книги из ГПНТБ / Воронцов, П. А. Аэрологические исследования пограничного слоя атмосферы

г — 100% в массе воздуха образовался туман, из которого 4/VIII 1957 г. выпадала даже морось, что указывает на наличие капель диаметром > 100 мк. В верхнем слое наблюдалось повышение температуры воздуха с глубокой инверсией температуры. В слое инверсии относительная влажность и скорость ветра резко умень-

шались, удельная влажность иногда росла с высотой в небольшом

до 0,38 км с г — 100%, ростом удельной влажности и инверсий температуры, следовательно, облачность и туман могут несколько распространяться вверх в слой инверсии. Особых различий в про­ филях t, v, q и k при туманах и без туманов не наблюдается, только величина г в слое тумана равна 100%. Предполагаемая верхняя граница туманов, проведенная линией /гь очевидно, не-

238

сколько занижена — туман возможно будет распространяться и

в слой инверсии до уровня роста q и сохранения значений

г100%.

Таблица 83

Характеристика метеорологических условий на о. Диксон в июле — августе 1957 г. в арктическом воздухе

Средние значения всех элементов подсчитаны в табл. 83 для уровней 2 м, начала слоя инверсии Я„ и конца слоя инверсии Як.. В группе с туманами хорошо выделяются более низкие значения температуры воздуха и величины г«з1ООо/о. Во всех группах инверсия начиналась на некоторой высоте. Величины у и особен­ но Ri над слоем туманов значительно больше, чем над облаками нижнего яруса. Очевидно, над слоем облаков и туманов происхо­ дит дополнительное радиационное охлаждение воздуха, усилива­ ющее инверсию. Величина вертикального градиента скоро­ сти ветра р до начала инверсии всюду положительна, т. е«

скорость ветра растет с высотой, в инверсии отрицательна. Вели­ чина Ri в слое инверсии меняется почти скачкообразно и значе­ ния Ri указывают на весьма большую термодинамическую устойчивость. Слой инверсии является запирающим слоем для тумана.

Туманы Арктических морей. В период летних навигаций

1946 и 1948 гг. на трассе Северного морского пути с борта ледо­ колов «Северный Полюс» и «Ф. Литке» под руководством И. М. Долгина была проведена большая серия аэростатных зон­ дирований нижнего слоя атмосферы, часть из которых была сде­ лана при туманах.

Все подъемы совершались, как правило, в море, и только небольшая их часть была проведена в бухте Певек. Большая

часть подъемов проходила среди полей льда.

Всего за две летних навигации было сделано 278 подъемов, из них при наличии туманов 36. В 216 подъемах в море имелись

239

отметки о количестве баллов льда, среди которых находился ледокол.

Поскольку стратификация нижнего слоя атмосферы зависит от строения подстилающей поверхности, в данном случае от коли­ чества баллов льда, в табл. 84 приводим распределение общего числа подъемов и подъемов при туманах в зависимости от бал­ лов льда.

Число туманов увеличивается с ростом количества льда.

Максимум туманов наблюдается над ледяными полями 7—9 бал­ лов, над сплошными ледовыми полями, как и над редкими льда­

ми, количество туманов уменьшается.

Таблица 84

Число подъемов привязного аэростата при разном количестве баллов льда

В июле при всех подъемах наблюдалась инверсия температуры,

начинающаяся в большинстве случаев от поверхности воды и только в трех случаях инверсия отмечена на некоторой высоте. По мере понижения температуры воздуха и роста скорости ветра, повторяемость приземных инверсий начинала уменьшаться и

сохранялись только приподнятые инверсии (табл. 85).

Характерно, что летние туманы над морем развивались

частью под приподнятой инверсией (в 23 случаях из 36).

Наличие инверсии, начинающейся у земной поверхности моря

влетнее время, может быть объяснено только процессом теплой адвекции при слабом развитии турбулентного тепло- и влаго-

обмена.

Размывание инверсии в приземном слое и усиление ее наверху может быть следствием перехода воздуха на более теплую по

сравнению с температурой воздуха поверхность или развитием

турбулентного обмена в нижнем слое.

При некоторых подъемах аэростатного метеорографа изме­ рялась температура воды, поэтому можно подсчитать разности

втемпературах поверхностного слоя воды и воздуха (табл. 86).

Всреднем температура воздуха была на 1°, 1 выше темпера­ туры воды с относительно небольшими колебаниями около этого

значения.

240

Таблица 85

Стратификация атмосферы над морем по аэростатным подъемам

Поскольку почти все случаи аэростатного зондирования про­ водились вдали от берега больших контрастов температур вода —

воздух не должно быть. Как видно из табл. 86, приведенные величины А7 весьма близки к величинам А^ = 2°, приведенным Огата для Японского моря при летних туманах.

в Арктике по 36 случаям.

Величины с индексом «О» относятся к уровню 2 м, индекс

«1» — к началу слоя инверсии, индекс «2» — к верхнему уровню

слоя инверсии, А/ — повышение температуры в слое инверсии и А7/ — мощность инверсионного слоя, Нинв — высота начала слоя

инверсии yo и ун — вертикальные температурные градиенты в слое от земли и до Яинв и в слое инверсии. Средняя температура по­

верхностного слоя воды была Тп = —1°, 1.

Только 37% всех случаев приходится на туманы, образую­ щиеся в инверсиях, начинающихся от земной поверхности. Высота верхней границы инверсии в этих условиях в среднем

составляет 430 м. Относительная влажность во всем слое инвер­

сии близка к 100%, скорость ветра слабая 2,8 м/сек., отмечается рост удельной влажности в слое инверсии. Такая инверсия тем­ пературы воздуха и удельной влажности с высотой указывает на

О наличии конденсации на поверхности водоема имеется указа­ ние в ряде работ, в частности в работе М. П. Тимофеева (1956).

Конденсация на поверхности может быть только при условии движения воздуха над более холодной подстилающей поверх­ ностью. Еще неясно, как этот процесс скажется на плотности тумана и его устойчивости, но, очевидно, поскольку конденсация протекает относительно медленно, значительного влияния на жизнь тумана она не может оказать.

О конденсации капель тумана и водяного пара на снежной поверхности имеется указание у Петерсена (Pettersen, 1939).

Следует отметить также, что при инверсии, начинающейся от поверхности воды, наблюдаются наиболее высокие темпера­ туры воздуха, а следовательно, и максимальные величины

At° = T0—• Т„, составляющие в среднем 2°,5.

Таким образом, туманы при инверсиях, начинающихся от земной поверхности, могут служить типичным примером начала туманов теплой адвекции. Высота тумана точно не может быть определена, но, судя по распределению относительной влажности,

она будет около 400 м. Эта величина весьма близко совпадает

с данными Огата по высоте слоя тумана для Японского моря. Значительно большую группу случаев (55%) составляют ту­

маны, образующиеся над Арктическими морями под слоем инверсии. Инверсия температуры наблюдалась с некоторой вы­ соты, а в слое от воды и до начала инверсии наблюдались положительные величины вертикального температурного гради­ ента от 1,0 до 0,4°/100 м. Мощность слоя инверсии АЯ сравни­

тельно мало менялась в разных группах.

Во всех случаях тумана с приподнятой инверсией отмечено увеличение средней скорости ветра до 4,5—5 м/сек. Очевидно, усиление скорости ветра вызвало рост турбулентного обмена, что

в свою очередь сопровождалось уничтожением инверсии темпе­ ратуры в нижнем слое.

Наличие положительных значений Ы=Т0— Тп показывает на теплую адвекцию масс воздуха. Таким образом, и при теплой адвекции в нижнем слое при наличии интенсивного турбулентного

242

обмена значения вертикального температурного градиента у мо­ гут быть положительными, иногда близкими к у=1°.

В слое перемешивания наблюдалось почти постоянное значе­ ние удельной влажности и мало меняющиеся величины относи­ тельной влажности. В слое инверсии относительная влажность сравнительно быстро уменьшалась, а удельная влажность хотя и медленно, но росла, величины у составляли-—0,9,— Г, 1.

Судя по распределению относительной и удельной влажности, в приподнятых инверсиях слой тумана должен заканчиваться несколько выше нижней границы инверсий и примерно совпа­

дать с уровнем конца роста q и началом быстрого уменьше­

ния г%.

Наконец отмечено 8% случаев с наличием тумана в слое высо­ кой инверсии, начинающейся на уровне 0,5—0,8 км. Туманы мощностью 0,5—0,8 км обычно сливаются со St. Весьма большие значения г~ 98-^99% во всем подынверсионном слое показы­ вают на возможность заполнения всего слоя каплями тумана и облаков.Быстрое уменьшение г и q в слое инверсии показывает,

что здесь наблюдаются типичные подынверсионные St, перешед­ шие в туман.

Образование туманов над морем из 18 рассмотренных случаев определялось следующими условиями:

в) повышением скорости ветра от штиля до 3—4 м/сек. и

уменьшением скорости ветра с 10—8 до 5—4 м/сек. (3 случая); г) переходом воздуха с чистой воды на участки, покрытые

льдом, или с ледовых полей в 5—6 баллов на ледовые поля в 7— 9 баллов (2 случая);

д) изменения направления ветра (1 случай), е) неопределенные (2 случая).

Рассеивание тумана (из 13 случаев) было вызвано такими причинами:

а) повышением температуры воздуха за 2—3 часа в среднем на 1°,0 (с колебаниями от 0,5 до 2°) (10 случаев),

б) началом снегопада (2 случая), в) неопределенными (1 случай).

Сохранение длительного тумана часто наблюдалось при по­ степенном понижении температуры воздуха над морем.

Интересно отметить рассеивание туманов при начале снегопада. Падающий снег вызывал как коагуляцию капель ту­ мана, так и конденсацию водяного пара.

Аэрологические условия образования туманов по радиозон-

довым подъемам на станции СП-4 изложены С. С. Гайгеровым

(1956, 1957).

Зарисовки вертикального строения туманов над Карским мо­

244

рем, о. Диксон и тундрой, при полетах автора 30 и 31/VIII 1956 г., приведены на рис. 85.

Туман 30/VIII на о. Диксон был очень интенсивным. Слой тумана, верхняя граница которого была 300 м, закрывал море,

о. Диксон и заходил в глубь суши на 10—15 км. Плотность ту­

мана у самой воды была меньше, чем на высоте, и видимость

Рис. 85. Примеры вертикального строения туманов Арктики.

а — адвективные туманы, б — радиационный туман над тундрой. 1 — Обская губа,- 2 — пос. Тадибе-Яха.

у воды составляла 100—150 м. Пилот вел самолет у самой водьГ

на высоте 25—50 м. При подходе к о. Диксон плотность тумана увеличилась и видимость над островом уменьшилась до 30—50 м,

плотный туман как бы опустился до почвы.

В другом полете над Карским морем, северо-восточнее о. Дик­

сон, в тот же день в 19 час. наблюдались почти сплошные туманы с небольшими прослойками чистого пространства шириной 10— 15 км. Местами туманы сливались со слоистообразной облачно­

стью, переходящей в туман, являющейся (рис. 85) как бы своего

рода валом впереди надвигающегося тумана. Этот вынос слоя тумана впереди облачной массы вызван, очевидно, большей ско­ ростью ветра у самой поверхности моря по сравнению со скоро­ стями на больших высотах.

Туман радиационного происхождения над тундрой наблю­ дался утром 31/VIII в пос. Тадибе-Яха. Температура воздуха

245

была 5°, ветер восточный 1—2 м/сек. В 5 ч. 30 м. туман надви­ нулся в виде стены на поселок и закрыл его, видимость в тумане была 100—150 м. Взлет был сделан в 5 ч. 40 м. Высота тумана составляла примерно 120 м. Плотность тумана возрастала с вы­ сотой и достигла максимальной величины на верхней границе. Туман над тундрой лежал ровной пеленой, верхняя его граница была четко очерчена.

Далее на расстоянии 50—60 км к северо-востоку от поселка туман начал переходить из сплошной массы в отдельные островки и, наконец, рассеялся.

Туманы над Боденским озером. На Боденском озере длитель­ ное время существовала станция, производившая в разных точ­

ках озера подъемы метеорографа на воздушных змеях и привяз­ ных шарах. Пользуясь материалами наблюдений за (1910—• 1912 гг.), автор сделал для этой станции выборку данных, полу­ ченных при наличии тумана.

Туманы озера имеют свои особенности, которые затрудняют возможность их классификации, тем не менее по ряду признаков эти туманы будем относить к туманам холодной адвекции.

Поскольку условия образования туманов над водоемами свя­ заны с контрастом температуры воздуха То и поверхностного слоя воды Тп, приведем табл. 88.

Таблица 88

Повторяемость Д Т — То— Тп при туманах разной интенсивности

над Боденским озером, в процентах

-ДГ

Как видно из табл. 88, при туманах над Боденским озером температура воды всегда была выше температуры воздуха, т. е.

здесь имеет место образование туманов холодной адвекции, при

которой зимой могут быть и случаи образования туманов испа­ рения..

246

На рис. 86 приведены средние значения температуры и отно­ сительной влажности воздуха, а также скорости ветра над Бо-

0,8

Рис. 86. Типовые профили t (/) и г% (2) при туманах разной интенсивности над Боденским озером.

денским озером при туманах разной интенсивности, включая

случаи тумана, переходящего в St.

При туманах над Боденским озером также характерно отсут­ ствие приземных инверсий над водой и наличие ее на высоте

247