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 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 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 8 ] --

сказано выше, температура —8, — Г 2° наиболее часто встре­ чается в облаках N s—A s, можно сделать заключение о срав­ нительно частой неустойчивости фазового состояния в обла­ ках.

Последовательность фаз в облаках N s—As. Т и п ы м и к р о ­ с т р у к т у р ы. Выше уж е указывалось на то, что различные 18 Физика облаков фазы встр'ечаются в неодинаковых сочетаниях и различной по­ следовательности по высоте. Е. Г. Зак выде.ляет следующие типы сочетаний и последовательности фаз во фронтальных облаках.

Тип I —^ чисто водяные облака, содерж ащ ие только капли, большей частью переохлажденные.

Тип 1 Г ~ чисто кристаллические облака.

Тип I I I — облака, состоящие во всей толще из смеси пере­ ^ охлажденных капель и ледяных кристаллов.

% го в) б) а) Ю 20 30 St Ю 20 30 II 10 го 30 ц 3J г) iO «О «О Ю Ю О О О 20 30 ^ 1 30 ц /о 20 Рис. 102. Типичные спектры распределения разм еров капель в капельножидких зонах облаков N s—^As.

а ^ 1 апреля' 1 5 г., 4 92 ср = 10,5 р 6 — 29 марта 1 5 г.,., 97 = 1 [i, 2,. 10,8 [i.

в — 1 ноября 1 5 г., г,ср 7 Типичные спектры распределения размеров в смешанных зон ах облаков, Ns — As.

г — 1 марта 1 5 г., ''ер=3’8 i д — 7 марта 1 5 г., 7 91 91 3,2 ()., е — 1 декабря., 1 5 г., '(.р-3,9 [1..

Тип IV — облака, состоящие из последовательных слоев ка­ пель и юристаллов. ' Тип V —^ облака, состоящие из трех или четырех слоев (водя­ ной теплый, водяной переохлажденный, смешанный и кристалли­ ческий). Слои эти могут располагаться и в другом порядке.

О'с о б е н н о с т и м и к р о с т р у к т у р ы фронтальных о б л а к о в. Микроструктура облаков подробно описана в гл. II.

«o' 18* Мы здесь поэтому остановимся лишь на некоторых особенностях микроструктуры фронтальных облаков.

Приведенные в гл. П, § 16—116 данные о разм ерах капель в облаках N s—A s относятся к водяной фазе этих о’ бла ков. Характер спектра распределения капель в смешанных зонах N s—Аз резко отличен, как это отмечено в § i25, от аналогичных спектров чисто капельных 0 блак0в (рис.,102).

1 'В смешаных зо,нах N s—A s имеются значительно более мел­ кие капли, средний радиус которых соста'вляет 3,5i.i;

чаш,е всего повторяющиеся размеры 2— 3 ц, спектр распределения узкий, с резким максимумом;

«шлейф» крупных капель отсутствует.

Кроме того, в отдельных случаях в облаках, кажущихся чисто -кристаллическими, обнаружено существование очень мелких ка­ пель, наблюдать которые весьма трудно.

Кристаллы. О|собенностью облаков N s—As является одновре­ менное существо,вание различных форм кристаллов в одном и том ж е облаке в соседних его з^онах. По-видимому, происходит проникновение кристаллов из верхних частей облака в ниже расположенный слой. Н аблюдается также образование различ­ ных форм кристаллов в облаках в одинаковых интервалах тем­ ператур. Так, при наблюдениях экспедиции ЦАО {22],116 марта 1962 г. и 18 марта 1951 г. при почти одинаковам интервале темпе­ ратур в облаках (от —1 (1 до —1 в 1952 г. и от —в до —i30° в ill951 г.) во втором случае во всей толщине облака имели место однородные кристаллы в виде хорошо оформленных крупных снарядов (рис. 103), а в перв'ом случае встретились в большом количестве почти иоключительно мелкие бесформенные кри­ сталлы с вкраплением отдельных столбиков.

В облаках N s—A s наблюдается, кроме того, большая измен­ чивость форм кристаллов во времени. Отмечались случаи, когда при зондированиях, проведенных с интервалом в 2 часа, об­ 1— наруживалась полная смена форм кристаллов. По-видимому, форма кристаллов определяется, помимо температуры, также и другими факторами, например, интенсивностью процесса облако­ образования, скоростью роста кристаллов, фазовой структу,рой О'блака и т. д. Д ля уточнения этого вопроса требуются дальней­ шие исследования.

Э в о л ю ц и я м и кр о с т р у к т у р ' ы : о б л а*ков. Разн ообра­ зие фазового состояния облаков N s—As объясняется, с одной стороны, их больщой пространственной,протяженностью и р аз­ личными условиями ф'ормирования облака, а с другой — изменением состояния, облака, т. е. развитием атмосферного процесса. При этом каждой фазе пространственного развития соответствует определенный характер микроструктуры.

Начальной фазе развития облака,, соответствует смешанная микроструктура (тип П1). Во всей толще облака происходит интенсивная конденсация, капли возникают, быстро растут и, поднимаясь со сравнительно большими скоростями в восходя щем потоке, кристалл,изуются. Вследствие непрерывною ново об:равовани1 капель капли и кристаллы сосуществуют длитель­ Я ное время.

Фаза активного облакообразования характеризуется так ж е наличием смешанной микроструктуры. /Продолжается неирерыБ ное возникновение капель, компенсирующее потерю части их в результате кристаллизации,и переконденсации пара с капель на кристаллы. Регенерация кщ ель происходит вначале во всей толще облака, а затем по мере ослабления восходящих движе-.

ний лишь в отдельных, более или менее мощных слоях. Это приводит к переходу микроструктуры в тип V (слоистое распре­ деление обеих отдельных |фаз).

Фаза зрелого облака соответствует, как уж е указывалось, значительному ослаблению 1 осходящего движения. Н овообразо­ в вание капель при этом такж е ослабевает и д а ж е совсем прекра­ щается, число капель уменьшается, капли испаряются и кри­ сталлизуются и облако становится чисто кристаллическим. В о всей толще облака кристаллы различных форм продолж ают расти и с увеличивающейся скоростью выпадают. Этот тип:

микроструктуры соответствует фазе расслоения облачного м ас­ сива (см. § 4 9 ).

И з вышесказанного следует, что имеет место теоное взаимо­ действие синоптических условий и микроструктуры в процессе образования и разрушения фронтальных облаков.

Глава V III ПЕРИСТЫЕ ОБЛАКА О'блака верхней тропосферы —^перистые (Ci, Cs, Сс) — в (На­ стоящее время являются наи(менее изученными из всех видов облаков. Наши сведения об их морфологических характеристи­ ках, условиях образования, физическом строении и т. п. иока ещ е являются весьма приближенными. Лишь в последние годы благодаря мощному развитию реактивной авиации не значитель­ ному увеличению числа полетов самолетов на больших высотах удалось получить достаточно надежные данные о характеристи­ ках этих облаков.

§ 55. ВЫСОТА, МОЩНОСТЬ И ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ПРОТЯЖЕННОСТЬ ПЕРИСТЫХ ОБЛАКОВ Высота уровня распространения перистых облаков заметно меняется в зависимости от широты. В умеренных широтах пе­ ристые облака в основном располагаются в слое от 6,5—7,5 до '9— 1[О км. В среднем высота нижней границы этих облаков здесь около 7 км, верхней —8,15—19,5 км. Однако в некоторых слу­ чаях они находятся значительно выше — до 12—^13 км, а иногда, судя по указаниям пилотов, даж е до 15 км.

В тропических и экваториальных широтах высоты перистых облаков много больше. В этих районах нижняя граница Ci часто раополагается на уровне 112—(13 км, верхняя — на 14—il5 км.

' -Максимальные высоты, на которых здесь встречались перистые облака, достигают Г?— ГВ км, а в отдельных редких случаях 2 0 км. В полярных областях перистые облака, ло-видимому, рас­ полагаются несколько ниже, чем в умеренных;

широтах, но нена­ много. Статистических данных о высотах Ci в этих районах не имеется.

В табл. 64 приведены некоторые данные о средних и макси­ мальных высотах нижней границы перистых облаков в различ­ ных географических пунктах (по Зюрингу [594]).

Высота перистых облаков увеличивается в летние месяцы и уменьшается в зимние. Однако амплитуда §тих колебаний не велика, во всяком случае в умеренных широтах она составляет 0,5— 1,0 км.

Таблица В ы сота Ci— Cs (к м ) П ункт максим аль­ средняя ная 7. Боссекоп (С еверная Н орвегия).. 70°N П авл овск (С С С Р ) — У псала (Ш в е ­ 60 7. ц ия)........................................................

8,7 12. П отсдам (Г Д Р ) — Трапп (Ф ранция) 10, 40 15, Блю-Хилл — Ваш ингтон (С Ш А )..

35 16. М ера ( Я п о н и я )....................................... 1 1.0 14 12,05 20, Манила (Ф илиппины)..........................

11.04 18. Д ж акарта (И ндонезия)...................... 6 °S Высоты нижней границы облаков верхнего яруса характери­ зует табл. 05, заимствованная у А. М. Баранова [0].

В отдельных случаях высота Ci может иногда очень сильно отличаться от средней, однако существуют уровни, на которых перистые облака в данном районе располагаются наиболее часто.

Таблица Повторяемость (%) различной высоты нижней границы облаков верхнего яруса В ы сота (км ) Сезон около 6. 0 7.1 —8.0 8. 1— 9,0 9,1 — 10.0 1 0. 1— 6, 1—7. Зи м а... 34.1 5,2 1, 4 3,6 15, В есна... 4 2,4 2 8.6 17,8 3. 8. Л ето... 3 6,3 3. 26,8 8.4 0, 2 4, О сень... 3 9.4 19,7 0, 3 1.8 3. 5. 3 7,4 3 2. Год.... 3,0 0, 20,1 6, Д ля характе|ристики приведем данные Литлджонса [ о повторяемости (в процентах) высот нижних и верхних границ, Ci—^Cs над экваториальной юго-восточной Азией (табл. 66 ).

В различных географических районах высота этих уровней, конечно, различная: она повышается с уменьшением широты.

Вертикальная мощность (толщина) слоя шеристых облаков колеблется.в широких п р ед ел а х -н о т немногих сотен метров до 5—1 км. Однако обычно толщина их составляет 1,5—2,5 км. Так, по данным В. И. Унукова, средняя толщина Ci около 2 км;

А. М. Баранов [9] соответственно получил 1,8—2,5 км для 279 «фронтальных Ci— C s и около 1 км д л я внутримассовы х. Д ж ей м с 1401] укавы вает, что п реоб лад аю щ ая мощ ность перистых облаков от 1,2 до,1,в км, а М аргетройд и Голудсмит [49l8]— 1— 1,5 км.

Н акон ец,,Н. Г. П челко й Г. Д. Рещ етов, хотя и не приводят статистических даины х, но отмечаю т, что в обработанны х ими полетах наиболее часто встречались об лака C i—C s мощ ностью около 3 им.

Таблица Высота ( к м) Сливается 05 со C^ D со со чс OJ с облаками С* О" СО оо — Число Т рани ц а среднего наблю­ 7 т I ( яруса о о и дений СО o' 2 s' 2~ со - i Н иж няя 3 15 22 9 36 1 В ерхняя 3 10 47 33 в ещ е больш их и р ад ел ах колеблется гори зонтальн ая п ротя­ ж е н н о сть перистых облаков. Ш ирина отдельны х разбросанн ы х по небу хлопьев Ci floe, или С с floe, всего несколько сотен м ет­ ров, в крайнем случае несколько километров, топда к ак об лака C i fil., затяги ваю щ и е весь небосвод, или система C s им ею т п р о ­ тяж ен и е до тысячи килом етров и более. П риведем д л я прим ера дан ны е Г. Д. Р еш етова [1I84] о п овторяем ости (в п роцентах р а з ­ личн ой горизонтальной протяж енности м асс ф ронтальны х C i— C s (табл. 67).

Т а б л и ц а П ротяж енность облаков по нормали к ф ронту (км) о Число Тип фронта 4 о о случаев о о Т о Т“ о с V § л 'О а со Теплы й............................... 15 49 31 5 Холодный....... 59 15 Ф ронт окклюзии.... 16 31 В доль ф ронта массы этих об лаков могут протяги ваться на всю его длину, т. е. тож е на ЮОО км и (более.

1 олож ение перистых облаков тесно связано с высотой тр'опо П паузы. П о данны м тем пературн ы х зондирований, перисты е об л а к а, к ак правило, расгголагаю тся под тр о п о п ау зо й — либо не­ посредственно под ней, л и б о несколько н и ж е е е — на раостояни№ до 1 км, редко больш е. Т роп ап ауза, я в л яя сь мощ ным -задерж и ваю щ им слоем, ограничивает сверху уровень р азв и ти я восходя щ'их движ ений и тем сам ы м, с одной стороны, ш о с о б с т в у е г накоилевию водяного п а р а п од ней, а с другой — пр-епятствует об­ мену с.более вы соко р аш о л о ж ен н ы м и слоями. Э та зак о н о м ер ­ ность бы ла отмечена ещ е М. М. Р ы качевы м в 1910 г., а затем:

подтверж дена рядО;

М авторов;

И. Г. П челко, Г. Д. Реш етовым,.

В. И. У нуковым, А. М. Б аран овы м, Д ж ей м со м, Л и тлдж он сом и др. i В таб л. 68 приведена повторяе­ мость разностей высот тропопаузы и верхней границы перисты х облаков по данны м Г. Д. Р еш етова.

И м енно эта св я зь с тропопаузой о б ъясн яет указаннз^ю ран ее зав и си ­ мость высоты перисты х облаков от широты. П овы ш ение высоты Ci от « Весма Лето Осе'мь.

полю сов к экв ато р у обусловлено со­ ответствую щ им повыш ением высоты Рис. 104. С р е д н я я в ы со т а тропопаузы. Н апом ним, что в сред- — Д нем тр о п о п ау за в полярны х обла- e t c ( по А. М. Б а р а стях р асп о л о ж ен а на высоте 8— 9 км, н о в у ).

в умеренны х ш и ротах— на 10— 12 км и в троп.и1 ескО'М поясе — н а 16— ii8 км. С оответственно меняется^ ч и средняя вы со та Ci от 9— 9j5 км в умеренном поясе д о 14— 15 км тропическом.

в Т а б л и ц а 68' Разность высот верх ней границы C i—Cs и +500 501— 1000 1001—2000 тропопаузы (м ) случаев П овторяем ость (% ) 82 12 4 2 В м есте с тем троп опауза не всегда явл яется верхней гран и ­ цей р асп ростран ен и я перисты х облаков. И н огда эти об лака про­ никаю т в глубь тропопаузы до 1 км и более или д а ж е находятся целиком в стратосф ере. С коль часты подобные случаи, у стан о­ вить затруднительно, т а к к а к д ан ны е различны х авторов д о ­ вольно разноречивы. Так, -по наблю дениям Д ж ей м са [401], число о б л ак о в, проникавш их в тропопаузу, около 7%. А. М. Б аран ов [9] соответственно пол^учил от 6 до i9% и В. И. У н у к о в — 14%.

В то ж е вр ем я, по данны м И. Г. П челко [176], повторяем ость так и х облаков всего лиш ь 3% (или м ен ь ш е), а Г. Д. Реш етов при своих п о летах вообщ е не н аб лю д ал Ci в тропопаузе.

В озм ож ность проникновения п еристы х' облаков в о б л а сть троп опаузы тесно св я за н а с типом тропопаузы, т. е. зави си т от того, насколько сильно последняя в ы р аж ен а к а к зад е р ж и в а ю ­ 28L щий слой. Это проникновение наблю даетея чащ е всего в том случае, ко гд а в тро'п ои аузе'п род олж ается слабое падение тем пе­ р атуры с высотой (y^O,27'1iOIO м). П р и налич'ии изотермии в слое тропопаузы это явление также и м е е т. М'бсто, но уж е реж е. Н а ­ конец, при инверсионной тропопаузе проникновение перистых облаков внутрь ее вообщ е практически не наблЮ'Далось.

Температура в перистых облаках. Сведения о тем пературе об лаков верхней тропосферы в настоящ ее в р ем я ещ е более о гр а­ ниченны, н еж ели сведе1 ния об их высотах. Н аи б о л ее полны е д а н ­ ные о тем пературах верхней и нижней гран и ц этих облаков получены в п олетах М аргетрой д а и Гольдсм ита [498], хотя и они в есьм а малочисленны. В этих полетах тем п ература на нижней гр ан и ц е к о л еб ал ась в п р ед ел ах от —^23 до —62° с м аксимумом '% ho Т ) = -40 -2Г -62 - Рис. 105. Температура на нижней Рис. 106. Температура на верхней границе перистых облаков (по М ар- границе перистых облаков (по М ар гетройду и Гольдсмнту).. гетройду и Гольдсмиту).

повторяем ости при —40, —4i5° (рис. 1'0(5). Н а верхней границе цаблю дал'ись тем пературы от —40 до —75° с двум я слабовы ра ж енн ы м и м акси м ум ам и —46, — 48° и —67, — 60° (рис. 106).

С ходны е тем пературы на гран и ц ах перистых облаков п о л у ­ чены и К ампе. П р авд а, они несколько сдвинуты в область более высоки'Х тем ператур — от —ilO до — 50° н а ниж ней границе и от — 125 до —60° на верхней, чтой, по-видимому, объясняется м ень­ ш ими вы сотам и полетов, обработанны х К ампе. О днако и по его д ан н ь ш ч ащ е всего встречаю тся об лака с тем пературам и —36, —40° на ниж ней границе и —46, —150° на верхней, что согл а­ суется с результатам'И наблю дений М аргетрой д а и Гольдсм ита.

Это весьм а прим ечательны й ф акт. 'Напомним, что в р езу л ь ­ тате лаб о р аторн ы х исследований 'усло'вий об разован и я ледяной ф-азы (см. гл. I, § Ш, 11) обнаруж ено резкое увеличение ско­ рости о б разован и я кри сталлов п ри тем пературе —4'1° и ниже.

С оответствие резул ьтатов лаб ораторн ы х, и полевы х и ссл ед ова­ ний, несм отря на м алочисленность последних, 'позволяет дум ать, что тем'пературный и нтервал —^^40, — 50° яв л яется особо б лаго ­ приятны м д л я об разован и я кристаллов, а следовательно, и п ери ­ стых облаков та к ж е и в естественных условиях.

Влажность в перистых облаках. Сведения о влаж ности в пери­ сты х о б л а к ах ещ е более скудны главны м образом !всле|дствие отсутствия в н астоящ ее в р ем я достаточно надеж ного и точного п рибора д л я изм ерения вл аж н ости при очень низких тем п ерату­ р ах и м алы х значениях абсолю тной влаж ности. Только в п олетах М аргетройда и Гольдомита были сделаны попытки провести такие изм ерения с помощ ью конденсационного ги гром етра Д о б оона— Б рю эра. Р езу л ьтаты их (рис. 107) п оказы ваю т, что виутри перистых облаков в основиом н аб лю д ается п олож и тел ьн ая р а з ­ ность м еж ду тем пературой, точки инея и тем пературой воздуха,, т. е. сущ ествует некоторое пересыщ ение отнооительно л ь д а '.

-г I 5 9 I! M°F = 3 до до -2° до до до до да в г -I к ю Рис. 107. Разность температуры точки инея и в оздуха в перистых облаках (по М аргетройду и Гольдсм иту).

iK этом у ж е вы воду приводит косвеннз'Я оценка условий в л а ж ­ ности IB перисты х обла,ках п о продолж ительности их жизни..

Д ействительно, большая д лительность аущест,вования к р и с т а л ­ лических перисты х облаков в течение многих часов в'озмож на лиш ь при пересыщ ении или по крайней мере насы щ ении н ад о льдом, в противном сл уч ае (щри отсутствии насы щ ения или.пере­ сы щ ения) 'кристаллы, составляю щ ие об лака, долж н ы.испариться:

в течение нескольких минут. О том ж е говорит, и нередко, д л и ­ тельное сущ ествование конденсз'цио'нных следов з а сам олетам и — этих искусственны х перистых 'Облаков.

§ 56. УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ПЕРИСТЫХ ОБЛАКОВ В один кл асс облаков верхней тропосф еры (перисты х) по ф орм альн ом у п ризн аку — по высоте и х раополож ения — вкл ю ­ чены о б л ака, весьм а разн ооб разн ы е к а к по форме, так и, не­ сомненно, по услав,ИЯМ образован ия. С ю да входят и типичны е ‘ Как видно на рис. 107, изредка наблю далось некоторое недосыщение относительно льда, возм ож но, из-за неточности измерений или из-за кратко­ временных флуктуаций влажности.

слои сты е о б л ака (наприм ер, Cs ПёЬ.), и кучевы е (С с floe.), и вол-, нистые (Ос und., Ci u n d.), и промеж уточны е формы. Одни из них о б язан ы своим ярои схож дени ем упорядочен;

НО!му подъем у в о з­ д у х а н ад поверхногстью фронта, другие возникаю т вследствие турбулен тного п ерем еш ивания под инверсией, третьи образую тся :в р езу л ьтате конвекции и т. д : Д ракти ч ески здесь в той или иной •степени действую т те ж е основные м еханизм ы о б л а к о о б р азо в а­ ния, что и в нижней или средней тропосфере. В месте с тем существенные особенности верхней тропосферы — очень низкие тем п ер ату р ы, м алое абсолю тное вл агосод ерж ан и е, больш ое у д а ­ л ен и е от земной п о в е р х н о с т и,о б щ и е д л я всех форм облаков.этого яр у са, объясняю т некоторы е апеци.фические особенности процессов о б р азо в ан и я перистых об лаков.

К сож алению, условия образо1 вания перисты х облаков в н а ­ стоящ ее в р ем я исследованы очень слабо. Они изучены лучш е с синоптической точки зрен и я, т. е. в отношении связи с атмо сферным'и процессам и крупного м асш таба, б лагопри ятствую ­ щими образованию перисты х или перисто-слоистых облаков в верхних слоях тропосферы. З а в и си м о ст ь об разован и я обламов верхней тропосф еры от х ар а к тер а синоптических процессов р а с ­ см отрена в р аб о тах И. Г. П челко, Г. Д. Р еш етова, Н. И. М азу ­ рина, А. М. Баранова-, Д ж ей м са, М аргетрой д а и Г ольдсм ита и др. Н аиболее детальны м и из них являю тся и сследования П челко [176], установивш его (см. табл. 69), что н аи бол ее часто эти о б л а к а возникаю т в цантральны х ч астях циклонов (с в ер о ят­ ностью 100% ) и на ф ронтах (средняя вероятность 90% ) и реж е всего в однородных воздуш ны х м ассах (всего лиш ь 3 4 % ).

Т а б л и ц а П о в т о р я е м о с т ь (% ) Ci— Cs в з а в и с и м о с т и о т с и н о п т и ч е с к о г о п о л о ж е н и я (п о И. Г. П челко) С иноптическое пол ож ен и е однородная в оз­ фронт душ ная м асса ц ен т ­ ральная 11Д « ЯК2 часть холод­ =? со cj л теплая циклона ii S с ная 'Й Н S C 2 Q О JS аS н о со XX а О О Л ов тор я ем ост ь 8 2, 7 9,8 2 5,7 8 5,9 4 3, Число случаев 97 78 34 17 Средняя пов­ торяем ость 8 9,, 3 4, Е сли р ассм атри вать только фронты, то оказы вается, что н аи­ более благоприятны е условия д л я обр^азования Ci—^Cs создаю тся на квази стац и он арн ы х ф ран тах, повторяем ость их тут 100%, : д а л е е следую т теплы е ф р о н т ы —’86 %;

фронты окклю зий — 82% и холодны е ф р о н т ы — '80%. Т аким образом,.несомненно, чго в о б ластях циклонов и фронтов (в том числе стационарны х) в верхних слоях тропосф еры п о ч т и. всепда образуется п ери стая и перисто-слои стая облачность. Д остаточ н о бли зкие результаты.получены и Г. Д. Реш етовы м i[li84]: 1 0 0 % -ная повторяем ость G i—C s д л я теплы х фронтов, 9 2 % -ная д л я холодны х и Ю 0% -ная для фронтов окклю зии. Р еш етов ичПчелко установили так ж е, что вероятн ость об р азован и я или во всяком -случае сущ ествования перисты х облаков тесно св язан а с характером изм енения высоты тропопаузы, т. е. с наличием в данном рай он е восходящ ей или нисходящ ей ветви волны тропопаузы К П о данны м Пчелко,[|1716], повторяем ость C i— Cs под восход я­ щей ветвью тропопаузы составляет прим ерно 92%, тогда как под нисходящ ей всего лиш ь около 30%. К ром е того, под вос­ ходящ ей ветвью зон а раапростран ен ия перисты х облаков обычно зн ачительн о-ш и ре (400‘ 600 к м ), чем под нисходящ ей (ilOO— — 200 к м ). Н аконец, под восходящ ей ветвью о б л ака непосредст­ венно п рим ы каю т к тропопаузе, п одн и м аясь по мере подъем а последней, в то врем я к ак под нисходящ ей ветвью они р ас п о л а­ гаю тся несколько ниж е уровня тропопаузы.

Д ж ей м с [401], о б р аб аты вая м атер и ал ы наблю дений н а д пе­ ристыми об лакам и в Англии, н аш ел, что появление Ci наиболее вероятно при адвекции тепла (табл. 70)) и наименее вероятно при адвекции холода. Этот вы вод п рактически совп адает с вы ­ водом П челко и Реш етова.

Таблица Вероятность (%) наличия или отсутствия перистых облаков в зависимости от характера адвекции в слое 300—500 мб (по Джеймсу) Адвекция холодная отсутствует теплая Наличие Ci...... Отсутствие Ci..... 25 В месте с тем о б ращ ает на себя внимание б ольш ая в ер о ят­ ность п оявлен ия Ci при отсутствии адвекции, требую щ ая осо­ бого объяснения.

' Как известно, тропопауза повышается там, где происходит адвекция тепла, и понижается при адвекции, холода. Поэтому прохождение циклонов и антициклонов вызывает как бы волновые колебания тропопаузы. Восходящей ветвью является тот участок волны, на котором происходит повышение тропо­ паузы в направлении обш;

его потока, и наоборот.

Д ругим ф актором, способствую щ им образованию перисты х облаков, явл яется приток влаж н ого воздуха на вы сотах. М а р ­ гетройд и Гольдсм мт f49i8] рассм отрели вероятность возни кн ове­ ния перистых облаков н ад Ю ж ной Англией в зависимости от н ап р авл ен и я в етр а « а уровне 300 мб, ‘ лизком к обычной вы соте б р асп о л о ж ен и я Ci. Они обнаруж или, что наиболее часто эти об лака образую тся при зап ад н ы х и ю го-западны х ветрах, когда воздух на вы сотах поступает с А тлантического о кеан а, и н аи ­ более редко — при восточных коитинантальны х ветрах.

.Перейдем к рассмотрению условий образован ия различны х видов и разновидностей перистых облаков. К сож алению, теоре-, тических или эксперим ентальны х исследований по этому в о ­ просу практически почти нет. П олучить представление об этих, процессах пока мож но лиш ь на основании сущ ествую щ их ф изи­ ческих теорий образован ия различны х генетических форм о б л а­ ков и по ряд у.косвенных признаков. П оэтом у и зл агаем ы е ниж е соображ ен ия в значительной степени являю тся гипо-тетическими и н уж даю тся в дальнейш ем уточнении и эксперим ентальной проверке.

С ледует т а к ж е учиты вать ещ е одно обстоятельство, з а т р у д ­ няю щ ее изучение этого вопроса. Если сам о сущ ествование о б ла­ ков ниж него и среднего ярусов у казы в ает на активный процесс облако о б р азован и я, с прекращ ением которого элементы этих облаков очень бы стро и спаряю тся и сами об лака исчезаю т, то д л я облаков верхнего яр у са это совсем не обязательно. Д л я об разован и я элементов этих облаков та к ж е необходимо наличие насы щ ения н ад водой, но после замер/зания об разовавш и хся капель д л я дальнейш его сущ ествования кри сталлов в нем нет необходимости. Н уж н о лиш ь нали чи е насы щ ения н ад о льдом, что в природных условиях вы полняется горазд о чащ е, в особенности под тропопаузой. Т аким обр-авом, перисты е об лака могут д л и ­ тельное в р ем я сущ ествовать и после п рекращ ения активного процесса их ф орм ирования.

О бразн о говоря, о б л а к а ниж ней тропосф еры всегда являю тся «живыми», тогда к ак о б л ака верхней тропосф еры ч асто бы ваю т «мертвыми».

О бш ирные системы перистых (Ci fil., Ci unc.) и перисто слоистых (Cs fil., C s neb.) облаков наблю даю тся в больш инстве случаев при прохож дении атм осф ерны х ф ронтов, главны м о б р а­ зом теплых, и теплы х окклю зий (см., наприм ер, табл. 69) и, следовательно, являю тся фронтальны м и облакам и. Они возни­ каю т вследствие адвекции теплого влаж н ого воздуха и восходя­ щих движ ений под тропопаузой. А двекция обеспечивает приток влаги, а восходящ ие д ви ж ен и я (в том числе турбулентны е), обусловленны е горизонтальной конвергенцией потоков на вы со ­ т ах в передней части циклона, п ри вод ят к охлаж дению воздуха и конденсации. П роцесс о б лакооб разован и я усиливается з а счет повы ш енного излучения (и соответственно охлаж ден и я) о б о га­ щ енны х водяны м паром и аэрозольны м и элем ентам и слоев в о з­ д у х а л о д тропопаузой. В р езу л ьтате об разу ю тся мощ ные и об ­ ш ирны е слои перистой или перисто-слоистой облачности. Таким образом, процесс возникновения этих облаков весьм а сходен с образо^ванием ф ронтальны х облаков ib нижней половине т р о п о ­ сф еры, хотя они и не являю тся буквально о б л ак ам и восход я­ щ его скольж ения.

П ри приближ ении теплого фронта в н ачале появляю тся п о ­ лосы перистых облаков, которы е затем см еняю тся пеленой п е­ ристо-слоисты х. К ак у ж е упом иналось в гл. V H, при п ерем еш и­ вании конденсация начинается впервы е значительно выш е пиль­ ней границы слоя перем еш ивания, т. е. в данном случае выш е поверхности фронта. П о-видимом у, когда процесс о б л ак о о б р а­ зо ван и я охваты вает сам ы е верхние и тонкие слои, возникаю т C i fil. и Ci unc. О бразую щ иеся облачны е кри сталли ки п ри н ал и ­ чии в окруж аю щ ем воздухе пересы щ ения относительно льд а постепенно р асту т, переходя в мелкие снеж инки, и, медленно в ы ­ п ад ая в ниж ние слои, образую т полосы падения. В следствие и з­ менения ветра с высотой полосы падения вы тягиваю тся в д ли н ­ ные тонкие нити, п арал л ел ьн ы е вектору приращ ения скоростей ветра.

П рои зведем простой расчет. П усть облако состоит из л е д я ­ ных п ризм длиной 200 fj,, скорость п ад ен и я их р ав н а 10 см /сек.

и градиент в етр а под об лакам и р р ав ен 1 м/сек. на 100 м Л егк о видеть, что при этих услови ях кристаллы, постепенно вы ­ п ад ая, з а час об разую т полосу длиной 12— 13 км, один конец которой будет превы ш ать другой прим ерно на 350 м. Е сте­ ственно, что т а к а я слабо н акл он ен н ая об лачн ая полоса при н а ­ блю дении с зем ли, т. е. с расстоян и я 8— ^10 км или более, будет в ы гл ядеть к ак тон кая почти гори зон тал ьн ая об лачн ая нить.

В зависим ости от х ар а к тер а изменения град и ен та ветра с вы ­ сотой полосы п ад ен и я и згиб аю тся в больш ей или меньш-ей сте­ пени: об разую тся либо слабоизогнуты е волокн а Ci fil., либо загн у ты е крю чки Ci unc. 2.

Н аконец, если гради ен т ветр а с высотой (или в пространстве) меняется неравном ерно (ветер с высотой то усилибается, то убы вает, либо р езк о м еняется его н ап р ав л ен и е), то тонкие нити полос падения р асп ол агаю тся хаотически, о б разуя перепутанны й кл у б о к Ci in to rtu s. Э та последняя ф о р м а редко наблю дается на теплы х ф ронтах, она в стреч ается чащ е н а холодны х ' Все эти предположения достаточно близки к реальным. Как мы увидим ниже, призмы являются преобладающей формой кристаллов в перистых обла­ ках, длина их в 200 |х, по-видимому, близка к средней. Накая [501] в своих л а­ бораторных экспериментах получил для игл длиной 500 ц скорость падения 30 см/сек. Наконец, порядок величины Р = 1 м/сек. на 100 м соответствует сред­ ним аэроклиматическим данным.

2 Изгиб полос падения возможен также за счет постепенного испарения кристаллов и соответственного уменьшения их скорости падения.

или вне связи с ф ронтами. В ообщ е она присущ а тем положв'* ниям, при которы х проф иль ветра в верхних слоях бы вает д о ­ вольно слож ны м или налицо зн ачительн ая турбулентность..

.Но мере продвиж ения фронта процесс облакооб разован и я охваты вает все более мощ ные слои. О тдельны е полосы падения теряю тся при этом в общ ем слое облаков: нити перистых о б л а­ ков см еняю тся сн ач ал а полупрозрачны м покровом Cs fil., в ко­ тором ещ е видна волокн истая структура, а затем однородной пеленой Cs nebulosus.

Т акое постепенное увеличение мощ ности перисто-слоистых о б л а к о в — р аспростран ен ие процесса ко.нденсации на все боль­ шие с л о и — и ногда бы вает хорош о зам етно. В ейкм ан [622], опи­ сы вая один из своих полетов в Cs, указы вает, что «в течение дня происходило, м едленное постоянное увеличение облачности с по­ степенным снижением нижней кромки облаков». Слой перисто­ слоисты х о б лаков при этом д ал ек о не всегда явл яется сплош ­ ным и часто расчленен.на отдельны е слои больш ей или м ень­ шей толщ ины, разделенн ы е безоблачны м и п рослойкам и.

В м есте с тем неристы е и.'перистонслоистые 0)блака не всегд а связаны с фронтом. О ни наблю даю тся и в однородных в о зд у ш ­ ных м ассах при отоутствии адвекции. Это происходит, хотя и значительно реж е, чем на ф ронтах,.но все ж е достаточно часто, судя, наприм ер, по данны м П челко (табл;

69). Отметим, что таки е внутрим ассовы е C i—4Cs зан и м аю т значительно меньшие площ ади, чем системы Ci— C s на фронтах.

С ледует дум ать, что м еханизм об разован и я этих внутри­ массовы х Ci—^Cs иной, чем ф ронтальны х. П о-видимом у, они образую тся вследствие турбулентного перем еш ивания воздуха под поверхностью инв1 рсии (тропопаузы ) аналогично слоистым е об лакам (см. гл. V ).

Т аким образом, по условиям своего происхож дения перистые и перисто-слоистые об лака могут.быть об лакам и общ его уп оря­ доченного подъем а (на ф ронтах) или об лакам и перем еш ивания.

Д альн ей ш ее ф орм ирование отдельны х разновидностей этих о б лако в (Ci fil., Ci unc., C s neb.) зави си т от р ас п р е д е л е­ ния ветр а в верхних слоях и от толщ ины слоев, в которы х п р о ­ исходит образован ие облаков.

мПеристо-кучевые об л ак а (Сс) наблю даю тся главны м образом блив холодны х фронтов, в зоне струйных течений и в однород­ ных воздуш ны х м ассах вне связи с ф ронтами. Б л и з теплы х фронтов они встречаю тся в есь м а редко.

П еристо-кучевы е об л ак а п одраздел яю тся на д в а ви д а — волнисты е (Сс u n d u la tu s) и кучевообразны е (Сс cu m u lifo rm is).

П ервы е имею т вид длинны х гр яд волн или ряби, вторы е н ап о­ минаю т м елкие баш енки или хлопья, разв.иваю щ иеся вверх.

С достаточны м основанием м ож но п редполагать, что п ери сто­ кучевые волнисты е о б л ака (С с und., Сс lent., некоторы е об лака Сс floe.) возни каю т в р езу л ь тате разви тия упорядоченной кон­ векции (ячейковой циркуляции) под тропопаузой. К ак п оказано Б § 44—45, если по границе р а зд е л а двух слоев воздуха — верх­ него теплого и ниж него холодното — п р о б егает волна, то в н и ж ­ нем холодном слое м ож ет возникнуть ячей ковая ;

ц иркуляция.

О бразую тся либо длинны е поперечны е вихри, либо отдельны е ячейки. В центре ячеек, где конвективное дви ж ени е направлено вверх, воздух подним ается и образую тся о б л ака в виде более или менее правильно располож енн ы х комочков, «б араш ков» или длинны х гр яд (при поперечны х ви х р як). П оскольку они расп о ­ лож ены высоко, они каж у тся более мелкими, чем «бараш ки»

вы соко-кучевы х облаков.

У казанн ы й процесс м ож ет происходить к а к в первоначально безоблачном воздухе, так и в слое уж е сущ ествую щ их перистых или перисто-слоистых облаков. В последнем случае в места:?с нисходящ его д ви ж ени я (по периферии ячеек) об лака быстро р е ­ дею т, возникаю т просветы и весь слой п риобретает ячеистую структуру. П реж ни е Ci или Cs п реобразую тся в C c und.

И н огда удается непосредственно наблю дать, к ак в какой либо части слоя перисты к или перисто-слоисты х облаков за--' р о ж д ается волна, которая быстро расп ростран яется на весь слой. В течение нескольких минут однородный покров Ci или C s топда см еняетоя типичной правильной рябью Сс und. П ри м ер подобной перестройки д ан на рис. 108.

П еристо-кучевы е об лака второго вида, Сс cum uliform is, я в ­ ляю тся, по-видимому, конвективны ми облакам и. Они о б р а­ зую тся, вероятно, при восходящ их движ ениях, более и нтенсив­ ных, чем н а фро1 нтах или при упорядоченной конвекции, но л окали зован ны х на.небольших п лощ ад ях. Баш енйробр.азные формы, этих облаков иногда напоминаю т небольш ие в е р ­ шины Си cong., т а к ж е к ак быстрое разви тие их по вертикали и беспорядочное расп ол ож ен и е хлопьев С с floe, на небе. На, это ж е у казы ваю т и условия полета в так и х облаках. В ейкм ан |j622] отмечает, что при пролете через баш енки Сс (Ci cast. по| его терм инологии) о щ ущ алась л егк ая болтан ка, а в центре! и-х н аб лю д ал ся восходящ ий поток со скоростью около 2 м/сек.

В другом полете В ей км ана, та к ж е в перисто-кучевы х облаках, но более разви ты х, чем в первом, на ниж ней границе Сс н аб лю ­ д а л а с ь уж е интенсивная болтанка, т. е. скорость восходящ его’ потока бы ла завед ом о больш е 2 м/сек. П о данны м Г. Д. Poiiii' то ва [il84], при п олетах н а сам олете ТУч104 в перисты х о б лаках холодны х фронтов (значительную часть которы х составляю т Сс) обычно н аб лю д ается ум ерен ная болтан ка Ч Т аким образом, перисто-кучевы е кучевообразны е об лака являю тся своего род а аналогом кучевы х облаков ниж ней части ' Заметим, что при умеренной болтанке самолета «ТУ-104» наблюдаются перегрузки порядка 0,2—0,3 g, что соответствует скорости вертикальных по­ токов 4—5 м/сек.

19 Физика облаков шшттшшшштт^шт^^^ж^шштштшштшш;

^ тшттшштттшшшш^^^^Шшшшшшттттш^ ШШШшШ тропосф еры. Н екоторое внеш нее р а зл и ч и е 'м е ж д у ни-ми создаю т лиш ь длинны е волокнисты е полосы п а д е н и я.' ':

П ричины р азви ти я интенсивной конвекции н а столь больших вы сотах пока неясны. Ей опособствует, к а к считает В ейкман, освобож дение теплоты кон д ен сац и и,, но последняя едва ли м о ­ ж ет считаться основной причиной об разован и я и разви тия Сс, скорее она я в л я е т с я. сопутствуюш,им фактором.

Сходные процессы, вероятно, п орож даю т и некоторы е пере­ ходные формы, наприм ер Ci unc., с 'плотной, хорош о в ы р а ж ен ­ ной «головкой» и с длинными полосами падения, изогнуты ми за Рис. 109. О бразование Ci unc из Сс floc.

счет изменения гради ен та ветра. С. М. Ш метер, наблю давш ий в 1Q57 г. во в р ем я полета на сам ол ете «ТУ-Г04» н ар яд у с п е­ ристо-слоистыми об лакам и подобные Ci unc., отмечает, что их головки походили вблизи на отдельны е ку п о л а Си cong.- и, по высоте значительно превосходили толш,ину слоя Cs. И н о гд а в таком Ci unc. «материнское» перисто-кучевое облако ещ е очень хорош о зам етно, наприм ер н а рис. 100................

П л отн ы е перистые об лака (Ci s p is s a tu s ) и их разновидности (Ci in cu s— g en itu s и C i floccus) обычно образую тся от растека Еия или р асп ад а ледяны х верш ин кучево-дож девы х облаков.

В ранней стадии своего сущ ествования они являю тся непосред­ ственно частью СЬ, со став л яя его ледяную верш ину. П остепенно верш ина вы тягивается по направлению вектора^ приращ ения в етр а, с высотой п риобретая типичную ф орм у н аковальни (in cu s). И н огда ветер отделяет части н аковальни и относит их 19* в сто р о н у —^возникают отдельны е перистые О'блака С! inc. С вязь их с материнской наковальней СЬ обычно очевидна.

П осле распадени я нижней части кучево-дож девы х облаков их ледяны е верш ины п родолж аю т сущ ествовать у ж е к ак сам о­ стоятельны е перисты е об лака. Они в н а ч а л е ещ е сохраняю т внеш ние черты н аковальн и и весьм а плотны. В дальнейш ем они растекаю тся и утрачиваю т эти очертания, приобретаю т более нитевидную и прозрачную структуру, оставаясь все ж е плотнее, неж ели Ci fil. Т ак образую тся Ci sp.

П р и большой скорости и неустойчивости ветра на вы сотах поля плотных перистых облаков разры ваю тся на части и о б р а­ зую тся к о м к и —^хлопья C i floe., и ногда очень причудливой ф ормы. От довольно похож их н а них облаков С с floe, их отли­ чает меньш ее разви тие по вертикали.

Х арактерны е по виду системы перистых облаков нередко возни каю т в зо н ах струйных течений.П ризнаками их является очень быстрое движ ение и непреры вное изм енение вида облаков, переход одних форм в другие, явно вы раж ен н ая турбулентность и т. д. В. И. Снегирев [199], изучивш ий наиболее полно и п од­ робно об лака струйных течений в районе М осквы как визуальн о, т а к и ф отограф ически, указы ваю т н а следую щ ие основны е осо­ бенности этих систем.

1. О'блака расп о л агаю тся в виде одной облачной Полосы или нескольких узких п арал л ел ьн ы х полос, не зан и м аю щ их всего небосвода и имею щ их хорош о очерченные края.

2. В облачны х полосах обычно сочетаю тся несколько р азн о ­ видностей облаков, элементы которы х часто располож ены х ао ­ тично, облачны й слой неоднороден.

3. О б л ак а н аходятся в быстром, хорошо видимом движ ении по направлению оси облачной полосы.

4. Внутри облачного слоя непреры вно происходят структур­ ные изменения;

элементы облаков быстро и непреры вно меняют свое полож ение, облачность к ак бы «кипит».

Т акие ж е особенности облаков струйных течений отмечает и Ш ефер [564], [565], производивш ий ювои наблю дения в СШ А. П о Наблю дениям С негирева, наиболее часто в зоне струйных тече­ ний встречаю тся перисты е об лака: Ci vert, и Ci fil в сочетании с Ci int., Ci floe, и Ci unc., a так ж е перисто-кучевые, главньш образом Сс und., Сс floe, и Сс lent. Н а аналогичны е, но менее д етали зи рованн ы е формы перистых облаков в струях указы вает и Ш ефер.

* Н адеж ны х данных о том, насколько часто струйные течения сопровож ­ даю тся облачностью, в настоящ ее время нет. Большинство авторов ограничи­ вается чисто_ качественной характеристикой: «нередко», «часто» и т. п., ке под­ крепляя ее цифровыми данными. Только Фрост [373] приводит некоторые чис­ ленные величины, считая, что в 90“/о случаев струйные течения развиваю тся при безоблачном небе (нижние облака им не учитывались) и только в 10“/о они сопровож даю тся облаками.

О б л ак а струйных течений об ладаю т некоторы ми присущ ими только 'ИМ чертам и, н априм ер, д л я перистых облаков характерн о стрем ительное перем ещ ение их по небу, непреры вное п ерем ещ е­ ние облачн ы х элем ентов, отделение от краев поля перистых о б л ако в отдельны х плотных хлопьев. Д л я перисто-кучевы х ти ­ пично тож е непреры вное перемещ ение облачны х элем ентов, з а ­ остренны е к р а я групп С с, придаю щ ие им вид больш их len ticu la Tis, ф о р м и р о ван и е,вд оль центральной части поля Сс und. более плотной полосы в виде бурной реки. В иекоторы х случаях в ст1 уйны х течениях возникаю т соверщ енно особые ф орм ы о б л а­ р ков. Так, Л е-Р о й К лем [4153], С. М. Ш метер и др. н аблю дали необычные винтообравны е формы облаков в ст|руях, связанны е, по их-м н ен и ю, с винтообразны м и (так н азы ваем ы м и геликои­ дальн ы м и ) вихрями.

С пецифической особенностью облаков струйных течений я в ­ л я е т ся их ярко вы р аж ен н ая турбулентность, хорош о зам етн ая ло внеш нем у виду облаков и по его ивменениям.

К ак п о казал и наблю дения С негирева, при полете на уровне перисты х облаков в струйных течениях, к ак правило, образую тся и конденсационны е следы за сам олетам и. О днако в одних с л у ­ ч аях следы быстро исчезаю т, в других — разви ваю тся, расщ и р яю тся и об разую т больш ие облачны е полосы, сли ваю щ и еся' с уж е сущ ествовавш им и. О казал ось, что след быстро исчезает тогда, когда элементы облаков перем ещ аю тся медленно, т. е.

когд а о б л ака находятся в относительно спокойном состоянии.

Н аоборот, бурное разви тие следов происходит при наличии быстрого непреры вного перем ещ ения облачны х элементов. Н а значительную турбулентность облаков струйны х течений и роль конденсационны х следов в вы явлении ее указы ваю т и другие авторы.

П о мнению больш инства исследователей (С негирева [199], Д ж ей м са [401], Ш еф ера [i5S5] и д р.), в подавяяю щ 'ем больш ин­ стве случаев облачность верхнего яр у са н аб лю д ается на теплой антициклональной стороне с т р у и ', причем ось струи явл яется достаточно четко вы раж енной границей распростран ен ия о б л а ­ ков. О блачны е полосы, к ак и вся об лачн ая система струйных течений, р асп о л агаю тся п арал л ел ьн о оси струи.

Н а рис. ПО п риведен а схема строения облачной системы струйного течения, н аблю давш егося над М осквой 1/1V 1954 г.

(по С н е ги р е в у ).

П о вы соте о б л ака обы чно расп о л агаю тся на 1— 2 :'м ниже оси струи, и лиш ь и зред ка отдельны е Ci могут н аход11ться выше нее.

Сходные, но менее отчетливо вы раж ен н ы е результаты полу­ чены Сойером и А йлетом [501]. Эти авторы разд ел и л и всю об ' В Северном полуш арии эта сторона является правой стороной струи, если смотреть по направлению движ ения. П оэтому часто ее назы вали просто правой стороной.

л асть струйного течения на 8 секций. Ч еты ре секции (А, В, С,.

Д ) отнасятся к зоне входа и четыре секции {Е, F, G, Н ) — к дельте. К оличество (повторяем ость) перистых облаков в о зр а ­ стало слева н аправо: в зон е входа это возрастани е было более постепенным — от секции Л к Z), в зоне дельты — более р е з ­ к и м — от F к Н. 1Во многих Случаях ось струи с л у ж и л а границей распростран ен ия перисты х облаков. С л ев а от оси струи чащ е / г/ " - Ас tr.

120км/час Рис. п о. Схема строения облачности струйного течения 6 апреля 1954 г. (по В. Н. Снегиреву).

направление струйного течения, 2 — направление движения облачной системы по нормали к оси струйного течения.

наблю дали сь Ci sp., о б разовавш и еся от растекани я н аковален СЬ, оправа — ф ронтальны е и слоисты е формы перисты х облаков.

П еристы е о б л ака могут н аб лю д аться к ак н а всем п р о тяж е­ нии струйного течения, т а к и на отдельны х его участках. В п о ­ следнем случае о б л ака имею т ви д относительно коротких полос, разделенн ы х значительны м и безоблачны м и п ром еж уткам и.

§ 57. К О Н Д Е Н С А Ц И О Н Н Ы Е СЛЕДЫ ЗА САМ ОЛЕТАМ И Особой разновидностью перисты х облаков являю тся о б л а ч ­ ные следы з а сам ол етам и, или Ci tra c tu s (рис. 111). И х с д о ста­ точным основанием мож но н азв ать искусственными перисты ми облаками..

П оявление конденсационного следа за сам олетом н аб лю д а­ л о сь ещ е со времеии мировой войны 1&14— 19;

Ь8 гг. В 19il5 г.

появили сь первы е описания таких следов, а в 1026 г. П еплер н аб лю д ал яркое гал о в следе, об равовавш ем ся з а сам олетом на вы соте 10 км п ри —i50°, что у к а зы в ал о на кристаллическое его строение. Р аб о ты В ей км ана [601], непосредственно изучавш его м и кроструктуру следов, п оказали, что прим ерно на протяж ении первы х 100 м следы состоят из капель, а д а л е е — из кристаллов.

И з этих данны х следует, что продолж ительность ж изни капель Рис. MI. Конденсационный след за самолетом (Ci tractus).

в ж идком состоянии достигает примерно 1 сек., так как скорость сам о л ета бы ла «^100 м/сек. В § 12 гл. I было отмечено, что такое время, ж изни при тем пбратурах —40, — 50° имеют капли ради усом ^«1 1 Д л я того что)бы з а 1 сек. к ап л и успели вы расти л.

до рад и у са Г [I, нужны пересы щ евия п о р я д к а 5 — 10% (с м.р и с. 3).

Н и ж е мы п о каж ем, что такие пересы щ ения возмож ны.

Р ан ее предполагали, что следы об разую тся б л аго д ар я п ояв­ лению п ри вы хлопе больш ого количества ядер конденсации или зам ер зан и я, но эта гипотеза о к а зал ас ь несосто!Ятельиой. Е е опро­ вергает то, что, во-первых, следы об разую тся чащ е всего выше 7 км, т. е. в более вы соких и сухих слоях воздуха, и, во-вторых, что число яд ер, вы брасы ваем ы х вместе с вы хлопными газам и, всегда очень велико, а следы появляю тся д ал еко не всегда. Н е ­ сомненно, возм ож ность или невозм ож ность появления следов не зависит от и зб ы тка ядер.

М ож но у к а зать ещ е д ве причины уопособствую щ ие -появлению видим ы х следов: ' 1 ) выбрасьгвание в атм:Осферу водяного п ара в составе про­ дуктов сгорания топлива. Т ак, при сгорании 1 г керосина о б р а­ зуется около 1,4 г водяного п ара. Таким об разом, при сгорании 1 т керосина в насы щ енной атм осф ере м ож ет о б разоваться облако объемом свыще 10®м^ с водностью 0,04 г/м®;

2) динам ическое пониж ение д авл ен и я в вихрях, сбегаю щ их с -плоскостей и вин та сам ол ета, приводящ ее к пониж ению тем пе­ ратуры и возм ож ной мгновенной конденсации п ар а в виде к а ­ пель. Если эти капли зам ер заю т достаточно быстро, то образо вавщ и еся кри сталлы могут сохран яться некоторое врем я и при.

сравнительно низкой относительной влаж ности.

О бе эти -причины сам остоятельны, но не могут дей ствовать одновременно, так -как сущ ественное понижение д авл ен и я со ­ зд ается в тех областях, куда вы хлопны е газы практически не по­ п адаю т. С леды, вы зван н ы е первой причиной, п рин ято н азы вать конденсационны ми, а второй — адиабатическим и. А д и аб ати че­ ские следы довольно редки, весыма неустойчивы и практически малоинтересны. Теория их соверш енно н е р а зр а б о та н а.

Т еоретически появление, конденсационного облачного следа зави си т от двух ф а к т о р о в —^увеличения абсолю тного вл аго со ­ д ер ж а н и я в о зд у х а и повы'щения тем пературы выхлопных газов.

В зависим ости от тем пературы, д авл ен и я и влаж н ости о к р у ж аю ­ щ его воздуха, с которы м см еш и вается выхлопной газ, р еш аю ­ щим м ож ет стать либо первы й, либо второй ф актор. П р о х о ж д е­ ние сам-блета поэтом у м ож ет либо способствовать появлению ввдим ой облачности (следов), либо п репятствовать ее возн и кн о­ вению. В последнем случае з а сам олетом в о б л аках возни каю т т а к н азы ваем ы е отрицательны е -следы, т. е. в облачном сл о е п о явл яю тся безоблачны е просветы.

Т еория об разован и я конденсационны х следов р а з р а б а т ы в а ­ л ась Э плм еном [269], рбО], А. X. Х рш ан ом и И. П. Мазины.м,.

А. В. С адовниковы м и др. Р ассм отри м упрощ енную, но д о ста­ точно удобную и хорош о подтверж денную опытом теорию этого»

явления, данную Эплменом. Он предполагает, что:

1 ) отношение количества теп ла и коли чества в л аги, вы делен­ ного в процессе сгорания 1 г топлива, п-астоянн-о д л я разны:с видов топ лива и не зависит от р еж и м а работы д ви гателя. П ри ни1 ается, что при сгорании 1 г топлива образуется 12 г вы хлоп­ м ных газов (в которы х сод ерж атся 1,4 г водяного п ар а) и вы д е­ л яется 1000 кал. тепла. В больш инстве случаев это допущ ение с больш ой точностью оп равды вается На практике;

2) образую щ иеся при сгорании топ лива водяной п ар и теп ло та передаю тся в окруж аю щ ую атм осф еру только через струю выхлопных газов;

-3) ф ункция рассеи ван ия водяного п ара, сод ерж ащ егося в в ы ­ хлопны х газах, тож дественна в пространстве и во врем ени с функцией р ассеи ваи и я тепла этих газов. И л и, по Эплмену,, в лю бом месте и в лю бой момент времени степень см еш ивания выхлопных газов (в том числе водяного п ар а) р а в н а степени см еш ивания тепла. Это значит, что,мы пренебрегаем лучистым теплообменом.., И так, 'пусть степень омеш ивания N есть отнош ение массы возду х а к м ассе перем еш анного с ним вы хлопного г а за '. П ри равном ерном смеш ении повыш ение тем'пературы и удельной вл аж н о сти воздуха в ы рази тся следую щ им образом :

З д есь А Т N — в °С, A q n — в г/кг и значение 0,24 в зн ам е н а­ теле правой части в (57.1) — в к а л /гр а д, (теплоем кость воздуха при постоянном д ав л ен и и ).

И з (57.1) и (57.i2) следует, что отнош ение не зави си т от степени см еш ивания N. Зам ети м, что этот р езул ьтат мож но получить и из более стр|0Г0Й теории, не д е л а я первого из трех сделанны х допущ ений. И так, из (57.1) и (57.2) следует, что == 0,0336 г/к г град. (57.3) О тносительная ж е вл аж н о сть при этом м ож ет расти или убы ­ в ать в зависим ости от тем пературы и д авл ен и я воздуха. Д е й ­ ствительно, с больш ой степенью точности мож но зап и сать при p = c o n s t.

0, _ dgo dE{T) (57.4) dT p dT Здесь 9o — н асы щ аю щ ая уд ел ьн ая влаж н ость, a — н асы ­ щ аю щ ая упругость п ара. Зам ети м, что растет с тем п ера­ турой. О бозначим через- То ту тем пературу, при которой ^ = 0,0336.


Если 0,0 а 3 б, ( Т Т о ), то после прохож дения сам о­ л ета относительная в л аж н ость возрастает, а при 0,0836, (7 Т 'о) — убы вает. П оскольку растет с повышением 1 Иными словами, величина N обратна удельной концентрации газа в воздухе.

температуры,, то тем п ература Го повы ш ается с увеличением д а ­ вления.

Очевидно, при 7’ 7 ’о во,31Можно появление следов и в п р еж д е ненасы щ енном воздухе.

Р ассм отри м рис. IIQ, на котором сплош ная к р и в ая п о к азы ­ вает состояние насы щ ения воздуха по отношению к воде^ а ш т р и х о в ая -н с о сто я н и е при влаж ности, равной i50%, в коор­ д и н атах {t°, q). Д л я определенности д ав л ен и я воздуха принято­ равны м,200 мб. В точке А наклон касательной к кривой равен 0,0336 г/кг град. Очевидно, что если состояние атм осф еры х а ­ рактери зуется точкой, леж ащ ей вне заш трихаванн ой области, то f Рис. 112.

пролет сам о л ета м о ж ет вы звать появление следа. Аналогично,, если тем п ер атура В0 уха вы ш е То (при 200 мб Т о = —46,2°), то 1зд след за самолетом, летящ и м в ясном небе, не образуется. П ри тем п ературе ниж е Гкр (при 200 мб 2"кр = —i5l5°) след долж ен' об р азо вы ваться всегд а (при лю бой вл аж н ости атм осф еры ). При промеж уточной (м еж д у То и Т^р) тем п ературе сл ед либо о б р а­ зуется, либо нет в зависим ости от вл аж н ости вовдуха. Пр-оводя ан алогачн ы е раооуж дени я и при д ругих значениях атмосферного д авл ен и я, мож но построить д и агр ам м у (рис. 113) в коорди натах (— Ig Р, "Г) д л я п рогноза об разован и я следов. (К аж дая линия на этой д и агр ам м е соотв-етствует определенной относительной в л а ж ­ ности и делит всю область н а д ве части;

левую — область, в кото­ рой о б разован и е следов при этой вл аж н ости атм осф еры в о з­ мож но, и правую — область, -где сле-дов не будет.

П остроенная на рис. 1:13 д и а гр ам м а м ож ет быть легко и с­ ^ Ф 0,0336 г/кг град.

п ользован а и при других отнош ениях 2 - 57 Д ействительно, -из (57.4) ясно, что изменение отнош ения в К р аз равносильно изменению д авл ен и я в р аз.' П ристроен­ н ая оправа дополн и тельн ая ш к ал а указы вает, на сколько надо Рис. И З. Д и аграм м а для определения критической температуры образования следа.

опустить ш к ал у д авл ен и я, если отнош ение д л я данного в и д а топ лива определяется величиной, приведенной на этой д о ­ полнительной ш кале.

С равнение этой теории с эксперим ентальны м и данны м и го­ в о р и т об их удовлетворительном согласии. С леды ч ащ е всего н аб лю д аю тся н а вы сотах 9— И км при тем п ературе —44, — 50°.

Д л я реш ения зад ач и об эволю ции следа и времени его ж изни введем р яд упрощ аю ш их допуш ений. Очевидно, что скорость сам о л ета значительно превосходит скорость расш ирения видимого еледа. И сходя и з этого, будем считать, что ди ф ф узи я газа происходит только в ради альн ом 'направлении и что в н а ­ чальны й момент вы хлопные газы зап олн яю т цилиндрический объем с некоторым радиусом Го. Р ад и у с Го легко рассчиты вается по скорости сам ол ета и, скорости истечения г а за «о, сечению вы ходного отверстая соп л а «о и коэф ф ициенту объемного расш и рения =1. Здесь ро — д авл ен и е г а за на выходе из а.

\ ^со J сопла, а р^ — давл ен и е в атм осф ере. И менно = (5 7.5 ) О бозначим начальную весовую концентрацию влаги в этом цилиндрическом объем е через Со, а в атм осф ере вие этого слоя — через С и введем 'ф ункцию w{r, t) = — где с [г, t) — со (.Со — концентрация на расстоянии г от оси цилиндра в момент вре­ мени t. И звестно, что следы начинаю т об разовы ваться на неко­ тором расстоянии от сам о л ета, когда с станови тся меньш е Сь т. е. ф ( г, ^ ) = ф 1 1. П р и дальнейш ем уменьш ении концентрации след р ассеи вается и перестает быть видимым в момент, когда ф(г, ^) становится меньше некоторого значения ф2. К ак и ранее, п редполож им, что рассеи ван ие всей влаги, вносимой в атм о­ сф еру вм есте с вы хлопными газам и, идет п ар ал л ел ь н о с рассеи ­ ванием выхлопных газов. Это предполож ение яв л яется упро­ щенным, т ак к ак в л ага за это врем я м ож ет претерпеть р азн ы е ф азовы е п ревращ ени я (в ж идкость и в к р и с та л л ы ). О днако при наличии сущ ественной турбулентной диф ф узии оба процесса рассеи ван ия идут почти п ар ал л ел ьн о и роль вы падения кри ­ стал ло в или капель невелика.

Д л я определения функции ф(г, t) необходимо реш ить у р а ­ внение диф ф узии с начальны м и условиями И при ГГо ^ О при, г У Го и краевы м и условиями ^) = :0, (О, t) СО. ф (о о, ф З д есь Z) — коэф ф ициент диф ф узии, принятый одинаковы м д л я г а за и влаги.

Р еш ен и е этой зад ач и м ож ет быть выполнено м етодами опе­ рационного исчисления и д ает резул ьтат СО ? ( г,0 = Г о / Л ( ^ (57.7) о г д е / о и / i — ф ункции Б еоселя 1-го р ад а. Н а оси оледа при г = 0 из (57.7) имеем (р(0, 0 = 1 - е. (57.8) П ри известны х ф1 и ф2 из (57.в) легко определяется врем я су ш,ествавания сл ед а i =— _ 1 п ( 1 — 2) 1п (1 — Р “ fi). И м ею щ ийся эксперименталыный м атери ал, а так ж е дан ны е К ам пе о перегреве воздуха 'непосредственно за сам олетом в за виоимости от р асстоян и я до сопла п оказы ваю т, что след стано­ вится видимы м, когда коэффициент см еш ивания достигает не­ скольких сотен, а иновда и тысяч.

И зл о ж е н н ая теория, к а к уж е отмечалось выш е, м ож ет быть обобщ ена на случай, когда вы полняю тся не все сделанны е выш е допущ ения. Т ак, мож но ввести коэф ф ициент х, учиты ваю щ ий тот ф акт, что в атм осф еру вместе с выхлопными газам и вы б расы ­ вается только ч асть вы деленного тепла. А. В. С адовииков, в п е р ­ вые введш ий в употребление коэф ф ициент и, п риним ает д л я н е­ которы х ббнзиновык ави адви гателей % = 0,7, а д л я автом аш ин к = 0,2. Д л я реактивны х Ж'е двигателей % = 0,0 и рол ь указан ной направки невелика. С введением коэф ф ициента х упрощ енная теория о б разован и я следов м ож ет быть, по-видимому, с успехом прим енена к объяснению явления промы ш ленны х (печных) ту ­ м анов и др.

§ 58. М И К РО С ТРУ К ТУ РА П ЕРИ СТЫ Х О БЛ А К О В Н есм отря на значительную аналогию условий сущ ествования перистых облаков, и х структура довольно р азн о о б р азн а. И сходя из формы кри сталлов, из которы х они состоят, и базируясь, н а­ п рим ер, на наблю дениях микроструктуры перистых облаков, вы полненны х В ейкм аном 1621], р 2 2 ], все перистые об лака мож но п о др аздел и ть на три группы.

П ервую группу составляю т об лака, образую щ иеся в резул ь­ тате активны х и быстро протекаю щ их процессов, вследствие чего образован ие и рост кри сталлов в них происходит при силь­ ном пересыщ ении относительно л ьд а. К этой группе относятся перисто-кучевы е об лака и некоторы е разновидности перистых, например у ж е упоминавш иеся Gi unc. с вы раж енной головкой, некоторы е Ci sp. и др.

Рис. 114. Кристаллы перистых облаков активного развития (по Вейкману).

Типичная ф орма элементов этой группы облаков — пучки из двух и более кристаллов, иричем отдельны е кри сталлы — ком ­ поненты пучка — в ы гл ядят одинаково, т. е. имею т один ако­ вую историю разви тия. Н а рис.

114 представлены микроснимки таких пучков и:з Сс. К аж ды й кри сталл п ред ставл яет собой пу­ Ш стотелую призм у с внутренней полостью в виде пирамиды, вер ш ина которой н ап р ав л ен а к цент­ Ш ру пучка. Г рань внеш него осно­ вания призм ы не зап ол н ен а и имеет вид несколько округлен ­ ного ш естиугольного кольца, что хорош о зам етно на рис. 115. Это значит, что рост кр и стал л а про­ исходил настолько быстро, что вследствие преимущ ественного Рис. 115. Отпечаток основания отлож ения л ьд а по углам и р е б ­ кристалла перистых облаков.

Хорошо видна внутренняя рам гран ь основания оф орм илась полость (по Вейкману).

только по кр аям и о стал ась н е за ­ полненной в середине.

А н алош чны й вид имею т и боковые грани призм. Н а многих из них хорош о зам етен более быстрый рост граней вдоль ребер, н а,которы х возникаю т бортики. И н огда это вы раж ен о настолько 3Q сильно, что отпечаток боковой грани приобретает вид двухвуб чатой вилки. О б разован и е подобной формы кри сталлов в о з­ м ож но только при 'наличии интенсивного притока водяного пара, т. е. в наш ем случае при наличии в о б л а к а х сильного пересы щ е­ ния отнооительно льда.

Ко второй группе относятся 0 л ака, возникаю щ ие в р езу л ь ­ 1б тате м едленны х спокойны х процессов в условиях н езн ачитель­ ного пересы щ ения относительно л ьд а. В эту группу входят пе­ ристо-слоистые о б л ака и некоторы е перисты е, переходящ ие в перисто-слоистые.

Д л я (НИХ х арактерн ы одиночные, заполненны е, обычно корот­ кие кристаллы -призм ы, толсты е пластинки, а т а к ж е кристаллы Рис, 116, К ристаллы перисто-слоистых облаков (по В ейкману), неправильной формы. И зр е д к а встречаю тся отдельны е сн а р я ­ дики, длинны е столбики и н ристаллы -близнецы (д ва кри сталл а, соединенны е осн ован иям и ). П учки кристаллов не наблю даю тся.

М икроснимки кри сталлов из Cs п редставлены на рис. Мб.

В се кристаллы, за исклю чением неправильны х, имею т хо- рош о сф орм ированны е сп л о ш н ы е'гр ан и и основания. Эти осо 1сти кр и сталл ов и сам а их ф орм а 'служ ат,доказательством бенн. того, что в данном 'Случае рост.кристаллов происходит при м а ­ лом пересыщ ении относительно льда.

. Т ретья группа явл яется промеж уточной м еж ду двум.я пер­ выми к ак в отношении активности процессов об р азо в ан и я о б л а­ ков, входящ и х В 'нее, так и в отношении формы кри сталлов, с о ­ ставляю щ их эти об лака. Н а ' рис;


Г17 приведены микроснимки и отпечатки кр.исталлов таких облаков. С зем ли облако,, в кото­ ром были сделаны эти м ик1 ро,сним1ки, бЫ ло;

определено к а к п ери ­ стое, но с самолета" его мож но было отнести и к ’Cs, т. е. фо.рма его бы ла довольно неопределенной.: '.

С оставляю щ ие \это облако кри сталлы п редставляли переход­ ную форму м еж ду пустотелы ми призм ам и первой группы и ц е­ ликом заполненны ми.ко-роткими столби кам и второй.

В других случаях об лака этой группы состояли из пучков призм, т. е. были близки к о б л а к ам первой группы. О днако пучки составлялись не из п у ­ стотелых призм, а из призм с заполненны ми основаниями, хотя и имевш их воздуш ны е включения-. У казан н ая д о ста­ точно тесная связь м еж д у ми­ кроструктурой облаков и а к ­ тивностью процесса об лакооб ­ разо в ан и я послуж и ла д л я В ей­ км ан а [622] основанием к л а с ­ сиф ицировать все перисты е об­ л а к а по этому признаку. Его кшассиф'икация вклю чает три группы;

конвективны е пери­ стые о б л ака, слоистые пери­ стые об лака и промеж уточны е Рис. l!l7. Кристаллы промежуточ­ ных форм перистых облаков (по перисты е об лака. О днако т а ­ Вейкману).

к ая класси ф и кац и я ед ва ли це­ л есооб разна, т а к к а к в одну группу попадаю т о б л а к а, хотя и близкие по м икроструктуре, но не всегд а сходные по м ехан изм у образования.

Рис. М8. Кристаллы конденсационных следов (по Вейкману).

Ф орм а кристалло1 канденсационны х следов зависит от тем ­ В пературы, при-которой идет образован ие следа, и поэтому м ож ет быть весьм а разн ообразн ой. О днако в больш инстве случаев следы образую тся п р и ' ^ ^ —40°, поэтому формы кристаллов.

составляю щ и х следы при таких условиях, мож но считать д о ста­ точно типичными д л я С1 tr.

По данны м В ей км ана [в21], [622], следы при таких тем п ера­ ту р ах состоят из пустотелы х призм и близнецов, подобных при­ веденны м на рис. l i e.

Водность перистых о б л а к о в непосредственно ни­ когд а не и зм ерялась. П оэтом у о ней.можно судить лищ ь по не­ которы м весьм а ориентировочны м оценкам.

Т ак, В ейкм ан [б122] п ы тал ся оценить водность Ci исходя из того, что они об разую тся при насы щ ении н а д водой, а сущ е­ ствую т пр'и насы щ ении н ад льдом, и предполю жив, что водность р ав н а разности абсолю тны х вл аж н остей насы щ ения. Д л я тем ­ пературы — 30° рассчитанн ая таким образом водность равн а 0,1 г/м®. Это значение заведом о слиш ком велико-.

К ам пе i[416] сд ел ал попы тку р-ассчитать водно'сть перистых облаков по ф орм уле Т раб ерта' (см. § 76, 77), приняв дальность видимости равн ой 2000 м и р азм ер ы кри сталлов равны м и 200|i в длину и 20jx в ди ам етре (что, по его мнению, соответствует кап ел ькам с r = 2 0 |i ). Р асч ет д а л величину водности, равную 0,03 г/м®, вероятно, более близкую к действительности. С огласно изм ерениям В. Е. М инервина, в кр,исталлических о б л аках As водность нередко п а д а л а до,0,00i2'—0,008 г/м®. Е д ва ли в опти­ чески горазд о менее плотных перисты х о б л аках водность мож ет бы ть больш е этой цифры.

§ 59. П ЕРЛ А М У Т РО В Ы Е О БЛ А К А П ерлам утровы е о б л а к а—^очень тонкие, прозрачны е облака, по ф орме напом инаю щ ие волнисты е или ченевицеобразны е (le n tic u la ris ). Свое н а з в а н и е —нперлам утровы е — они получили и з-за яркой рад уж н ой окраски. В ы сота располож ени я п ер л ам у т­ ровых облаков — от 21 до 30 км, т. е. они находятся в стр ато ­ сфере. С термер [Й90— 592], выполнивш ий большое число весьм а точных измерений высоты этих облаков методом базисного ф о­ тограф и рован ия, указы в ает следую щ ие высоты п ерлам утровы х облаков д л я отдельны х наблю дений (см. табл. 71).

Таблица 2 /П 29/1 19/П 30/ХП 20/11 6/П Д ата...... 18/ 1926 г. 1929 г. 1930 г. 1932 г. 1932 г.. 1932 г. 1934 г.

Ч исло измеренны х точек................. 15 235 28 238 253 138 С редняя высота 24, 24,1 2 7,4 2 4,8 2 3, 2 4,0 2 4, (к м ).................

П ер лам у тр о в ы е о б л а к а представляю т собой одно и з н аи б о ­ лее редких явлений в атм осф ере. З а период с 1в89 по 1949 г., т. е. за 60 лет, зареш стр.ировано всего лиш ь 96 случаев их на Физика облаков 20 блю деяий [338]. В появлении перлам утровы х облаков нет какой либо периодичности. В отдельны е годы они вовсе не н аб лю ­ даю тся, но бы вали годы, когда п овторялись достаточно часто. Т ак, наприм ер, в я н в ар е — ф еврале 198,2 г. в 'Финляндии и С кандинавии было 22 дня с 'перлам утровы ми облакам и. Ч ащ е всего перлам утровы е об лака наблю даю тся зимой, с д ек аб р я по февра-ль, в остальное врем я года встречаю тся очень редко.

Они бы ваю т видны к а к днем, так и в сум ерви;

в сумерки д а ж е чащ е, причем не только в стороне солнца, но и в противополож ­ ной части небосвода.

Р ай он появления п ерлам утровы х облаков так ж е очень о гр а­ ничен. Д о сих пор они н аб лю д ал и сь только в С кандинавии, Ф ин­ ляндии, Ш отландии, Англии и « а А ляске.

Н епо'средственных измерений тем пературы в слое п ер л ам у т­ ровых облаков не производилось. Н о все ж е м ож но предполо­ ж ить, что они сущ ествую т при сравиительно низких тем п ерату­ рах в стратосф ере. Так, наприм ер, 22 д ек а б р я 1939 г., когда в Н орвегии наблю дали сь п ерл ам утровы е об лака, радиозонд, выпущ енный в Хельсинки, зар-егистрировал на высоте 23,5 км тем пературу —^83°. 24 я н в ар я 1950 г. н ад А ляской н а вы соте 20— 24 км были видны пе|рламутровы е об лака. П о данны м р а ­ диозонда, достигш его, в этот день, к сож алению, только высоты 16 км, тем п ература на этом уровне р ав н ял ась 63°.

— М он [498], а затем п одробнее Дитр'ияс [337— 330] рассм отрели связь п оявления перлам утровы х облаков с синоптическим п оло­ жением. Д итри хе установил, что появлению перлам утровы х об­ л ако в благоприятствует определенная синаптическая ситуация, когда н а север или северо-восток от Н орвегии расп о л агается глубокий циклон, и по ю жной периф ерии его происходит мощ ны й западны й вынос. З ап ад н ы е ветры при этом долж ны н аблю даться от ур'овня трения до больш их в у со т, уси ли ваясь с высотой, на что у к азы в ает и ногда и дви ж ени е сам и х облаков. П о данны м С терм ера, скорость ветра в 'СЛое перлам утровы х облаков д ости ­ гает от ГО—20 д о 75 и д а ж е 90 км /час.

Хорош о зам етн ая волнистая или чечеви ц еобразн ая структура п ерлам утровы х облаков, тот ф акт, что вое наблю дения их были сделаны в гор'Ных местностях с подветренной стороны м еридио­ нальны х хребтов, несом ненная с в я зь п оявл ен и я этих об лаков с наличием потока, направленного поперек х реб та,— все это д о ­ статочно убедительно говорит о том, что перлам утровы е о-блака, по-видимому, образую тся в воздуш ны х волнах с подв-етренной стороны хребта.

Д ействительно, если н а каком -ли бо ур'Овне возни каю т волны с ам плитудой 1 км, то при начальной тем пературе —40° и в л а ж ­ ности 39% в верш инах волн уж е м ож ет н ачаться конденсация, а при t = —60° д л я этого нуж на н ач ал ьн ая в л аж н о сть только 24%. П одобная влаж н ость н аб лю д ается иногда в стратосф ере, хотя, по-видимо'му, очень редко. Обычно величина влаж ности в ней нам ного меньш е — около 1 % и ниж е. Этим, вероятно, и объясняется больш ая редкость появления п ерлам утровы х об­ лаков.

Ц в ета п ерлам утровы х облаков-— красн ы й, оранж евы й, зо л о ­ тисты й, зеленый, голубой, красновато-ф иолетовы й, лилово-рово вый — р аси о л агаю тся либо неправильны м и пятнам и, либо поло­ сам и в том ж е порядке, к а к и в радуге. О к р аск а облаков иногда б ы вает настолько яркой, что снег на поверх1 ости зем ли стан о­ н вится красны м, зелены м или другого цвета. О к р аск а облаков бы вает н аи бо л ее яркой около солнца, н а расстоянии 40° от него ц вета см еняю тся бело-голубы м и или сероваты м и тонами, но на расстоянии 144— 166° от солнца снова видна р ад у ж н ая окраска, но более бледн ая. Н а больш их уд ален и ях от солн ц а о б л ака б е с -.

цветны.

О чевидно, о к р а с к а перл.амутровых облаков в ы зв ан а д и ­ ф ракцией света в облачны х ч асти ц ах (к ап л я х или кр и ста л л а х ).

П оэтом у наблю дения н а д цветовы ми явлениям и в этих об лаках (венцам и и т. п.) могут д ать некоторы е сведения о р азм ер ах этих частиц. Б о л ь ш ая яркость цветов и больш ие р азм ер ы ц вет­ ных пятен и венцов п оказы ваю т, что п ф л а м у т р о в ы е об л ак а со­ сто ят из очень мелких и однородных частиц разм ером 2— S\i и Меньше. Н апри м ер, венец, н аблю давш и й ся С терм ером [590] 10— 20 ф ев р ал я 103-2 г., имевш ий внеш ний диам етр красного кр у га 1,8° и внутренний 14—ill5°, мог быть об разован кап лям и д и ам етром около 2,5ix.

О днако эти наблю дения не могут однозначно у к а зать ф а зо ­ вое состояние элем ентов п ерлам утровы х облаков, т а к к а к д и ­ фракционны е явлен и я могут быть вы званы к ак кап л ям и, так и кри сталлам и. Н екоторы е исследователи, наприм ер В ейкман, оп ираясь на р езультаты раб от М еке [489], [490] по исследованию явлений ореолов в гомогенном тум ане, склоняю тся к мнению, что п ерлам утровы е о б л ака состоят iBce ж е и з мелких капель. Но тот ж е В ейкм ан [i62i2] считает, что, возникнув к а к капельны е, они затем п реобразую тся в ледяны е. К так ом у вы воду он приходит, ан ал и зи р у я многочисленны е снимки и цветны е зарисовки Стер м ера. Н а это, по мнению В ей км ана, у казы в ает сходство форм п ерлам утровы х облаков с феновыми (состоящ ими и з'водян ой го­ ловки и ледяного хвоста) и распределени е цветов по об лакам — ярко окраш ен н ая головн ая часть,и диф ф узны й серо-синий цвет ш лейф а, напом инаю щ ий оттенок перисты х облаков. О днако эти объяснения едва: ли достаточно убедительны.

Таким образом, вопрос об агрегатном состоянии элементов перлам утровы х облаков остается пока открытым-.

§ 60. С Е Р Е Б Р И С Т Ы Е О БЛ А К А С еребристы е о б л ака (рис. Ill® )— очень высокие, тонкие, весьм а п ро зр ач н ы е,волокнистьге о б л а к а, лучш е всего н аб л ю д ае­ мые после зах о д а (или перед во сх о д о м ), когд а депрессия солнца 20* 30 равн а 6— 12° под горизонтом. В это врем я оии ещ е освещ ены солнцем и хорош о видны на темнею щ ем фоне неба. Они к ак бы светят серебристы м или ж ем чуж ны м (и зред ка голубоваты м ) светом и порой создаю т такую освещ енность, что мож но ори их свете фото'лрафировать п ей заж, зд ан и я и в р.'О т леристы х о б л а ­ ков они отличаю тся отсутствием полос 'п ад ен и я—.загнуты х ког­ теобразн ы х утолщ ений, п ереходящ их в длинны е хво-сты. Д н ем на фоне светлого неба и ночью, когда они не освещ ены солнцем или луной, их не В'идно.

Серебристы е об лака наблю даю тся в Северном полуш арии с конца ап реля до н ач ал а сентября в довольно узкой полосе м еж ду 46 и 63° с. ш., хотя в отдельны х случаях их видимый по­ кров простирается горазд о д ал ьш е н а север, прим ерно д о 71° с. ш.,В Юж'ном п олуш арии 0 1ни наблю дали сь летом в тех ж е ш иротах;

С 19:32 г. они н аблю даю тся еж егодно, так что отсут­ ствие сведений о них в некоторы е более ранние годы, вероятно, просто вы звано плохой организацией наблю дений.

В ы сота серебристы х облаков, определенная ф отограм м етри ­ ческим путем с баз длиной от 35 до 106 км, довольно посто-янна и р авн а 76—85 км, в среднем около 82 км. Свойство серебристы х облаков п о яв л яться в определенный 'сезон, на определенной ш и­ роте и высоте весьм а зам ечательно и, несомненно, пом ож ет р е­ шить вопрос об их природе.

С огласно классиф икации, предлож енной Н. И. Гриш иным [52], наблю даю тся следую щ ие формы серебристы х облаков.

1. Ф лер — тум анообразн ы й слой, часто являю щ ийся первич­ ной стадией об разован и я серебристы х облаков или фоном, на котором видны другие формы.

2. П олосы, обычно м ало меняю щ иеся со временем, п а р а л ­ лельны е или каж ущ и еся вследствие иерспективы сходящ им ися в одну точку.

3. Г ребеш м и —^многочисленные узкие, п араллельны е, резко очерченные и короткие полоски, иногда образую щ ие нечто вроде птичьих перьев. П ри этом весь слой серебристы х облаков и ногда прогибается в виде больш их волн.

4. Зави хрен и я, охваты ваю щ ие об лака преды дущ их форм — полосы и г р е б е ш к и — и создаю щ ие порой больш ие выбросы из основной м ассы облаков. И гребеш ки и завихрения отличаю тся больш ой изменчивостью.

С еребристы е об лака д ви ж утся иногда очень быстро, до 136 м/сек., очевидно, с потоко'М.ветра на высоте около i82 км.

Отмеченные в 1925 г. скорости 230 м/сек. И. И. Гриш ин считает ненадеж ны ми. --Замедленная киносъем ка серебристы х облаков, орган и зованн ая им, у к а за л а на зам ечательны е ф орм ы д ви ж ен и я атм осф еры на уровне серебристы х облаков, в частности, на бы­ строе зарож ден и е и распространение волн (или д а ж е двух си ­ стем в о л н ), на возникновение вихрей и пр. В озм ож но, что тут н аблю даю тся «волны Г ельм гольца» под сильной инверсией, н ачинаю щ ейся на высоте ЗЗ—®5 км. Эти волны, в отличие от тр о ­ посф ерны х, не п ерерож даю тся в ячейковую конвекцию.

С еребристы е об лака светят рассеянны м светом солнца, и в их спектре д а ж е видны ф раунгоф еровы линии солнечного спектра, слегка ослабленного в нраено-оранж евой части. Это ослабление н езн ачителБ но,'и бо, к ак у к а за л А. Ф. Д ю бю к, серебристые об­ л а к а мож но хорош о ф отограф ировать через ж елты й свето­ фильтр. П атон н аблю дал медленное изменение цвета части об­ л а к а от ярко-голубого до белого. Э тот ф ак т свидетельствует о том, что р ассеян и е света частицам и облаков яв л яется не вполн е нейтральны м. С вет серебристы х облаков зам етно п оля­ ризован (чем они отличаю тся, наприм ер, от п ери сты х), что •опять-таки указы в ает на м алы й р азм ер их частиц. Зам ети м, что.аэрозоли р ади усам и 0,1 имею т отчетливо различим ую голубую окраску, а при ради усе 0,3i5^—0,4 2 y i (к ак п о казал В. В. Ш улей нин в своем объяснении явлен и я «голубого солнца») —1у ж е ж е л ­ товатую..Поэтому, вероятно, белы е серебристы е о б л а к а состоят из частиц,.имеющих ради ус,.промежуточный м еж ду 0,1 и 0,3^i.

О свещ енность, со зд ав ае м ая серебристыми облакам и, так о ва, что в слое толщ иной б км долж н о иметься в 1 м® 10^ частиц ради усом 0,1|1 или 10® частиц радиусом 0,01 М асса их будет и 10“" г/м®, если считать их ’ лот­ л р и этом соответственно п н ость равной 2,5.

С ущ ествую т две.гипотезы о природе серебристы х облаков.

П о мнению И. А. Х востикова [218], они состоят из лед ян ы х кри сталло1В, о бразовавш и хся в наиболее холодном (до — 80, —^85°) сл о е стратосф еры, находящ ем ся на вы сотах от 60 до. 80 км.

Д ействительно, они не л оявл яю тся ни ниж е, в более теплой м езосф ере, ни выше, в слоях, где тем пературы снова п овы ­ ш аю тся. Водяной пар м ож ет попадать на эти высоты б лагодаря перемеш иванию атм осферы. ;

П о другой гипотезе, защипдаемой Л ад л ам о м [132], облака эти состоят из П Ы Л.И, п редполож ительно космического или м е­ теорного происхож дения. Т ак ая пы ль (как это нередко бы вает в ниж ней атм осф ере) собирается п од тем пературной инверсией н а высоте 83—85 км. П оследн яя яв л яется границей проникаю ­ щ его снизу п роцесса перем еш ивания или д а ж е конвекции. Н е исклю чено поэтому, что пылевы е об лака зан осятся в страто­ сф ер у и и з ниж них слоев.

' г л а в а IX О БЛ Е ДЕ Н Е Н И Е САМОЛЕТОВ § 61. Ф И ЗИ Ч Е С К И Е ЗА К О Н О М ЕРН О С ТИ О Б Л Е Д Е Н Е Н И Я О б л ак а привлекаю т внимание ш ирокого круга и сслед овате­ лей не только с точки зрения теории разви ти я облаков и осад ­ ков и их прогнозирования, но и при реш ении целого р яд а п р и ­ клад н ы х зад ач. С реди последних ocoi6oe место зан и м ает проб­ л ем а обледенения сам олетов, возникаю щ его при полете в п ере­ охлаж ден н ы х облаках.

(Первые экаперим ентальны е и сследования процессов об леде­ нения в свободной атм оофере бы ли вы полнены Пеплером;

с помощ ью зм еев в 19Й2— 1003 гг. Н ачи н ая с 19Э2 г. число ис­ следований по обледенению р езк о возрастает, появляю тся об­ стоятельны е теоретические [292] и эксперим ентальны е [ббб] ис­ следован и я. П одробны й обзор основны х раб от, связан н ы х с изучением обледенения сам олетов и в особенности с борьбой с этим явлением, был д ан Н. В. Л ебедевы м в 1930 г. [illS].

В li938 г. выш ел сборник «О бледенение воздуш ны х судов» [12];

где в статье А. X. Х ргиана были разоб ран ы основные ф изиче­ ские причины, приводящ и е к отлож ению л ьд а на самолете. Р а ­ боты И. Г. П челко и В. М. К урганской [174], М. В. З а вар и н о й [71], В. Д. С тепаненко и др. значительно расш и рили наш и п р е д ­ ставлени я о повторяемости и вероятности обледенения в р а з ­ личны х синоптических условиях. О б об щ ая этот Kipyr и ссл ед о в а­ ний, И. Г. П челко и А. М. Боровиков [il7i5] р азр а б о та л и впослед­ ствии м етод п рогнозирования обледенения сам олетов в полете.

Н ачи н ая с конца 40-х годов физические процессы обледенения сам олетов, в частности интенсивность оседания к ап ел ь на р а зл и ч ­ ных ч астях са;

молета при полетах в переохлаж денны х об лаках, ста л и предм етом систематического эксперим ентального и теоре­ тического изучения к а к у н ас (А. X. Хргиан, И. Г. Пчел.ко, И. П. М ази н, Л. М. Л авин, О. К. Трунов и д р.), т а к и з а руб е­ ж ом (В. Л ью ис, Б ергран, Трайбус, Д еви с и д р.). Зави си м ость скорости отлож ения л ьд а на сам олете от процессов теплообм ена обледеневаю щ ей поверхности р ассм атр и в ал ась во многих иссле­ д о в а н и я х — в р аб о тах Л а д л а м а, Т райбуса. и др. Ф изические •основы процесса обледенения самолетов излож ены в работе Т134].

В Ц ентральной аэрологической обсерватории эксперим ен­ тальн ы е и сследования проводились на летаю щ ей лаборатори и, оборудованной на сам олетах типов « Л И -2» и «ИЛ-1!2», силами.лаборатории облачны х исследований под руководством А. М. Б о ­ ровикова. С ерия полетов бы ла -проведена совместно с Гос. Н И И ГВФ.

П олеты, осущ ествляем ы е ЦАО, п роводились' в р азн о о б р аз­ ных синоптических условиях, в об лаках различны х форм, на разн ы х вы сотах и при разны х тем пературах. Во врем я полетов в условиях обледенения, кроме полного ком плекса аэрологиче­ ских измерений, п роводились специальны е наблю дения за ф ор­ мой и скоростью отлож ения л ьд а на плоскости сам олета и раз.личных его д етал ях, на ш аблоне — у казателе, установленном у окна бортаэролога, на ряде опециальных ш аблоиов р азл и ч ­ ных форм и на вращ аю щ и хся ц или н драх различны х диам етров.

О тлож ение л ь д а и а разн ы х телах, перем ещ аю щ ихся в облаке при отрицательной тем пературе, вы зы вается их столкновением с переохлаж денны м и облачны ми каплям и и зам ерзан и ем по­ следних. Это явление по своему х ар ак тер у аналогично отложе ц и ю гололеда на проводах связи. С лучаи непосредственной сублим ации л ьд а на сам олете чрезвы чайно редки и не п р ед ста­ вляю т практического интереса. У обычных порш невы х самолетов •обледенению подверж ены многие детали — плоскости и винт,' капоты моторов, окна кабины пилота, стабилизатор, элероны, р ад и о ан тен н ы, приемник воздуш ного д авлен и я и другие вы сту­ паю щ ие и направленны е навстречу' потоку детали, вплоть до з а ­ клепок на плоскостях и ф ю зеляж е.

Ф орм а отлож ения л ьд а и его струк тура отличаю тся больш им р азн ооб рази ем : в одних условиях н ар астает гладкий и белый лед, в других он сильно булристый и прозрачны й. П р и обледе­ нении ф орм а обледеневаю щ его тела сильно и скаж ается, подъем ­ ная сила плоскостей уменьш ается.



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 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.