Составители:
Рубрика:
кучевом облаке, коэффициент турбулентности в облаках Cb может достигать 500 м
2
/с. О
горизонтальной протяженности турбулентных зон в облаках Cb данных почти нет.
Еще в 1915 г. Н.И.Касаткиным было высказано предположение о том, что в процессе роста
конвективных облаков окружающий воздух втекает внутрь основного восходяшего потока. Гипотеза
о вовлечении окружающего воздуха высказывалась и позднее, однако систематическая ее проверка
началась примерно с 1947 г., когда были получены первые экспериментальные данные,
подтвердившие ее. В последующем наличие вовлечения подтвердили данные лабораторных
экспериментов по моделированию движения термиков. Наиболее поздние лабораторные
эксперименты показали, что 60% захвата окружающего воздуха происходит в головной части
термика и около 40% — с боков. Наблюдения Г.Байерса с коллегами за уравновешенными шарами,
запускаемыми вблизи развивающихся кучевых и грозовых облаков, тоже подтвердили наличие
вовлечения (шары втягивались внутрь облака). По данным самолетных исследований скорость
втекания оказалась равной 1÷ 2 м/с, а по более поздним данным: 0,2÷0,5 м/с, причем в наветренной
части облака наблюдалось преимущественное втекание воздуха в облако, а в подветренной —
вытекание. В пользу существования вовлечения говорит и тот факт, что измеренные значения
водности в облаках (по данным многих исследователей) не равны адиабатической водности и
составляют в среднем половину ее значения. Измерения влажности и водности позволили
обнаружить существование внутри облака зон с их пониженными значениями, что является
следствием проникновения в облако объемов более сухого окружающего воздуха.
В настоящее время можно указать на два механизма вовлечения: турбулентное
перемешивание и динамическое вовлечение. Определенную роль при этом играет процесс фазового
перехода.
Турбулентное перемешивание в основном происходит вдоль боковой поверхности облака.
Неустойчивая стратификация, горизонтальный сдвиг скорости ветра и локальное охлаждение
воздуха на периферии облака вследствие испарения капель создают благоприятные условия для
развития турбулентности как внутри облака, так и в его окрестности, что, в свою очередь, усиливает
процесс взаимодействия облака с окружением. На начальной стадии развития облака обмен
осуществляется периферийными турбулентными вихрями, затем зона обмена расширяется и
охватывает весь конвективный поток. Когда интенсивность турбулентности окружающей атмосферы
и конвективного потока становится одного порядка, то обмен начинает осуществляться в двух
направлениях. В дальнейшем наблюдается усиление оттока воздуха из потока, что приводит к его
разрушению, причем, крупные элементы не разрушаются дольше, и облака с большим начальным
радиусом достигают больших высот.
Динамическое вовлечение имеет другую физическую природу. Оно обусловлено
компенсационным горизонтальным втеканием воздуха в ускоренно всплывающую струю, так как
возрастание скорости с высотой в струе приводит к понижению давления внутри нее и к
возникновению горизонтального градиента давления. Под его влиянием и в силу условия
неразрывности возникает компенсационное горизонтальное втекание.
Таким образом, приведенное краткое описание движений воздуха в конвективном облаке и
его окружении говорит о том, что оно представляет собой сложную гидродинамическую
совокупность восходящих и нисходящих потоков, соотношение между которыми и степень их
развития различны на разных стадиях жизни облака.
Температура воздуха внутри конвективных облаков не равна температуре окружающей
среды. Растущее облако в нижних двух третях своей толщи в среднем теплее, а в верхней части
холоднее окружающего воздуха. По данным измерений В.А.Зайцева [93] температура у основания
облака выше окружения на несколько десятых долей градуса, в центральной части мощнокучевого
облака перегрев может достигать 2÷ 3
0
C, а внутри вершины мощнокучевого облака температура
может быть ниже на 2÷ 3
0
C, чем в окружающей среде. Горизонтальное распределение температуры в
восходящих потоках внутри облака (согласно Н.И.Вульфсону) описывается формулой T=0,01z
1/2
(1-
r
2
/R
2
). Она справедлива примерно для нижних 2/3 облака.
На начальной стадии развития кучево-дождевого облака (Cb) восходящие потоки в нем
теплее окружающего воздуха на 1÷ 4
0
C, причем это превышение увеличивается с высотой над
основанием облака. Однако не ясно, до какого уровня этот рост продолжается. В конце зрелой
стадии Cb восходящие потоки иногда становятся на 0,3÷ 1,3
0
C холоднее окружающего воздуха.
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 90
- 91
- 92
- 93
- 94
- …
- следующая ›
- последняя »
