Условия образования облаков и их микрофизическая структура. Метеорологические условия полётов в слоистых облаках. Структура нижней границы низких слоистых облаков. Метеорологические условия полётов в слоисто-кучевых облаках и в грозовой деятельности.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

1. Условия образования облаков

Облака представляют собой результат конденсации водяного пара в атмосфере. Они возникают при сложных атмосферных процессах различного масштаба, от молекулярного до макромасштаба (синоптические процессы). Облака связаны динамикой атмосферы. Как и у многих атмосферных процессов, эта связь взаимная. Ещё более существенна в динамике атмосферы роль облаков нижнего и среднего яруса.

Облака - системы капель воды, кристаллов льда или тех и других элементов, взвешенных в атмосфере на некоторой высоте над земной поверхностью. Они возникают в результате термодинамических процессов, приводящих водяной пар к конденсации и сублимации. По форме, горизонтальной и вертикальной протяжённости облаков можно косвенно судить о причинах облакообразования, о процессах, происходящих в облаках, а следовательно, и об условиях полётов в них. Для образования облаков необходимо пересыщение воздуха водяным паром и наличие ядер конденсации. Пересыщение возникает вследствие понижения температуры воздуха ниже точки росы или благодаря дополнительному притоку влаги.

Основными процессами, обусловливающими охлаждение воздуха в свободной атмосфере и приводящими к облакообразованию, являются адиабатическое расширение, турбулентный обмен и излучение.

Главной причиной образования облаков является адиабатическое понижение температуры в поднимающемся влажном воздухе. В зависимости от вида восходящего движения, в результате конденсации и сублимации водяного пара, образуются облака различных форм с различными физическими характеристиками (микроструктурой, водностью). Восходящие движения, в зависимости от причин образования, подразделяются на следующие виды: конвекция (термическая, вынужденная и орографическая), восходящее скольжение, динамическая турбулентность и волновые движения.

Конвекция - это вертикально направленные восходящие и нисходящие потоки воздуха, которые возникают за счёт: неравномерного нагревания подстилающей поверхности (термическая конвекция), вытеснения тёплого воздуха подтекающим под него холодным воздухом на атмосферных фронтах (вынужденная конвекция) и натекания воздуха на крутые склоны гор (орографическая конвекция).

Восходящее скольжение - это наклонное движение больших масс воздуха, которое наблюдается при: натекании тёплого воздуха на холодный воздух (на тёплых фронтах), натекании тёплого воздуха на пологие склоны гор и при медленном подтекании холодного воздуха под тёплый воздух (на холодных фронтах).

Динамическая турбулентность - это беспорядочные вихри, возникающие при горизонтальном перемещении и трении воздуха о подстилающую поверхность. Волновые движения возникают в слоях инверсии и изотермии вследствие разностей плотности и скорости движения воздуха над и под этими слоями. При этом в вершинах волн наблюдаются восходящие потоки, а в долинах нисходящие.

2. Классификация облаков

В зависимости от высоты расположения нижней границы и внешнего вида все облака подразделяются на четыре группы - морфологическая классификация:

I. Облака верхнего яруса - нижняя граница более 6 км:

- перистые, Cirrus (Ci) - , ;

- перисто - слоистые, Cirrostratus (Cs) - , , ;

- перисто - кучевые, Cirrocumulus (Cс) - .

II. Облака среднего яруса - нижняя граница от 2 до 6 км:

- высоко - слоистые, Altostratus (As) - (плотные), (тонкие);

- высоко - кучевые, Altocumulus (Ac) - (тонкие),

(распространяющиеся по небу), (плотные),

(чечевицеобразные), (башенкообразные или хлопьевидные);

III. Облака нижнего яруса - нижняя граница менее 2 км:

- слоисто - дождевые, Nimbostratus (Ns) - ;

- разорвано - дождевые, Fractonimbus (Fr nb) - ;

- слоисто - кучевые, Stratocumulus (Sc) - ;

- слоистые, Stratus (St) -;

- разорвано - слоистые, Fractostratus (Fr st) - .

IV. Облака вертикального развития - нижняя граница менее 2 км, верхняя граница - в среднем или верхнем ярусе:

- кучевые, Cumulus (Cu) - ;

- мощно - кучевые, Cumulus congestus (Cu cong) - ;

- кучево - дождевые, Cumulonimbus (Cb) - (лысые),

(с наковальней).

По условиям образования - генетическая классификация - облака подразделяются на три группы:

I. Кучевообразные облака

Причина образования - различные виды конвекции. К ним относятся: кучевые, мощно - кучевые, кучево - дождевые, высоко - кучевые башенкообразные или хлопьевидные и перисто - кучевые облака.

Кучевые облака - это небольшие облачные массы белого цвета, разбросанные по небу в виде куч. Нижнее основание облаков плоское на высоте 800…1500 м, вершина - выпуклая на высоте 2…3 км. Состоят из капель воды, осадков не дают. Над континентом кучевые облака образуются преимущественно в тёплое время года. Обычно они появляются в 10…12 часов, в 14…15 достигают максимального развития и к вечеру размываются. Малоразвитые по вертикали, плоские кучевые облака называются «облаками хорошей погоды». Полет под облаками и в облаках сопровождается слабой болтанкой, т.к. скорость восходящих потоков 2…5 м/с. Облака располагаются ниже нулевой изотермы, поэтому обледенение в них не наблюдается.

Мощно - кучевые облака - образуются из кучевых облаков. При большой влажности воздуха (б > 10 г./м) и благоприятных условиях для развития конвекции кучевые облака развиваются по вертикали, переходят через нулевую изотерму и становятся мощно - кучевыми. Нижнее основание облаков плоское, слегка сероватое или синеватое на высоте 600…1000 м, вершина - куполообразная, белого цвета на высоте 4…6 км. Мощно - кучевые облака могут располагаться в виде отдельных редких облаков или в виде значительного скопления, закрывающего почти все небо. Облака капельно - жидкие, но выше изотермы 0°С капли воды находятся в переохлажденном состоянии. Осадки из мощно - кучевых облаков не выпадают. В облаках преобладают восходящие потоки, скорость которых достигает 10…15 м/с. Полёты внутри мощно - кучевых облаков запрещены руководящими документами из - за сильной болтанки по всему облаку и интенсивного обледенения выше нулевой изотермы.

Кучево-дождевые облака - огромные горообразные облачные массы с тёмными основаниями и ярко - белыми вершинами, которые, как правило, имеют волокнистое строение. По вертикали кучево - дождевые облака могут развиваться до тропопаузы, а иногда пробивают тропопаузу и вклиниваются в нижнюю стратосферу. Образуются из мощно - кучевых облаков при абсолютной влажности воздуха более 13 г./м или упругости водяного пара более 15 гПа. При благоприятных условиях для развития конвекции и большом влагосодержании воздуха мощно - кучевые облака продолжают расти вверх, и достигают вершинами высот, где температура воздуха настолько низкая, что в облаках начинают образовываться ледяные кристаллы. Таким образом, микроструктура кучево - дождевого

облака смешанная - имеются как капли воды, так и кристаллы льда. Процесс перерастания мощно - кучевого облака в кучево - дождевое происходит очень быстро, иногда в течение 15…20 минут. Признаком такого перерастания может служить изменение формы мощно - кучевого облака. Пока развивающееся облако состоит только из капель воды, оно осадков не дает и имеет резко очерченные контуры. Вершина облаков выглядит подобно головке цветной капусты. Как только верхняя часть облака приобретает кристаллическое строение, оно теряет свои резкие очертания, его края начинают лохматиться, а вершина принимает вид перевернутой метлы (наковальни). Ледяные кристаллы, находясь в соседстве с переохлажденными каплями воды, быстро увеличиваются и начинают выпадать из облака. С момента выпадения осадков облака становятся кучево - дождевыми. Из кучево - дождевых облаков выпадают ливневые осадки в виде дождя, снега, крупы, града. Скорость восходящих

потоков в облаке может достигать 30…40 м/с; за счёт ливневых осадков в кучево - дождевых облаках возникают нисходящие потоки со скоростью 10…15 м/с. Развитие кучево - дождевых облаков, и выпадение ливневых осадков часто сопровождается грозами (), шквалами () и смерчами ().

В зависимости от причин образования, кучево - дождевые облака бывают внутримассовыми и фронтальными. Полет внутри всякого Cb облака опасен и запрещается руководящими документами по следующим причинам:

- сильная болтанка () от нижней границы облака (НГО) до верхней границы облака (ВГО);

- интенсивное обледенение () на всех высотах выше нулевой изотермы;

- возможен разряд молнии через ВС;

- ливневые осадки () ухудшают видимость на взлёте и при заходе на посадку, а град может повредить отдельные части ВС в полёте;

- при полёте в сильных ливневых осадках (видимость менее 1000 м) может произойти срыв потока;

- кучево - дождевые облака часто сопровождаются шквалами и смерчами.

Высоко - кучевые хлопьевидные или башенкообразные об...