Плывущие по небу облака притягивают наш взгляд с раннего детства. Многим из нас нравилось подолгу всматриваться в их очертания, придумывая, на что похоже очередное облако – на сказочного дракона, голову старика или кошку, бегущую за мышкой.
Как хотелось взобраться на одно из них, чтобы поваляться в мягкой ватной массе или попрыгать на ней, как на пружинящей кровати! Но в школе на уроках природоведения все дети узнают, что на самом деле – это просто большие скопления водяного пара, плывущие на огромной высоте над землей. Что еще известно об облаках и облачности?
Облачность – что это за явление?
Облачностью принято называть массу облаков, которые находятся над поверхностью определенного участка нашей планеты в текущее время или находились там в определенный момент времени. Она является одним из основных погодных и климатических факторов, который препятствует как слишком сильному нагреву, так и охлаждению поверхности нашей планеты.
Облачность рассеивает солнечное излучение, препятствуя перегреву грунта, но в то же время и отражает собственное тепловое излучение поверхности Земли. Фактически роль облачности аналогична роли одеяла, сохраняющего температуру нашего тела стабильной во время сна.
Измерение облачности
Авиационные метеорологи используют так называемую 8-октантную шкалу, которая заключается в делении неба на 8 сегментов. Количество видимых на небе облаков и высоту их нижних границ указывают послойно от нижнего слоя к верхнему.
Количественное выражение облачности автоматические метеостанции сегодня обозначают латинскими буквосочетаниями:
— FEW – незначительная рассеянная облачность в 1-2 октантах, или 1-3 балла по международной шкале;
— NSC – отсутствие существенной облачности, при этом количество облаков на небе может быть любым, если их нижняя граница располагается выше 1500 метров, а мощно-кучевые и кучево-дождевые облака отсутствуют;
— CLR – все облака находятся на высоте выше 3000 метров.
Формы облаков
Метеорологи различают три основных формы облаков:
— перистые, которые образуются на высоте более 6 тысяч метров из мельчайших ледяных кристалликов, в которые превращаются капельки водяного пара, и имеют форму длинных перьев;
— кучевые, которые располагаются на высоте 2-3 тысяч метров и похожи на клочья ваты;
— слоистые, располагающиеся друг над другом в несколько слоев и, как правило, закрывающие все небо.
Профессиональные метеорологи различают несколько десятков разновидностей облаков, которые являются вариантами либо сочетаниями трех основных форм.
От чего зависит облачность?
Облачность напрямую зависит от содержания в атмосфере влаги, так как облака образуются из сконденсированных в мельчайшие капельки молекул испарившейся воды. Значительное количество облаков образуется в экваториальной зоне, так как там очень активно идет процесс испарения из-за высокой температуры воздуха.
Наиболее часто здесь образуются кучевые и грозовые формы облаков. Субэкваториальные пояса характеризуются сезонной облачностью: в сезон дождей она, как правило, увеличивается, в сухой сезон – практически отсутствует.
Облачность умеренных поясов зависит от переноса морского воздуха, атмосферных фронтов и циклонов. Она тоже носит сезонный характер как по количеству, так и по форме облаков. Зимой наиболее часто образуются слоистые облака, обкладывающие небо сплошной пеленой.
К весне облачность обычно уменьшается, начинают появляться кучевые облака. Летом на небе господствуют кучевые и кучево-дождевые формы. Осенью облака наиболее обильны с преобладанием слоистых и слоисто-дождевых облаков.
Для всей планеты в целом количественный показатель облачности примерно равен 5,4 балла, причем над сушей облачность ниже – около 4,8 балла, а над морем выше – 5,8 балла. Наибольшая облачность образуется над северной частью Тихого океана и Атлантики, где ее величина достигает 8 баллов. Над пустынями она не превышает 1-2 балла.
Облачность - комплекс облаков, проявляемых в определённом месте планеты (навеленный пункт или территория) в определённый момент или период времени.
Виды облачности
Тот или иной вид облачности соответствует определённым процессам, происходящим в атмосфере, а поэтому предвещает ту или иную погоду. Знание видов облаков с точки зрения судоводителя важно для предсказания погоды по местным признакам. В практических целях облака подразделяются на 10 основных форм, в свою очередь подразделяемых по высоте и вертикальной протяжённости на 4 вида:
Облака большого вертикального развития. К ним относятся:
Кучевые. Латинское название — Cumulus (на картах погоды обозначаются Cu) – отдельные толстые вертикально развитые облака. Верхняя часть облака – куполообразная, с протуберанцами, нижняя – практически горизонтальная. Средняя вертикальная протяжённость облака – 0.5 -2 км. Средняя высота нижнего основания от земной поверхности – 1.2 км.
– тяжёлые массы облаков большого вертикального развития в виде башен и гор. Верхняя часть представляет собой волокнистую структуру, часто имеющую выбросы в стороны в виде наковальни. Средняя вертикальная протяжённость – 2-3 км. Средняя высота нижнего основания – 1 км. Часто дают ливневые осадки, сопровождающиеся грозами.
Облака нижнего яруса. К ним относятся:
– низкие, аморфные, слоистые, почти однородные дождевые облака тёмно-серого цвета. Нижнее основание – 1-1.5 км. Средняя вертикальная протяжённость облака – 2 км. Из таких облаков выпадают обложные осадки.
– однородная светло-серая туманообразная пелена сплошных низких облаков. Часто образуются из приподнявшегося тумана или переходят в туман. Высота нижнего основания – 0.4 — 0.6 км. Средняя вертикальная протяжённость – 0.7км.
— Низкий облачный покров, состоящий из отдельных гряд, волн, пластин или хлопьев, разделённых просветами или полупрозрачными участками (просвечивающие) или без ясно видимых просветов, волокнистая структура таких облаков яснее видна у горизонта.
Облака среднего яруса. К ним относятся:
– волокнистая вуаль серого или голубоватого цвета. Нижнее основание находится на высоте 3 – 5 км. Вертикальная протяжённость — 04 — 0.8 км).
– слои или пятна, состоящие из сильно сплющенных округлых масс. Нижнее основание находится на высоте 2 – 5 км. Средняя вертикальная протяжённость облака – 0.5 км.
Облака верхнего яруса. Все они – белого цвета, днём почти не дают тени. К ним относятся:
Перисто-слоистые Cirrostratus (Cs) — тонкая белёсая полупрозрачная вуаль, постепенно затягивающая всё небо. Не заслоняют внешних контуров Солнца и Луны, приводя к появлению гало вокруг них. Нижняя граница облака находится на высоте около 7 км.
Степень покрытия небесного свода облаками называют количеством облаков или облачностью. Облачность выражается в десятых долях покрытия неба (0–10 баллов). При облаках, полностью закрывающих небо, облачность обозначается числом 10, при совершенно ясном небе – числом 0. При выводе средних величин можно давать и десятые доли единицы. Так, например, число 5,7 означает, что облака покрывают 57% небосвода.
Облачность обычно определяется наблюдателем на глаз. Но существуют и приборы в виде выпуклого полусферического зеркала, отражающего весь небосвод, фотографируемого сверху, либо в виде фотокамеры с широкоугольным объективом.
Принято оценивать отдельно общее количество облаков (общую облачность) и количество нижних облаков (нижнюю облачность). Это существенно, потому что высокие, а отчасти и средние облака меньше затеняют солнечный свет и менее важны в практическом отношении (например, для авиации). Дальше речь будет идти только об общей облачности.
Облачность имеет большое климатообразующее значение. Она влияет на оборот тепла на Земле: отражает прямую солнечную радиацию и, следовательно, уменьшает ее приток к земной поверхности; она также увеличивает рассеяние радиации, уменьшает эффективное излучение, меняет условия освещенности. Хотя современные самолеты летают выше среднего яруса облаков и даже выше верхнего яруса, облачность может затруднять взлет и поездку самолета, мешать ориентации без приборов, может вызвать обледенение самолета и др.
Суточный ход облачности сложен и в большей степени зависит от родов облаков. Слоистые и слоисто-кучевые облака, связанные с выхолаживанием воздуха от земной поверхности и со срав-нительно слабым турбулентным переносом водяного пара вверх, имеют максимум ночью и утром. Кучевообразные облака, связанные с неустойчивостью стратификации и хорошо выраженной конвекцией, возникают преимущественно в дневные часы и исчезают к ночи. Правда, над морем, где температура подстилающей поверхности почти не имеет суточного хода, облака конвекции также его почти не имеют или слабый максимум приходится на утро. Облака упорядоченного восходящего движения, связанные с фронтами, не имеют ясного суточного хода.
В результате в суточном ходе облачности над сушей в умеренных широтах летом намечаются два максимума: утром и более значительный после полудня. В холодное время года, когда конвек-ция слаба или отсутствует, преобладает утренний максимум, который может стать единственным. В тропиках на суше весь год преобладает послеполуденный максимум, так как важнейшим облакообразующим процессом там является конвекция.
В годовом ходе облачность в разных климатических областях меняется по-разному. Над океанами высоких и средних широт годовой ход вообще невелик, с максимумом летом или осенью и минимумом весной, Так, на о. Новая Земля значения облачности в сентябре и октябре – 8,5, в апреле – 7,0 б баллов.
В Европе максимум приходится на зиму, когда наиболее развита циклоническая деятельность с ее фронтальной облачностью, а минимум – на весну или лето, когда преобладают облака конвекции. Так, в Москве значения облачности в декабре – 8,5, в мае – 6,4; в Вене в декабре – 7,8, в августе – 5,0 баллов.
В Восточной Сибири и Забайкалье, где зимой господствуют антициклоны, максимум приходится на лето или осень, а минимум на зиму. Так, в Красноярске значения облачности составляют в октябре – 7,3, в феврале – 5,3.
В субтропиках, где летом преобладают антициклоны, а зимой – циклоническая деятельность, максимум приходится на зиму, минимум на лето, как и в умеренных широтах Европы, но амплитуда больше. Так, в Афинах в декабре 5,9, в июне 1,1 балла. Таков же годовой ход и в Средней Азии, где летом воздух очень далек от насыщения вследствие высоких температур, а зимой существует довольно интенсивная циклоническая деятельность: в Ташкенте в январе 6,4, в июле 0,9 балла.
В тропиках, в областях пассатов, максимум облачности приходится на лето, а минимум на зиму; в Камеруне в июле – 8,9, в январе – 5,4 балла, В муссонном климате тропиков годовой ход такой же, но резче выражен: в Дели в июле 6,0, в ноябре 0,7 балла.
На высокогорных станциях в Европе минимум облачности наблюдается главным образом зимой, когда слоистые облака, закрывающие долины, лежат ниже гор (если не говорить о наветренных склонах), максимум – летом при развитии облаков конвекции (С.П. Хромов, М.А. Петросянц, 2004).
| Оглавление |
|---|
| Климатология и метеорология |
| ДИДАКТИЧЕСКИЙ ПЛАН |
| Метеорология и климатология |
| Атмосфера, погода, климат |
| Метеорологические наблюдения |
| Применение карт |
| Метеорологическая служба и Всемирная Метеорологическая Организация (ВМО) |
| Климатообразующие процессы |
| Астрономические факторы |
| Геофизические факторы |
| Метеорологические факторы |
| О солнечной радиации |
| Тепловое и лучистое равновесие Земли |
| Прямая солнечная радиация |
| Изменения солнечной радиации в атмосфере и на земной поверхности |
| Явления, связанные с рассеянием радиации |
| Суммарная радиация, отражение солнечной радиации, поглощенная радиация, ФАР, альбедо Земли |
| Излучение земной поверхности |
| Встречное излучение или противоизлучение |
| Радиационный баланс земной поверхности |
| Географическое распределение радиационного баланса |
| Атмосферное давление и барическое поле |
| Барические системы |
| Колебания давления |
| Ускорение воздуха под действием барического градиента |
| Отклоняющая сила вращения Земли |
| Геострофический и градиентный ветер |
| Барический закон ветра |
| Фронты в атмосфере |
| Тепловой режим атмосферы |
| Тепловой баланс земной поверхности |
| Суточный и годовой ход температуры на поверхности почвы |
| Температуры воздушных масс |
| Годовая амплитуда температуры воздуха |
| Континентальность климата |
| Облачность и осадки |
| Испарение и насыщение |
| Влажность |
| Географическое распределение влажности воздуха |
| Конденсация в атмосфере |
| Облака |
| Международная классификация облаков |
| Облачность, ее суточный и годовой ход |
| Осадки, выпадающие из облаков (классификация осадков) |
| Характеристика режима осадков |
| Годовой ход осадков |
| Климатическое значение снежного покрова |
| Химия атмосферы |
| Химический состав атмосферы Земли |
| Химический состав облаков |
| Химический состав осадков |
| Кислотность осадков |
| Общая циркуляция атмосферы |
| Погода в циклоне |
Определение облачности производится визуально по 10-балльной системе. Если небо безоблачное или на нем имеется одно или несколько небольших облаков, занимающих менее одной десятой части всего небосвода, то облачность считается равной 0 баллов. При облачности, равной 10 баллам, все небо закрыто облаками. Если облаками покрыто 1/10, 2/10, или 3/10 частей небосвода, то облачность считается равной соответственно 1, 2, или 3 баллам.
Определение интенсивности света и уровня радиационного фона*
Для измерения освещенности применяются фотометры. По отклонению стрелки гальванометра определяется освещенность в люксах. Можно пользоваться фотоэкспонометрами.
Для измерения уровня радиационного фона и радиоактивной загрязненности используются дозиметры-радиометры ("Белла", "ЭКО", ИРД-02Б1 и др.). Обычно указанные приборы имеют два режима работы:
1) оценка радиационного фона по величине мощности эквивалентной дозы гамма-излучения (мкЗв/ч), а также загрязненности по гаммаизлучению проб воды, почвы, пищи, продуктов растениеводства, животноводства и т.д.;
* Единицы измерения радиоактивности
Активность радионуклида (А) - уменьшение числа ядер радионуклида за опреде-
ленный интервал времени:
[А] = 1 Ки = 3,7 · 1010 расп./с = 3,7 · 1010 Бк.
Поглощенная доза излучения (Д) составляет энергию ионизирующего излучения, переданную определенной массе облучаемого вещества:
[Д] = 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.
Эквивалентная доза облучения (Н) равна произведению поглощенной дозы на
средний коэффициент качества ионизирующего излучения (К), учитывающий биоло-
гическое действие различных излучений на биологическую ткань:
[Н] = 1 Зв = 100 бэр.
Экспозиционная доза (X) является мерой ионизирующего действия излучения, еди-
ницей которой является 1 Кu/кг или 1 Р:
1 Р = 2,58 · 10-4 Кu/кг = 0,88 рад.
Мощность дозы (экспозиционной, поглощенной или эквивалентной) - это отношение приращения дозы за определенный интервал времени к величине этого временного интервала:
1 Зв/с = 100 Р/с = 100 бэр/с.
2) оценка степени загрязненности бета-, гамма - излучающими радионуклидами поверхностей и проб почвы, пищи и др. (частиц/мин.·см2 или кБк /кг).
Предельно допустимая доза облучения составляет 5 мЗв /год.
Определение уровня радиационной безопасности
Определение уровня радиационной безопасности проводится на примере использования дозиметра-радиометра бытового (ИРД-02Б1):
1. Установить переключатель режима работы в положение «мкЗв/ч».
2. Включить прибор, для чего установить переключатель «выкл.- вкл.»
в положение «вкл.». Примерно через 60 с после включения прибор готов
к работе.
3. Поместить прибор в то место, где определяется мощность эквивалентной дозы гамма-излучения. Через 25-30 с на цифровом табло высветится значение, которое соответствует мощности дозы гаммаизлучения в данном месте, выраженной в микрозивертах в час (мкЗв/ч).
4. Для более точной оценки необходимо брать среднее из 3-5 последовательных показаний.
Показание на цифровом табло прибора 0,14 означает, что мощность дозы составляет 0,14 мкЗв/ч или 14 мкР/ч (1 Зв = 100 Р).
Через 25-30 с после начала работы прибора необходимо снять три последовательных показания и найти среднее значение. Результаты оформить в виде табл. 2.
Таблица 2. Определение уровня радиации
Показания прибора |
Среднее значение |
||||
мощности дозы |
|||||
Оформление результатов микроклиматических наблюдений
Данные всех микроклиматических наблюдений фиксируются в тетради, а затем обрабатываются и оформляются в виде табл. 3.
Таблица 3. Результаты обработки микроклиматических
наблюдений
Температу- |
||||||||||||||||
ра воздуха |
Температу- |
Влажность |
||||||||||||||
на высоте, |
ра воздуха, |
воздуха на |
||||||||||||||
высоте, % |
||||||||||||||||
Влажность
Влажность воздуха - содержание в нем водяного пара. Ее характеристиками являются:
абсолютная влажность а - количество водяного пара (в г) в 1 м 3 воздуха;
насыщающий (насыщенный) пар А - количество пара (в г), необходимое для полного насыщения единицы объема (его упругость обозначается буквой Е);
относительная влажность R - отношение абсолютной влажности к насыщающему пару, выраженное в процентах (R=100% × а/А );
точка росы - температура, при которой воздух достиг бы состояния насыщения при данном влагосодержании и неизмененном давлении.
В экваториальной зоне и субтропиках абсолютная влажность у земли достигает 15 – 20 г/м 3 . В умеренных широтах летом - 5 – 7 г/м 3 , зимой (а также в Арктическом бассейне) она уменьшается до 1 г/м 3 и ниже. С высотой содержание водяного пара в воздухе быстро падает. Влажность оказывает влияние на изменение температуры воздуха, а также на процесс образования облаков, туманов, осадков.
Наряду с процессом испарения воды в атмосфере происходит и обратный процесс - переход водяного пара при понижении температуры в жидкое или непосредственно в твердое состояние. Первый процесс называется конденсацией, второй - сублимацией .
Понижение температуры происходит адиабатически в поднимающемся влажном воздухе и приводит к конденсации или сублимации водяного пара, что и является главной причиной образования облаков. Причинами подъема воздуха в этом случае могут являться: 1) конвекция, 2) восходящее скольжение по наклонной фронтальной поверхности, 3) волнообразные движения, 4) турбулентность.
Кроме указанного, понижение температуры может произойти и вследствие радиационного выхолаживания (от излучения) верхних слоев инверсий или верхней границы облаков.
Конденсация происходит только в том случае, если воздух насыщен водяным паром и в атмосфере имеются ядра конденсации. Ядрами конденсации являются мельчайшие твердые, жидкие и газообразные частицы, постоянно имеющиеся в атмосфере. Наиболее распространенными являются ядра, содержащие соединения хлора, серы, азота, углерода, натрия, кальция, причем наиболее часто встречающимися ядрами являются соединения натрия и хлора, обладающие гигроскопическими свойствами.
Ядра конденсации в атмосферу попадают главным образом из морей и океанов (около 80%) путем испарения и разбрызгивания их с водной поверхности. Кроме того, источниками ядер конденсации являются продукты горения, выветривания почв, вулканической деятельности и т. д.
В результате конденсации и сублимации в атмосфере образуются мельчайшие капельки воды (с радиусом около 50 мк) и кристаллики льда, имеющие вид шестигранной призмы. Скопление их в приземном слое воздуха дает дымку или туман, в вышележащих слоях облака. Слияние мелких облачных капель или нарастание ледяных кристаллов приводит к образованию различного рода осадков: дождя, снега.
Облака могут состоять только из капель, только из кристаллов и быть смешанными, т. е. состоять из капель и кристаллов. Водяные капли в облаках при отрицательных температурах находятся в переохлажденном состоянии. Капельножидкие облака в большинстве случаев наблюдаются до температуры -12° С, чисто ледяные (кристаллические) - при температуре ниже -40° С, смешанные - от -12 до -40° С.
Облака характеризуются водностью. Водность - это количество воды в граммах, содержащееся в одном кубическом метре облака (г/м 3). Водность в капельножидких облаках колеблется от 0,01 до 4 г в кубическом метре облачной массы (в отдельных случаях наблюдается и более 10 г/м 3). В ледяных облаках водность менее 0,02 г/м 3 , а в смешанных облаках до 0,2-0,3 г/м 3 . Не следует смешивать водность с влажностью.
Облака классифицируются:
По высоте нижней границы на 3 (иногда 4) яруса,
По происхождению (генетическая классификация) на 3 группы,
По внешнему виду (морфологическая классификация) делятся на несколько форм:
Выделяются основные формы:
Кучевые облака представляют собой белые, серые, темно-серые отдельные образования в виде куч различной формы.
Перистые - отдельные тонкие легкие облака белого цвета, прозрачные, волокнистой или нитевидной структуры имеют вид крючков, нитей, перьев или полос.
Слоистые облака - представляют собой однородный серый покров, различной прозрачности.
Перисто-кучевые облака, представляющие собой мелкие белые хлопья или маленькие шарики (барашки), напоминающие комочки снега,
Перисто-слоистые облака, имеющие вид белой пелены, затягивающей зачастую все небо, и придающие ему молочно-белый оттенок.
Слоисто-кучевые облака серого цвета с темными полосами - облачными валами.
Отмечаются также другие особенности внешнего вида (наличие волнистости, конкретные формы облака) и связь с осадками. Всего насчитывают 10 основных форм облаков и 70 их разновидностей.
Форма облаков определяется при их наблюдении в соответствие с принятой классификацией с помощью специально изданного Атласа облаков.
Облака, возникающие внутри воздушных масс, называются внутримассовыми , образующиеся на атмосферных фронтах – фронтальными , возникающие над горами при перетекании воздушными потоками препятствий (гор) – орографическими .
| Группы | Процесс образования | Ярус | ||
| Нижний (0 – 2000м). Облака вертикаль-ного развития. | Средний (2000 – 6000 м). | Верхний (выше 6000м). | ||
| Кучевообраз-ные | Конвекция при наличии задерживающего слоя. | Кучевые (плоские облака). | Высококучевые: - хлопьевидные; - башенкообразные. | Перисто-кучевые хлопьевид-ные |
| Вертикального развития: вторжение холодного воздуха под теплый. | Кучево-дождевые. Мощные кучевые (верхняя граница – до тропопаузы). | |||
| Слоисто-образные | Восходящее скольжение теплого воздуха вдоль пологих фронтальных разделов или по холодной подстилающей поверхности. | Слоисто-дождевые. Разорвано- дождевые (слоистые или слоисто-кучевые) | Высоко-слоистые: - тонкие. - плотные | Перистые. Перисто-слоистые |
| Волнистые | Надинверсионные: восхо-дящее скольжение теплого воздуха по слою инверсии со слабым наклоном. | Слоисто-кучевые плотные | Высоко-кучевые плотные | Перисто-кучевые волнисто-образные |
| Подинверсионные: турбулентность, излучение, смешение в пограничном слое. | Слоисто-кучевые просвечивающие. Слоистые | Высоко-кучевые просвечивающие: - волнистые, - грядами, - чечевицеобразные |
При указании высоты верхней и нижней границ облаков нужно иметь в виду, что они могут быть как достаточно четкие, так и чрезвычайно размытые. Особенно опасен переходный предоблачный слой, достигающий 200 м у под подинверсионными облаками.
В отдельную группу следует выделить искусственные перистые облака, возникающие за летящим самолетом в верхней тропосфере. Их называют конденсационными (иногда инверсионными) следами. Возникают они в результате сублимации водяного пара, содержащегося в выхлопных газах двигателя.
