Составители:
Рубрика:
5.4. Конвективные вертикальные движения
Конвективные облака представляют собой изолированные об\-лач\-ные массы. Они сильно
развиты по вертикали и имеют, как правило, небольшую (по сравнению со слоистообразными
облаками) горизонтальную протяженность. Между конвективными облаками наблюдаются
значительные безоблачные промежутки. Основными процессами, приводящими к образованию
кучевообразных облаков, являются термическая конвекция и турбулентный обмен.
Термическая конвекция. Неустойчивая стратификация атмосферы и малая начальная
плотность некоторого изолированного объема воздуха по сравнению с окружающей средой являются
необходимыми условиями для возникновения и развития термической конвекции. Она
осуществляется в атмосфере в форме всплывающих изолированных объемов воздуха, называемых
термиками.
В зависимости от термических и динамических условий в атмосфере и свойств
подстилающей поверхности образуются термики разной формы. Их геометрическая форма
достоверно еще не установлена. По мнению некоторых исследователей, наблюдаются две основные
формы термиков: а) изолированный термик приблизительно сферической формы с внутренней
циркуляцией в виде вихревых колец, так называемый пузырь; б) вертикальная или наклонная
воздушная струя или столб, (иногда вращающийся), вертикальный размер которого в 5÷10 раз
превышает горизонтальный. Кроме того, наблюдаются термики в виде \it «султана», который
представляет собой объединение двух названных форм.
Предположение о том, что первичные элементы облачной конвекции представляют собой
изолированные объемы воздуха, было высказано П.А.Молчановым (1931 г.), который считал, что
отдельные крупные турбулентные вихри (термики), достигая уровня конденсации, дают начало
конвективным облакам. Е.С.Селезнева (1948 г.) также отождествляла термики с крупными
турбулентными вихрями, возникающими в верхней части приземного слоя; мелкие турбулентные
вихри быстро рассеиваются, тогда как крупные могут существовать сравнительно долго и достигают
уровня конденсации, давая начало кучевым облакам.
Таким образом, термическая (свободая) конвекция начинается не от самой поверхности
земли, а в слое 10÷100 м над нею. Наибольшее значение для возникновения конвективных облаков
имеют крупные термики, так как они могут достигать уровня конденсации и давать тем самым
начало развитию кучевых облаков. Физическое объяснение происхождения термиков было дано
Н.И.Касаткиным (1915 г.), считавшим, что термики возникают вследствие сильного нагревания части
поверхности или внутри самой воздушной массы вследствие ее неустойчивого состояния —
спонтанный термик. Кроме того, могут быть и промежуточные термики, которые образуются над
нагретой поверхностью, а начиная с некоторого уровня они развиваются в основном в результате
реализации неустойчивости атмосферы. В процессе подъема термики могут объединяться друг с
другом и укрупняться.
Обнаруживают термики на разных высотах, вплоть до нескольких километров. Иногда
присутствие пыли, дыма или капель делает термик видимым. Продолжительность жизни термиков
весьма различна: от нескольких секунд до десятков минут. Термик на 0,5÷ 1
0
C теплее окружающего
воздуха, скорость его вертикального подъема достигает нескольких метров в секунду.
Исследования пузырей показали, что такие термики имеют строение, представленное на рис.
5.3, где а — схема пузыря, б — линии тока в том же поднимающемся пузыре (по И.О.Левину). В
головной части термика (ядро М), имеющей форму полусферы, сконцентрирован перегретый воздух,
обладающий подъемной силой. Тыловая часть термика (турбулентный след термика — кильватерная
зона (КЗ)) представляет собой шлейф относительно холодного воздуха. Образуется шлейф
вследствие сильного турбулентного перемешивания в головной части термика и последующего
частичного смывания воздуха из турбулизованного пограничного слоя (зона эрозии (ЗЭ)) в шлейф,
при этом часть воздуха вовлекаются внутрь термика (см. рис. 5.3, б).
Перемешивание с окружающей средой уменьшает подъемню силу термика, и через некоторое
время его ядро полностью разрушается. Однако существует и обратный процесс: из-за локального
понижения давления в тыловой части происходит втягивание мелких термиков внутрь
всплывающего более крупного, называемого «материнским». В результате плавучесть материнского
термика увеличивается и наблюдается рост его геометрических размеров. Дальнейшие лабораторные
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 87
- 88
- 89
- 90
- 91
- …
- следующая ›
- последняя »
