Облачность, ее суточный и годовой ход

Страница 43 из 81

Облачность, ее суточный и годовой ход

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).

Определение направления ветра производится по флюгеру. Наблюдатель встает около мачты под флюгером, в течение двухминут наблюдает за средним положением флюгера и определяет ту сторону горизонта, откуда дует ветер. За направление ветра принимают одно из основных 16 направлений, к которому ближе среднее положение флюгера.

Таблица 1. Условные знаки для обозначения атмосферных явлений

Наблюдение за облачностью проводят перед снятием показаний с приборов в метеорологической будке. Облачность оценивают по следующим критериям: безоблачно — чистое небо, незначительная облачность — примерно 25 % неба покрыто облаками; средняя облачность — около половины неба занято облаками; облачно с просветами — 75 % неба покрыто облаками; сплошная облачность — все небо затянуто облаками.

Атмосферные явления (осадки, туман, роса и т. п.) отмечаются в журнале, если они имели место за полчаса до или после срока наблюдений или продолжались в момент наблюдения.

Температура воздуха измеряется точно в часы наблюдения. При работе со срочным термометром следует придерживаться правил:

• независимо от цены деления шкалы термометра отсчеты производятся с точностью до 0,1 °С;
• в ртутных термометрах отсчитывается крайнее верхнее положение вершины мениска, а в спиртовых — положение низшей точки вогнутой поверхности мениска;
• вначале отсчитываются десятые доли, а затем уже целые градусы;
• ввиду большой чувствительности термометра отсчеты нужно производить как можно быстрее, стараясь не дышать на термометр;
• если показания термометра выходят за пределы шкалы, то записывается предельное показание по шкале, перед которым ставится знак > (больше) или < (меньше);
• глаз наблюдателя при отсчете должен находиться на одном уровне с концом столбика жидкости термометра.

Влажность воздуха определяется психрометром или волосяным гигрометром. Психрометр Августа — основной прибор для определения относительной влажности воздуха. Им можно пользоваться при температуре не ниже -10 °С. Он состоит из двух термометров. Один из них обмотан влажной материей. По разнице температур двух термометров с помощью психрометрических таблиц определяют относительную влажность воздуха. Показания гигрометра записываются в целых делениях шкалы. После отсчета надо немного отвести стрелку влево, к меньшим делениям шкалы и проверить, возвращается ли она в первоначальное положение.

Наблюдения за осадками. Количество выпавших осадков измеряется один раз в сутки. За несколько минут до срока наблюдения снимают ведро осадкомера и закрывают его крышкой, а на его место ставят пустое ведро. Осадки выливают в измерительный стакан и высчитывают в целых делениях. При наличии в ведре осадков в виде снега или града измерение производится после того, как они растают при комнатной температуре. Для получения окончательного результата в миллиметрах водного слоя измеренное количество делят на 10 и записывают полученное значение в журнал.

Измерение производят по барометру-анероиду. В момент снятия показаний он должен находиться в горизонтальном положении. Для получения более точного результата следует слегка постучать пальцем по стеклу анероида, после чего записать положение конца стрелки с точностью до 0,1 мм рт. ст. При отсчете конец стрелки должен находиться в центре зрения глаза наблюдателя. Барометрическая тенденция есть разность между только что измеренным давлением и предыдущим значением. Она может быть положительной (давление растет) или отрицательной (давление падает).

Обработка информации, собранной за период наблюдения:

• Рассчитываются среднесуточные значения температур, атмосферного давления и влажности воздуха.
• Строятся графики хода среднесуточных температур, давления и влажности воздуха.
• Построенные графики анализируются. Выделяются периоды роста, падения и устойчивости основных метеорологических характеристик. Особое внимание нужно уделить атмосферным явлениям, облачности, которая им соответствовала.
• На основании анализа выделяются типы погоды с характерными температурами, давлением и влажностью, а также облачностью и атмосферными явлениями. Типы погоды с краткой характеристикой записываются в выводе.

На некоторой высоте над земной поверхностью и состоят из капелек воды или ледяных кристалликов, или из тех и других вместе. Все многообразие облаков может быть сведено к нескольким типам. В основу общепринятой в настоящее время международной классификации облаков положены два признака: внешний вид и высота их нижней границы.

По внешнему виду облака делятся на три класса: отдельные, не связанные друг с другом облачные массы, слои с неоднородной поверхностью и слои в виде однородной пелены. Все эти формы могут встречаться на разных высотах, отличаясь по плотности и размеру внешних элементов (барашков, вспученностей, валов, ряби и др.)

По высоте нижшего основания над земной поверхностью облака делятся на 4 яруса: верхний (Ci Cc Cs – высота более 6 км), средний (Ac As – высота от 2 до 6 км), нижний (Sc St Ns – высота менее 2 км), вертикального развития (Cu Cb – могут относиться к разным ярусам, а у наиболее мощных кучево-дождевых облаков (Cb) основание располагается на нижнем ярусе, а вершина может достигать верхнего).

Облачный покров в значительной степени определяет количество поступающей к поверхности Земли солнечной радиации и является источником осадков, влияя таким образом на формирование погоды и климата.

Количество облаков на территории России распределяется довольно неравномерно. Наиболее пасмурными являются районы, подверженные активной циклонической деятельности, характеризующиеся развитой адвекцией влажных воздушных масс. К ним относятся северо-запад Европейской части России, побережье Камчатки, Сахалина, Курильские и Командорские острова. Среднее годовое количество общей облачности в этих районах составляет 7 баллов. Значительная часть Восточной Сибири характеризуется меньшим среднегодовым количеством облаков – от 5 до 6 баллов. Этот сравнительно малооблачный район Азиатской части России находится в сфере действия азиатского антициклона.

Распределение среднего годового количества нижней облачности в общих чертах следует за распределением общей облачности. Наибольшее количество облаков нижнего яруса также приходится на северо-запад Европейской части России. Здесь они являются преобладающими (лишь на 1-2 балла меньше, чем количество общей облачности). Минимальное количество облаков нижнего яруса отмечается в Восточной Сибири, особенно в (не более 2 баллов), что свойственно континентальному характеру климата этих районов.

Годовой ход количества как общей, так и нижней облачности на Европейской части России характеризуется минимальными значениями летом и максимальными поздней осенью и зимой, когда особенно проявляется влияние Атлантики. Прямо противоположный годовой ход количества общей и нижней облачности наблюдается на Дальнем Востоке, и . Здесь наибольшее количество облаков приходится на июль, когда действует летний муссон, приносящий с океана большое количество водяного пара. Минимум облачности отмечается в январе в период наибольшего развития зимнего муссона, с которым в эти районы поступает сухой выхоложенный континентальный воздух с материка.

Суточный ход общего количества облаков на всей территории России характеризуется следующими особенностями:

1) его амплитуда на большей части территории не превышает 1-2 баллов (за исключением центральных районов Европейской части России, где она увеличивается до 3 баллов);

2) количество облаков днем больше, чем ночью, при этом в январе максимум приходится на утренние часы; в центральные месяцы весны и осени суточный ход сглажен, а максимум может смещаться на разные часы суток; в апреле суточный ход ближе к летнему, а в октябре – к зимнему типу;

3) суточный ход нижней облачности практически повторяет суточный ход общей облачности.

Распределение облаков по формам характеризуется относительным постоянством во времени и в пространстве. Почти на всей территории России среди облаков верхнего яруса преобладают Ci среднего яруса – Ac нижнего – Sc и Ns

В годовом ходе в летний период отмечается преобладание кучевых (Cu) и слоисто-кучевых облаков (Sc), в то время как повторяемость слоистых (St) и слоисто-дождевых (Ns), являющихся фронтальными, невелика, поскольку летом сравнительно редко создаются условия для активной циклонической деятельности. Для зимнего, весеннего и осеннего периодов на большей части территории России характерно возрастание повторяемости высоко-слоистых (As), высоко-кучевых (Ac) и слоисто-кучевых (Sc) облаков, при этом на Европейской части России отмечается некоторое увеличение повторяемости слоистых и слоисто-кучевых облаков (St).

Цель занятия: изучить классификацию облаков и освоить навыки определения типа облаков с использованием «Атласа облаков»

Общие положения

Процессы образования отдельного облака протекают под воздействием многих факторов. Облака и выпадающие из них осадки играют важнейшую роль в формировании различных типов погоды. Поэтому классификации облаков предоставляет специалистам возможность отслеживать пространственно-временную изменчивость облачных образований, что является мощным инструментом исследования и прогнозирования процессов, протекающих в атмосфере.

Впервые попытка разделения облаков по их внешнему виду на различные группы была предпринята в 1776 г. Ж. Б. Ламарком. Однако предложенная им классификация ввиду своего несовершенства не нашла широкого при-

менения. Первая вошедшая в науку классификация облаков была разработана английским метеорологом-любителем Л. Говардом в 1803 г. В 1887 г. ученые Гильдебрандсон в Швеции и Эберкромби в Англии, переработав классификацию Л. Говарда, предложили проект новой классификации, которая легла в основу всех последующих классификаций. Идея создания первого единого атласа облаков была поддержана на Международной конференции директоров метеорологических служб в Мюнхене в 1891 г. Созданный ею комитет подготовил и издал в 1896 г. первый Международный атлас облаков с 30 цветными литографиями. Первое русское издание этого Атласа вышло в свет в 1898 г. Дальнейшее развитие метеорологии и введение в практику синоптического анализа понятий об атмосферных фронтах и воздушных массах потребовало гораздо более подробного изучения облаков и их систем. Это предопределило необходимость существенной переработки применявшейся в то время классификации, следствием чего явилось издание в 1930 г. нового Международного атласа облаков. На русском языке этот Атлас был издан в 1933 г. в несколько сокращенном варианте.

Облака и выпадающие из них осадки принадлежат к числу важнейших метеорологических (атмосферных) явлений и играют определяющую роль в формировании погоды и климата, в распространении растительного и животного мира на Земле. Изменяя радиационный режим атмосферы и земной поверхности, облака оказывают заметное воздействие на температурно-влажностный режим тропосферы и приземного слоя воздуха, где протекает жизнь и деятельность человека.

Облаком называют видимую совокупность взвешенных в атмосфере и находящихся в процессе непрерывной эволюции капель и/или кристаллов, являющихся продуктами конденсации и/или сублимации водяного пара на высотах от нескольких десятков метров до нескольких километров.

Изменение фазового строения облака – соотношения капель и кристаллов по массе, числу частиц и другим параметрам в единице объема воздуха –происходит под влиянием температуры, влажности и вертикальных движений как внутри, так и вне облака. В свою очередь, выделение и поглощение тепла в результате фазовых переходов воды и наличия самих частиц в потоке воздуха оказывают обратное влияние на параметры облачной среды.

По фазовому строению облака делятся на три группы.

1. Водяные, состоящие только из капель радиусом 1-2 мкм и более. Капли могут существовать не только при положительных, но и при отрицательных температурах. Чисто капельное строение облака сохраняется, как правило, до температур порядка –10...–15 °С (иногда и ниже).

2. Смешанные, состоящие из смеси переохлажденных капель и ледяных кристаллов при температурах –20...–30 °С.

3. Ледяные, состоящие только из ледяных кристаллов при достаточно низких температурах (порядка –30...–40 °С).

Облачный покров днем уменьшает приток солнечной радиации к поверхности земли, а ночью заметно ослабляет ее излучение и, следовательно, охлаждение, весьма существенно уменьшает суточную амплитуду температуры воздуха и почвы, что влечет за собой соответствующее изменение и других метеорологических величин и атмосферных явлений.

Регулярные и достоверные наблюдения за формами облаков и их трансформацией способствуют своевременному обнаружению опасных и неблагоприятных гидрометеорологических явлений, сопутствующих тому или иному виду облаков.

В программу метеорологических наблюдений включено слежение за динамикой развития облаков и определение следующих характеристик облачности:

а) общее количество облаков,

б) количество облаков нижнего яруса,

в) форма облаков,

г) высота нижней границы облаков нижнего или среднего яруса (при отсутствии облаков нижнего яруса).

Результаты наблюдений за облачностью из метеорологических наблюдательных подразделений в реальном режиме времени по коду КН-01 (национальный вариант международного кода FM 12-IX SYNOP) регулярно передаются в местные прогностические органы (организации и подразделения УГМС) и Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации (Гидрометцентр России) для синоптического анализа и составления прогнозов погоды различной заблаговременности. Кроме того, эти данные рассчитываются за различные временные интервалы и используются для климатических оценок и обобщений.

Количество облаков определяется как суммарная доля небосвода, закрытая облаками, от всей видимой поверхности небосвода и оценивается в баллах: 1 балл – это 0,1 доля (часть) всего небосвода, 6 баллов – 0,6 небосвода, 10 баллов – весь небосвод закрыт облаками.

Многолетние наблюдения за облаками показали, что они могут располагаться на различных высотах, как в тропосфере, так и в стратосфере и даже в мезосфере. Тропосферные облака обычно наблюдаются в виде отдельных, изолированных облачных масс или в виде сплошного облачного покрова. В зависимости от строения облака разделяются по внешнему виду на формы, виды и разновидности. Серебристые и перламутровые облака, в отличие от тропосферных облаков, наблюдаются довольно редко и характеризуются относительно небольшим разнообразием. Классификация тропосферных облаков по внешнему виду, используемая в настоящее время, получила название международной морфологической классификации.

Наряду с морфологической классификацией облаков используется и генетическая классификация, т. е. классификация по условиям (причинам) возникновения облаков. Кроме того, облака классифицируются по их микрофизическому строению, т. е. по агрегатному состоянию, виду и размерам облачных частиц, а также по их распределению внутри облака. В соответствии с генетической классификацией облака делятся на три группы: слоистообразные, волнистообразные и кучевообразные (конвективные).

Основные отличительные признаки при определении формы облаков – их внешний вид и структура. Облака могут быть расположены на разных высотах в виде отдельных изолированных масс или сплошного покрова, их строение может быть различным (однородным, волокнистым и др.), а нижняя поверхность – ровной или расчлененной (и даже изорванной). Кроме того, облака могут быть плотными и непрозрачными или тонкими - сквозь них просвечивает голубое небо, луна или солнце.

Высота облаков одной и той же формы непостоянна и может несколько меняться в зависимости от характера процесса и местных условий. В среднем высота облаков больше на юге, чем на севере, и больше летом, чем зимой. Над горными районами облака располагаются ниже, чем над равнинными.

Важной характеристикой облаков являются выпадающие из них осадки. Облака одних форм практически всегда дают осадки, других – либо совсем не дают осадков, либо осадки из них не достигают поверхности земли. Факт выпадения осадков, а также их вид и характер выпадения служат дополнительными признаками для определения форм, видов и разновидностей облаков. Из облаков определенных форм выпадают следующие виды осадков:

– ливневые – из кучево-дождевых облаков (Cb);

– обложные – из слоисто-дождевых (Ns) во все сезоны, из высокослоистых (As) – зимой и иногда слабые – из слоисто-кучевых (Sc);

– моросящие – из слоистых облаков (St).

В процессе развития и распада облака меняется его внешний вид, структура и оно может трансформироваться из одной формы в другую.

При определении количества и форм облаков учитываются только облака, видимые с поверхности земли. Если все небо или его часть закрыта облаками нижнего (среднего) яруса, а облаков среднего (верхнего) яруса не видно, то это не означает, что они отсутствуют. Они могут находиться выше нижележащих слоев облаков, но это не учитывается при наблюдениях за облачностью.