Учебник по тропической метеорологии Г. Г. Тараканов

чают номер итерации, т. е. указывают на то, сколько раз вы-

цикла вычислений, а весь четырехтактный цикл «прогноз впе- ред—назад» обеспечивает возвращение к начальному моменту времени.

Заметим, что при динамическом согласовании полей в рамках бароклинной модели на каждом цикле выполняются расчеты вертикальной скорости и геопотейциала с помощью диагности-

сти процесса итераций и установления процесса адаптации. Такие поля считаются согласованными. В случае определения поля ветра в экваториальной зоне по заданному полю давления

уравнений (2.4.6) и (2.4.7), показывают, что при использовании схемыЭйлера с пересчетом при определенных значениях шага по времени итерационный процесс сходится. При этом число итераций зависит от степени рассогласованности исходных полей и от того, по какой схеме производится согласование (свободное или с закреплением одного из полей). Так, в рамках нелинейной баротропной модели, если геопотенциал после каждого четырехтактного, цикла заменяется исходным, а в качестве начального ветра используется геострофический ветер, равновесное состояние наступает после 40—60 циклов. . ; ; ;' Для получения количественных соотношений между осред-

ненными полями ветра и давления возможен иной'подход, -пред- ложенный Д. Л. Лайхтманом. Будем исходить из предположения, что поле давления задано климатическими картами давле-

otcf

фичности потока, получаем систему уравнений для определения коэффициентов. Решение этой системы, например, для у\,

были рассчитаны составляющие скорости ветра в приэкваториальной зоне.

Рассчитанные значения скоростей ветра в целом соответствуют наблюдаемым в этой зоне скоростям (2—3 м/с).

2.5. ОБЛАЧНОСТЬ

В тропической зоне преобладают облака кучевых форм. Здесь повторяемость всех разновидностей кучевой облачности значительно больше, чем в умеренных широтах. Наиболее распространенной формой облаков являются кучевые облака хорошей погоды. Часто встречаются также разорванно-кучевые облака. Такой вид облаков является следствием сильно развитой турбулентности. В суточном ходе количества кучевых облаков имеется дневной максимум и ночной минимум. Следует, однако, отметить, что в местах, где влияние полусуточной волны давления не искажено другими факторами облакообразования, в ходе количества облаков могут наблюдаться два максимума и два минимума. На восходящей ветви волны давления количество облачности увеличивается, а на нисходящей ветви уменьшается. В результате влияния дневного прогрева и полусуточной волны давления на процессы облакообразования создается сложная картина суточного хода облачности. Наблюдаются три

пассатными кучевыми облаками. Наряду с ними здесь образуются мощные кучевые облака Си cong., вершины которых

otcf

достигают нижней границы инверсии. Если инверсия оказывается -слабой, • а•процесс конвекции достаточно сильным, то в отдельных местах облака «прорываются» сквозь слой инверсии и устремляются вверх. В этом случае они имеют своеобразный вид (рис. 2.13). От сравнительно широкого основания узким, постепенно расширяющимся пучком облако вытягивается

дается чрезвычайное разнообразие облачных форм, включая

ориентированы по направлению ветра. Расстояние между грядами 100—150 к м . - .

Как и в умеренных широтах; кучево-дождевые облака с кристаллизованными вершинами образуются в случае, когда поднимающийся в конвективном потоке воздух-проникает выше

otcf

кучево-дождевых- облаков, из которых они образовались. Так, длина, облачного поля Ci может достигать 400—500 км, а ширина— около 200 км. Это обстоятельство рекомендуется учитывать при интерпретации спутниковых снимков, где в ряде случаев гряды СЬ закрыты сверху перистыми облаками, покрывающими площадь, большую, чем СЬ.

Во время тропических экспериментов была обнаружена еще одна интересная особенность облакообразования в восточной части центральной Атлантики. Здесь облака развиваются как бы в двух слоях конвекции: в нижнем от 0,5 до 3,5 км и верх: нем, начинающемся с уровня 3,5 км. В нижнем слое разви-

Z км

теплые СЬ, по: внешнему виду напоминающие Си cong. Из этих облаков выпадают ливневые осадки. Во втором слое развиваются различные формы Ас (чаще всего Ac cost)- и различные по мощности облака вертикального развития (вплоть до СЬ), вершины которых достигают в большинстве случаев 11—:12 км. Последние представляют собой классические кучево-дождевые облака с хорошо выраженными наковальнями. Из них выпадают обильные ливневые дожди. Облака нижнего и верхнего слоев могут объединяться. В таких случаях часто возникают мощные

otcf

с востока и запада — это сложное облачное образование с несколькими наковальнями, вершины Которых располагаются на

высоте 9 км. Четко выделяется основной «столб», занимающий северную часть облака, нижняя граница которого располагается на высоте 500—700 м. На высоте 4 км этот «столб» сливается с нижней частью облаков верхнего слоя. Наковальни снесены ветром к югу. Из облака выпадает сильный ливневый дождь.

Хотя в тропической зоне преобладают облака вертикального развития, здесь можно наблюдать и многие другие формы облаков. Широко представлена здесь облачность волнистых форм, часто наблюдаются перистые облака, а в ВЗК встречаются также облака слоистых форм (Ns, As, Cs). Имеются значительные различия в облачности, наблюдаемой в ВЗК, на ее границе и вне этой зоны (табл. 2.2).

Так, по данным ТРОПЭКС-72 в ВЗК никогда не бывает совершенно безоблачного неба: в течение 40 % времени все небо покрыто облаками без просветов; в 5 % времени наблюдается 1—2 балла облаков и в 15% времени количество облаков составляет 3—8 баллов. В остальное время облачность близка к сплошной.

Из таблицы видно, что 73,4 % дождей носят ливневый характер, число слабых и умеренных дождей как ливневого, так и обложного характера намного больше числа сильных дождей.

В тропиках гораздо больше повторяемость дождя из теплых облаков, содержащих только непереохлажденные капли, в то

повторяемость дождя из теплых (капельных) облаков, хотя преобладают все же дожди из смешанных облаков.

Формирование теплых кучево-дождевых облаков—явление характерное для тропической зоны. Мейсон приводит результаты работ различных авторов, занимавшихся изучением облаков и осадков в различных районах тропической зоны. Так, например, в Восточной Африке ливневые осадки нередко выпадают из кучево-дождевых облаков, вершины которых лежат по крайней мере на 0,5—1 км ниже нулевой изотермы. Он приводит также случаи выпадения значительного количества осадков на Багамских островах из облаков, слабо развитых по вертикали, когда верхняя граница облаков не превышала 2000 м, а высота нулевой изотермы составляла 5000 м.

Из анализа данных, полученных от пилотов, летающих по трассе Тринидад—Барбадос—Гренада, следует, что в 75 % всех

не достигало уровня нулевой изотермы, которая располагалась

На Гавайских островах в. сезон пассатных ветров дождь выпадает из. облаков, вертикальная протяженность , которых не менее 1700 м. Самая низкая температура, когда-либо наблюдавшаяся на вершинах этих облаков, была 7 °С. Интенсивность осадков здесь .может достигать 10 мм/ч. Следует заметить, что ливневые дожди из теплых облаков везде бывают достаточно интенсивными, хотя, как правило, онк кратковременны.

Рассмотрим, .механизм -^об^а^ойщиш-доадя-^а^лдах обла-

ков. ; СхШатичёски "'"его можно . представить так: восходящие движения вызывают охлаждение поднимающегося воздуха и

это^ермическая конвекция, которая поддерживается конвергенцией "вётровГв пограничном слое. Следует отметить, что при дивергенции ветра в нижних слоях конвективные токи оказываются «приглушенными» и конвекция не получает существенного развития. Образованию восходящих движений может способствовать также орография.

Поднимающийся воздух "адиабатически. охлаждается, его температура приближается к температуре точки росы, относительная влажность повышается и наконец он становится насыщенным. Для начала конденсации необходимо либо значительное пересыщение воздуха (в совершенно чистом воздухе пересыщение должно быть значительно больше 100%), либо наличие ядер конденсации. Достижение значительного пересыщения в природе.невозможно. Следовательно, остается только второе — конденсация водяного пара на частицах (ядрах конденсации), которые всегда имеются в атмосфере в достаточном количестве.

Частицы могут быть гигроскопичными (например, морская соль) и лишь иногда. твердыми, нерастворимыми. На гигроскопических частицах даже при малом значении относительной влажности конденсируется водяной пар, превращая их в мелкие водяные капли. Размеры частиц варьируют в значительных пределах. Чаще всего встречаются ядра радиусом Ю-6 — Ю - 4 см. Число частиц над разными районами также неодина-

Разумеется, не все частицы становятся ядрами конденсации. Как известно, формирование капли начинается с появления облачного ядра, т. е. частицы, которая потенциально может превратиться в облачную каплю. Для большинства облаков число облачных ядер колеблется от 30 до 1000 ядер/см3. Сравнивая число частиц, взвешенных в воздухе, с числом облачных ядер, нетрудно видеть, что лишь небольшое их число становится зародышами облачных капель.

^^^ В механизме образования осадков наиболее важным является f ^процесс укрупнения (роста) _кашель_доразмера, дождевых. Кон-

"""денсация пара на зародышевых каплях обеспечивает быстрый рост капель лишь до размеров 20—30 мкм, а дальше рост замедляется. Необходимо много времени (десятки часов), чтобы за счет конденсации капли выросли до размеров дождевых. Опыт же показывает, что фактически формирование дождя в тропиках осуществляется в течение.десятков минут. Следовательно, конденсацию .нельзя считать процессом, "полностью обеспечивающим рост облачных элементов до размеров дождевых капель.

Основным,_процессо.м--.укрупнения обданных элементов является коагуляция капель облака*, различающихся по размерам. Крупнь1ё катгли"ста'Шшваются и сливаются с более мелкими.

otcf