.

К средним о б л ак ам (обычно от 2 до 6 км) относятся вы соко­ слоистые и высоко-кучевы е об лака.

4. Высоко-слоисты е об л ак а (A lto -stra tu s, As) — сер о ватая или чуть аи н аватая пелен а, и ногда н ем н ого'волокн и стой или волни­ стой структуры, зак р ы в аю щ ая небо. Они могут быть настолько прозрачны, что солнце и л ун а просвечиваю т сквозь них, к ак светлы е пятна (просвечиваю щ ие. As tra n s lu c id u s ). В иных слу­ ч аях они довольно плотны (непросвечиваю щ ие. As op acu s) и не­ бесные светила не видны сквозь них. И тот я другой вид м ож ет д ав ат ь осадки — зимой, наприм ер, снег, доходящ ий до земли.

В тонких As могут н аб лю д аться яркие цветны е венцы вокруг солнца и луны.

5. В ы соко-кучевы е о б л а к а (A lto-curaulus, Ас) — светлы е об­ л а к а в виде волн, гряд, небольш их клубов или хлопьев, м еж ду которыми ПОЧТИ всегда просвечивает голубое небо. И н огда они сливаю тся в сплош ной покров сравнительно небольш ой мощ но­ сти (непросвечиваю щ ие. А с o p a c u s), в отличие от просвечиваю ­ щ их (Ас tra n s lu c id u s ). Д овольно часто имею т вид чечевиц или си гар с гладки м очертанием (чечевицеобразны е. Ас le n tic u la ris ).

Н екоторы е разновидности Ас носят отпечаток происходящ его в них процесса конвекции. Т аковы баш енкообразны е (Ас castel la tu s ), похож ие н а небольш ие прозовые о-блака СЬ или хлопье­ видны е (Ас flo ccu s), похож ие на мелкие распадаю щ и еся кучевые о б л а к а. В отдельны х случ аях гряды вы соко-кучевы х облаков возникаю т из растекаю щ и хся мощ но-кучевы х (Си co n g.). И з Ас могут вы п ад ать осадки (чащ е всего в ю ж ны х р ай о н ах ), н аблю ­ даем ы е Б виде полос или хвостов и не доходящ ие до зем ли (Ас v irg a ).

Ас образую т сравнительно тонкий'слой, и сквозь их к р ая мо. ж е т просвечивать солнце. Н а тонких кр аях Ас нередко наблю ­ даю тся при этом яркие рад уж н ы е цвета (и р и зац и я).

К нижним о б л акам относятся следую щ ие.

6. С лоисто-кучевы е о б л а к а (S trato -c u m u lu s, Sc) очень сходньг с высоко-кучевы ми, хотя и располож ены гораздо ниж е — обычно на вы сотах до 2 км. Они имею т вид больш их волн или гряд, или ж е крупны х пластин. В п ром еж утках м еж д у ними облачны й по­ кров утончается, м ож ет просвечивать солнце или луна (просве­ чиваю щ ие, S c tra n s lu c id u s ), но голубое небо видно редко. Чаще ж е н аблю даю тся слоисто-кучевы е непросвечиваю щ ие о б л ака (S c o p a c u s). М ож но вы делить вид слоисто-кучевы х кучевооб раз­ ных об лаков (Sc cu m u lifo rm is), связан ны х с процессам и обычной конвекции в атм осф ере. И з них баш енковидны е (S c c a ste lla tu s ) отм ечаю т процесс, сходный с об разован ием ливневы х облаков.

Д невны е слоисто-кучевы е о б л а к а (S c d iu rn a lis) и вечерние (S c v esp e ra lis) явл яю тся продуктом растекан и я кучевы х облаков, либо под инверсией (задерж и ваю щ и м слоем в атм осф ере), либо вечером при оседании и р ас п а д е кучевы х облаков.

З д есь следует отметить, что о б л а к а Sc (так ж е к ак А с и Сс) яв л яю тся результатом сочетания волнообразны х движ ений и в о з­ никновения т а к н азы ваем ой ячейковой циркуляции в атмосфере (см. гл. V ).

7. С лоисты е о б л а к а (S tra tu s, S t) — н и зкая серая пелена,, иногда почти однородная, иногда в ниж ней части сильно и зо р ван ­ н ая со свисаю щ им и неправильны м и клочьями. Н аб л ю д аем ая снизу их ф орм а носит отпечаток порож даю щ его их процесса ту р ­ булентности, беспорядочны х и р азн ооб разн ы х по р азм ер у д в и ж е ­ ний воздуха. В отличие от вида обычных «тум анообразны х» слои­ стых о б лаков (S t n eb u lo su s), м огут н аб лю д аться St, имею щ ие отчасти волнообразны й х ар актер (S t u n d u la tu s ). С лоисты е об ­ л а к а обычно не просвечиваю т, хотя м огут н аб лю д аться все с т а ­ дии S t — от разб росан н ы х по небу обры вков (разорванн о-слои стые, S t fra c tu s ) до плотного слоя. Особой, очень интересной р а з ­ новидностью их явл яю тся т а к н азы ваем ы е разорван н о-д ож д евы е о б л а к а (F ra c to -n im b u s). Они образую т клочковаты й покров^ (иногда лиш ь отдельны е обры вки) под об лакам и, даю щ им и силь­ ные либо д лительны е осадки (N s, As, С Ь ).

Со слоисты ми сходны по внеш нему виду ниж ние о б л а к а третьей формы — Ns.

8. С лоисто-дож девы е о б л а к а (N im b o -stra tu s, N s ) — сплош ­ н ая Серая или ж елто в ато -сер ая пелена, неоднородная и местами д а ж е к а к будто п росвечиваю щ ая К Они, к а к правило, имею т го­ р азд о больш ую мощ ность, чем S t, но н аблю датель, см отрящ ий снизу, ее не всегда оценивает. Это нетрудно сделать, н аб л ю д ая о б л а к а с сам олета.

N s д аю т длительны е осадки и почти всегда связан ы с фрон * В синоптическом к оде N s (точнее, система N s— A s) отнесены к средним облакам, хотя и отмечается, что они обычно распространяю тся и в нижний, слой. П оскольку нижняя граница этой системы почти всегда располож ена не­ высоко. рапионально относить N s к нижним облакам.

там и. Н а синоптической карте поэтому нетрудно отделить боль­ ш ие области N s—As от областей St.

Внутри Ns весьм а неоднородны и вклю чаю т довольно боль­ ш ие светлы е пространства (это видно, наприм ер, при н аблю де­ нии в горах) и д а ж е соверш енно безоблачн ы е горизонтальны е слои. П од Ns нередко расп олагаю тся разорван н о-д ож д евы е об­ л а к а, имею щ ие клочковаты й вид. Внутри м ассы N s иногда воз­ никаю т отдельны е кучево-дож девы е об л ак а СЬ. П ри полете на сам о л ете это зам етно по уплотнению о б л а к а и по усилению ту р ­ булентности;

1?з так и х об лаков вы п адаю т ливневы е — кр атко в р е­ менны е и сильны е осадки.

Н а краю циклонов вы рож даю щ и еся и распадаю щ и еся Ns и м ею т м алую мощ ность ( 1— 2 км) и не даю т осадков.

К о б л акам вертикального разви тия относятся следую щ ие.

9. К учевы е о б л а к а (C um ulus, С и )— отдельны е плотны е белые 'Облака, состоящ ие из клубов или ш апок с плоским и более темным основанием. М еж ду ними всегда имею тся просветы. С ущ ествую т разн о о б р азн ы е переходны е стадии от зар о ж д аю щ и х ся обры вков (Си fra c tu s ), низких (Си h u m ilis), средних (Си m ediocris) до мощ ных кучевы х (Си c o n g e stu s), верш ины которы х иногда д о­ стигаю т уровня 6— 7 км. Ф орма этих облаков позволяет р асп оз­ нать наличие восходящ их токов, крупном асш табной турбулен т­ ности и неодинаковой скорости ветра на различны х высотах, и з-за которой их верш ины могут н аклон яться в одну сторону.

10. К учево-дож девы е о б л ака (C um ulonim us, Cb) — послед­ н яя стади я р азви ти я кучевого о б л ака, дости гаю щ ая иногда в тр о ­ пических стран ах высоты 20,5 км. Д л я нее типично р ас тек а­ ние верхней части об лака, теряю щ его здесь клубящ ую ся ф орм у и превращ аю щ егося в перистую, вытянутую по горизонтали массу. Н е следует см еш ивать вид кучево-дож девы х лысых о б л а ­ ков (СЬ c a lv u s ), растекаю щ ихся, но не приобревш их ещ е волок­ нистой ш апки, с «волосаты ми» (СЬ c a p illa tu s ), имею щ ими такую ш апку. П оследн яя нередко приним ает вид н аковальн и (СЬ in ­ c u s).

СЬ иногда н азы ваю т «ф абрикой облаков»: кром е перистых, они создаю т при растекании на более низких уровнях ещ е слои вы соко-слоисты х (что характерн о д л я тропических стран) и вы соко-кучевы х облаков. И м нередко сопутствую т чечеви ц еобраз­ ные об лака, разли чн ы е виды слоисто-кучевы х и т. д. Н и ж н яя ч асть слоя так и х Sc или As п риобретает иногда характерн ую ф орм у вы м еобразны х (S c m am m atu s, см. гл. V I) и пр.

Г л а в а IV КУЧЕВЫЕ (К О Н В Е К Т И В Н Ы Е ) ОБЛАКА f t Кучевы е и кучево-дож девы е (грозовы е) о б л а к а иначе н азы ­ ваю т об лакам и вертикального разви тия: от основания, расп о ­ лож ен н ого обычно сравнительно низко, они вы растаю т вверх,, иногда весьм а быстро и до очень больш ой высоты.. Они возни­ каю т при конвекционны х д ви ж ен и ях в атм осф ере, когда отдель­ ные м ассы воздуха достигаю т уровня конденсации и подни­ маю тся вы ш е его. В опрос о ф орм ах атм осф ерной конвекции в бо­ л ее или менее устойчивой или неустойчивой атм осф ере до сих пор остается в больш ой мере дискуссионным;



Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 13 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.