Средняя облачность. Определение и запись общего количества облаков. Облака большого вертикального развития. К ним относятся

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.

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 . К ним относятся северо-запад Европейской части России, побережье Камчатки, Сахалина, Курильские и . 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 .

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 , 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 . 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).

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.

Понятие «облачность» подразумевает количество наблюдаемых в одном месте облаков. Облаками, в свою очередь, называются атмосферные явления, сформированные взвесью водяного пара. Классификация облаков насчитывает множество их видов, разделяемых по размерам, форме, природе образования и высоте расположения.

В бытовой сфере для измерения облачности используются специальные термины. Развернутые шкалы измерения данного показателя применяются в метеорологии, морском деле и авиации.

Метеорологи используют десятибалльную шкалу облачности, которая иногда выражается в процентах покрытия обозримого небесного пространства (1 балл - 10% покрытия). Кроме того, высота образования облаков разделяется на верхний и нижний ярусы. Такая же система используется и в морском деле. Авиационные метеорологи используют систему из восьми октант (частей обозримого неба) с более подробным указанием высоты расположения облаков.

Для определения нижней границы облаков используется специальный прибор. Но острую необходимость в нём испытывают только авиационные метеостанции. В остальных случаях производится визуальная оценка высоты.

Типы облачности

Облачность играет важную роль в формировании погодных условий. Облачный покров предотвращает нагрев поверхности Земли, и продлевает процесс её охлаждения. Облачный покров существенно снижает суточные колебания температуры. В зависимости от количества облаков в определённое время выделяется несколько типов облачности:

«Ясно или малооблачно» соответствует облачности в 3 балла в нижнем (до 2 км) и среднем ярусе (2 - 6 км) или любое количество облаков в верхнем (выше 6 км).
«Меняющаяся или переменная» - 1-3/4-7 баллов в нижнем или среднем ярусе.
«С прояснениями» - до 7 баллов суммарной облачности нижнего и среднего яруса.
«Пасмурно, облачно» - 8-10 баллов в нижнем ярусе или не просвечивающиеся облака в среднем, а также с атмосферными осадками в виде дождя или снега.

Виды облаков

Всемирная классификация облаков выделяет множество видов, каждый из которых обладает своим латинским названием. В ней учитывается форма, происхождение, высота образования и ряд других факторов. Основу классификации составляют несколько видов облаков:

Перистые облака представляют собой тонкие нити белого цвета. Располагаются на высоте от 3 до 18 км в зависимости от широты. Состоят из падающих кристаллов льда, которым и обязаны своим внешним видом. Среди перистых на высоте свыше 7км облака подразделяются на перисто-кучевые, высоко-слоистые, которые обладают невысокой плотностью. Ниже на высоте около 5км располагаются высоко-кучевые облака.
Кучевые облака это плотные образования белого цвета и значительной высоты (иногда более достигает 5 км). Располагаются чаще всего в нижем ярусе с вертикальным развитием в средний. Кучевые облака на верхней границе среднего яруса зовутся высококучевыми.
Кучево-дождливые, ливневые и грозовые облака, как правило, располагаются невысоко над поверхностью Земли 500-2000 метров, характерны выпадением атмосферных осадков в виде дождя, снега.
Слоистые облака представляют собой слой взвеси небольшой плотности. Они пропускают свет солнца и луны и находятся на высоте между 30 и 400 метров.

Перистые, кучевые и слоистые типы смешиваясь, образуют другие виды: перисто-кучевые, слоисто-кучевые, перисто-слоистые. Кроме основных видов облаков и существуют и другие, менее распространённые: серебристые и перламутровые, лентикулярные и вымеобразные. А облака, образованные пожарами или вулканами называются пирокумулятивными.

Как известно, многие из отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспортные службы очень сильно зависят от оперативности, своевременности и надежности прогнозов федеральной метеорологической службы. Заблаговременное оповещение об опасных и особо опасных явлениях погоды, своевременность подачи штормовых предупреждений – всё это необходимые условия для успешной и безопасной работы многих отраслей хозяйства и транспорта. Так, например, долгосрочные метеорологические прогнозы имеют решающий вес при организации сельхоз производств.

Одним из самых важных параметров, определяющих возможность прогнозирования опасных погодных условий, является такой показатель, как высота нижней границы облаков.

В метеорологии, высота облаков - это высота нижней границы облаков над поверхностью земли.

Для понимания важности проведения исследований по определению высоты облаков, следует упомянуть тот факт, что облака могут быть разных типов. Для различных типов облаков высота их нижней границы может варьироваться в некоторых пределах, причем, выявлено среднее значение высоты облаков.

Итак, облака могут быть:

Слоистые облака (средняя высота 623 м.)

Дождевые облака (средняя высота 1527 м.)

Кучевые (вершина) (1855)

Кучевые (основание) (1386)

Грозовые (вершина) (средняя высота 2848 м.)

Грозовые (основание) (средняя высота 1405 м.)

Ложные перистые (средняя высота 3897 м.)

Слоисто-кучевые (средняя высота 2331 м.)

Высокие кучевые (ниже 4000 м.) (средняя высота 2771 м.)

Высокие кучевые (выше 4000 м.) (средняя высота 5586 м.)

Перисто-кучевые (средняя высота 6465 м.)

Низкие перисто-слоистые (средняя высота 5198 м.)

Высокие перисто-кучевые (средняя высота 9254 м.)

Перистые (средняя высота 8878 м.)

Как правило, измеряют высоту облаков нижнего и среднего ярусов, не превышающую 2500 м. При этом, определяют высоту самых нижних облаков из всего их массива. При тумане, считают, что высота облаков равна нулю, и, в данном случае, в аэропортах измеряется “вертикальная видимость”.

Для определения высоты нижней границы облаков используется метод светолокации. В России, для этих целей выпускается измеритель , в котором в качестве источника импульсов и света используется импульсная лампа.

Высота нижней границы облаков методом светолокации с использованием ДВО-2 определяется при помощи замера времени, которое требуется световому импульсу для прохождения пути от излучателя света до облака и обратно, а также преобразования полученного значения времени в пропорциональное ему значение высоты облаков. Таким образом, световой импульс посылается излучателем и, после отражения, принимается приемником. При этом, излучатель и приемник должны быть расположены в непосредственной близости друг от друга.

Конструктивно измеритель ДВО-2 представляет собой комплекс из нескольких отдельных приборов:

Передатчика и приёмника,

Линий связи,

Блока измерительного,

Пульта дистанционного.

Измеритель высоты облаков ДВО-2 может работать автономно с блоком измерительным, в комплекте с дистанционным пультом и в составе автоматизированных метеорологических станций.

Передатчик состоит из импульсной лампы, питающих её конденсаторов и параболического отражателя. Отражатель вместе с лампой и конденсаторами установливается в кардановом подвесе, заключенном в корпусе с открывающейся крышкой.

Приемник состоит из параболического зеркала, фотоприемника, фотоусилителя, также установленных в кардановом подвесе и находящихся в корпусе с открывающейся крышкой.

Передатчик и приемник должны быть размещены вблизи основного пункта наблюдений. На взлетно-посадочных полосах, передатчик и приемник устанавливаются на ближайших приводных радиомаяках с обоих концов полосы.

Блок измерительный, предназначающийся для сбора и обработки информации, состоит из измерительной платы, высоковольтного блока и блока питания.

Пульт дистанционный включает плату клавиатуры и индикации и плату управления.

Сигнал от приемника по двухпроводной потенциально развязанной линии связи с однополярными сигналами и номинальным током(20±5)мА передается в измерительный блок, а оттуда - в пульт дистанционный. В зависимости от комплектации, вместо пульта дистанционного для обработки и отображения на дисплее оператора сигнал может передаваться на центральную систему метеостанции.

Измеритель высоты облаков ДВО-2 может работать или непрерывно или по мере необходимости. Пульт дистанционный имеет последовательный интерфейс RS-232, предназначающийся для работы с компьютером. Информация от измерителей ДВО-2 может передаваться по линии связи на дистанции до 8 км.

Обработка результатов измерения на измерительном блоке ДВО-2 включает:

Осреднение результатов по 8-ми измеренным значениям;

Исключение из числа замеров тех результатов, в которых наблюдается кратковременное пропадание отраженного сигнала. Т.е. исключение фактора «разрыва в облаках»;

Выдачу сигнала об «отсутствии облаков» в случае, если среди 15 проведенных наблюдений не набирается 8 значимых;

Исключение так называемых местников - ложных сигналов отражения.