Лекции по "Навигационной гидрометеорологии"

Обильные осадки в средних и полярных широтах образуются иначе. Выпадают они из слоисто-дождевых и кучево-дождевых облаков, в которых одновременно находятся переохлажденные капли и кристаллы. Так как упругость насыщения над каплями и ледяными кристаллами различна, то для капель воздух будет ненасыщенным, а для кристаллов — перенасыщенным. Тогда капли будут испаряться, а кристаллы расти.

Укрупнившиеся кристаллы начинают выпадать обычно из верхней части облака. По пути они укрупняются путем сублимации или при столкновении с переохлажденными каплями, которые намерзают на них. Таким образом, в нижней части облака появляются крупные кристаллы. Если в нижней части облака или под ним температура выше нуля, кристаллы тают, превращаясь в капли, которые и выпадают из облака в виде дождя. При дальнейшем падении капли различных размеров при столкновении могут коагулировать. Если температура в нижней части облака и под ним отрицательная до самой земной поверхности, осадки выпадают в виде снега или крупы. Более сложные условия имеют место, если осадки, выпадают в виде града.

Рост дождевых капель в облаках — это только одно из необходимых условий выпадения осадков. Другим, не менее существенным и решающим фактором является приток влаги к облаку. Осадки, выпадающие из облака, уносят из него влагу, и запас воды в нем уменьшается. Исследования показывают, что количество осадков в 10—20 раз больше, чем запас воды в облаке. Из этого следует, что облако представляет собой своеобразный генератор осадков, к которому в процессе их выпадения притекает водяной пар.

Наблюдение за осадками заключается в определении их количества, интенсивности, типа и вида. Для измерения количества осадков на суше применяют специальные приборы—дождемеры. В судовых условиях за осадками ведут визуальные наблюдения и определяют их интенсивность на глаз, выделяя три градации: слабые, умеренные и сильные.

Полезную информацию о зонах выпадения осадков можно получить с помощью судовых радиолокационных станций.

Зоны осадков в виде дождя, снега или града хорошо изображаются на экранах судовых радиолокаторов. В практике судовождения эхо-сигналы от метеорологических целей (ливень, град, снег и т. п.) мешают наблюдению за полезными сигналами от береговой черты, встречных судов и т. п. Вместе с тем их радиолокационные изображения в ряде случаев могут дать судоводителю ценную информацию о состоянии погоды, что позволяет заблаговременно принять, если необходимо, надлежащие меры.

Эхо-сигналы, от дождя при слабых и умеренных осадках имеют вуалеобразные и мягко окаймленные края, при сильных — плотные, |резко оконтуренные очертания. Слабый моросящий дождь на судовом радиолокаторе изображения не дает, так как мелкие дождевые капли очень слабо отражают электромагнитную энергию. То же относится и к туману, размеры частичек в котором еще меньше.

Туманы и осадки вызывают заметное ослабление электромагнитных волн сантиметрового диапазона вследствие их поглощения и рассеивания каплями дождя, тумана и снега. Степень ослабления энергии радиоволн в осадках зависит от водности последних, соотношения размеров капель и длины волны, а также температуры. Наименьшее ослабление наблюдается в тумане, наибольшее — в тропическом ливне. 

 

Осадками, осаждающиеся из воздуха на земной поверхности или на предметах называются наземными. К ним относятся роса, иней, жидкий и твердый налеты, изморозь.

Роса — это мельчайшие капли воды, конденсирующиеся на почве, на горизонтальных поверхностях предметов, на палубе, на натянутых тентах и т. п. Роса не образуется на бортах судна, стенках надстроек и мачтах. Благоприятными условиями для ее образования являются ясные безоблачные ночи, при которых происходит сильное радиационное охлаждение наземных предметов. Чем меньшей теплоемкостью и теплопроводностью обладает тело, тем оно сильнее охлаждается в этих условиях и тем интенсивнее на нем образуется роса. Небольшой ветер (0,5—1,0 м/с) усиливает образование росы вследствие того, что к охлажденной поверхности приносятся все новые и новые порции влажного воздуха. Роса никогда не образуется при пасмурном небе или тумане, а также при сильном ветре из-за оттока водяного пара вверх вследствие турбулентности.

Если температура открытых горизонтальных поверхностей опустится ниже 0°С, то водяной пар сублимируется на -этих поверхностях и образуется иней — тонкий слой ледяных кристаллов.

Жидкий налет — это осадки в виде капель воды, а иногда и сплошной водяной пленки, образующейся в пасмурную и ветреную погоду на наветренной части холодных, преимущественно вертикальных поверхностей предметов, обладающих большой теплоемкостью. Конденсация воды в данном случае обусловливается адвекцией сравнительно теплого и влажного воздуха после длительно стоявшей холодной погоды. При отрицательных температурах поверхностей образуется твердый налет, состоящий либо из мелких кристаллов, густо и плотно сидящих на поверхности, либо в виде тонкого слоя гладкого прозрачного льда.

Изморозь—это белый рыхлый осадок, образующийся на проводах, оснастке судна, стойках, реях, мачтах, а также на углах, выступах и карнизах стенок в туманную морозную погоду при слабом ветре. В отличие от инея изморозь никогда не образуется на горизонтальных поверхностях, наблюдается в любое время суток и иногда при пасмурном небе. От твердого налета изморозь отличается рыхлым строением.

Нарастание изморози иногда происходит очень быстро, и под ее тяжестью обрываются провода, антенны и легкая оснастка. различают зернистую и кристаллическую изморози.

Зернистая изморозь по внешнему виду имеет аморфное строение. Она образуется вследствие намерзания на предмет переохлажденных капель тумана, когда они не успевают потерять своей формы, и представляет собой снеговидное обледенение, состоящее из ледяных кристаллов, неразличимых глазом. Наблюдается зернистая изморозь при температуре от —2 до —7°С.

Кристаллическая изморозь представляет собой белый осадок, состоящий из кристаллов очень нежной, тонкой структуры. При оседании на проводах кристаллическая изморозь имеет вид пушистых гирлянд, легко осыпающихся при встряхивании. Такая изморозь часто образуется ночью при безоблачном небе или тонких облаках, когда в воздухе наблюдается туман или дымка, при температуре от —11 до —2°С и выше.

Дождь — жидкие осадки в виде капель различного размера диаметром 0,5—7 мм.

Морось — мелкие капельки диаметром 0,05—0,5 мм, находящиеся как бы во взвешенном состоянии, падение их почти незаметно.

Снег—кристаллы льда, образующие различного рода снежинки: иглы, пластинки, столбики, звезды. Размеры снежинок колеблются в пределах 4—5 мм. Хлопья снега, образующиеся в результате соединения снежинок, достигают 5 см и более.

Мокрый снег — осадки в виде тающего снега или снега с дождем.

Снежная крупа — осадки в виде непрозрачных сферических крупинок белого или матово-белого цвета диаметром обычно от 2 до 5 мм.

Ледяная крупа — твердые частицы в виде прозрачных с поверхности крупинок, имеющих в центре непрозрачное белое ядро. Диаметр крупы от 2 до 5 мм. Возникают крупинки в результате замерзания переохлажденных капель или замерзания воды на снежинках.

Град — ледяные шарообразные частицы, внутри которых имеется снежная прослойка. Размеры градин колеблются в широких пределах, и диаметр их может достигать несколько сантиметров. Градины имеют сложное строение: в центре располагается непрозрачное ядро в виде крупинки, затем чередуются прозрачные и непрозрачные слои льда. Градины обладают очень большими скоростями падения, достигающими 30 м/с.

Количество осадков выражается высотой слоя воды, образовавшегося в результате выпадения осадков на горизонтальную Поверхность при отсутствии испарения, просачивания и стока.

Одной из важнейших характеристик осадков является их интенсивность, т. е. количество, выпадающее в единицу времени (мм/мин, мм/ч или см/ч). По интенсивности осадки делятся на слабые, умеренные и сильные.

По характеру выпадения осадки делятся на три типа: обложные, ливневые и моросящие.

Обложные осадки выпадают обычно из облаков Ns и As; они характеризуются малыми колебаниями интенсивности большой длительностью выпадения. Выпадают в виде капель дождя среднего размера или спокойно падающего снега.

Ливневые осадки выпадают из облаков СЬ. Они отличаются быстрым изменением интенсивности и малой продолжительностью. Летом они представляют собой крупнокапельный дождь, иногда с градом. Для зимних ливневых осадков характерен обильный снегопад и частая смена форм снежинок во время снегопада. К ливневым осадкам относится также снежная и ледяная крупа.

Моросящие осадки выпадают из облаков St и Sc в виде мелких капель диаметром не более 0,5 мм. Скорость падения капель настолько мала, что они кажутся как бы взвешенными в воздухе. Образуются моросящие осадки главным образом внутри устойчиво стратифицированных воздушных масс.

Суточный и годовой ход осадков. Поскольку в развитии облачности обнаруживается суточный ход, то и в выпадении осадков тоже имеется тенденция к суточной периодичности. Выделяют два типа суточного хода осадков: континентальный и морской.

В континентальном типе наблюдается два максимума и два минимума в ходе выпадения осадков. В неустойчиво стратифицированной массе воздуха максимум дают ливневые осадки в послеполуденные часы (главный максимум), когда наибольшего развития достигнет конвективная облачность; в устойчиво стратифицированной - обильные осадки в предутренние часы (вторичный максимум), когда наиболее интенсивно развита слоистая облачность. Главный минимум осадков наблюдается ночью, вторичный — перед полуднем.

В морском типе суточный ход осадков простой: минимум приходится на дневные часы, максимум — на ночные, когда над морями и океанами увеличивается вертикальный температурный градиент, в результате чего создается неустойчивое состояние атмосферы и связанное с этим облакообразование.

Количество выпадающих осадков зависит от сезона года, т. е. имеет годовой ход, который в свою очередь зависит от климатических особенностей района. В экваториальной зоне между 10° с.ш. и 10° ю.ш. максимумы приходятся на апрель и ноябрь (после весеннего и осеннего равноденствия). В тропических областях (от 10 до 30° с. и ю. широт) по обе стороны от экватора наблюдается один дождливый период, захватывающий четыре летних месяца; в течение остальных месяцев господствует засушливый период. В субтропических зонах осадков выпадает мало, особенно летом.

В умеренных широтах осадки связаны преимущественно с циклонической деятельностью. Большое число циклонов проходит в средних широтах в зимнее время. Перемещаясь над океанами, они обусловливают выпадение большого количества осадков.

Над сушей в летнее время сильно развита конвекция, в результате чего при достаточном содержании водяного пара выпадают обильные ливневые осадки.

Географическое распределение осадков. Вдоль экватора расположена полоса, наиболее богатая осадками. Здесь, годовые суммы осадков составляют 1000 – 2000 мм и больше.

В этой же зоне на островах Тихого океана выпадает даже 5000— 6000 мм осадков. К северу и к югу от экваториальной области количество осадков уменьшается и достигает минимума в субтропической области между 20 и 30° с. и ю. широт. Среднее годовое количество осадков в этой области не более 500 мм. Здесь расположено большинство пустынь земного шара. В пустыне Сахара, пустынях Перу и Чили встречаются места, где осадки не выпадают в течение нескольких лет.

Рис. 1.9. Среднее годовое количество осадков в мм. 

 

В умеренной зоне количество осадков снова возрастает и составляет 500—1000 мм в год, что объясняется циклонической деятельностью.

В полярных областях количество осадков уменьшается и не превышает 300 мм в год. Малое количество осадков здесь обусловлено низкими температурами и незначительным содержанием в воздухе водяного пара.

Наибольшее количество осадков выпадает в Черапунджи (Индия), Кауаи (Гавайские о-ва) и Дебундже (Африка); многолетние средние годовые суммы осадков здесь составляют 9500 — 12100мм в год. 

 

Влияние осадков на дальность видимости и работу судовых PЛC. Атмосферные осадки существенно уменьшают дальность видимости предметов и огней (ночью) в море, особенно сильные ливни и снегопады (снежные заряды). Кроме того, атмосферные осадки значительно влияют на дальность радиолокационного обнаружения. Происходит ослабление сигналов РЛС осадками (дождем, снегом, градом) за счет поглощения ими энергии электромагнитных волн. Уменьшение дальности радиолокационного обнаружения при осадках больше, чем при тумане. Кроме того, степень ослабления радиолокационной наблюдаемости зависит от интенсивности выпадающих осадков и длины волны судовой РЛС. Радиолокационная наблюдаемость уменьшается тем больше, чем меньше длина волны судовой РЛС и чем больше интенсивность атмосферных осадков.

Кроме уменьшения дальности обнаружения цели, выпадающие осадки маскируют ее на экране РЛС отраженными от зоны сильных осадков (ливни, снегопады, град) эхо-сигналами. В этом случае нелегко, а в некоторых случаях и невозможно различить сигнал от цели, находящейся в зоне осадков, от эхо-сигналов области сильных осадков.

Информация об облачности имеет весьма важное значение, так как всякое атмосферное возмущение имеет характерную только для него облачную систему, что позволяет по форме облаков или смене одной формы на другую судить о характере изменения погоды в ближайшее время.

Например, если перистых облаков немного и они беспорядочно разбросаны по небу, то никаких существенных изменений погоды не предвидится. Но если перистые облака надвигаются с одной определенной стороны горизонта, вытянуты параллельными полосами, количество их увеличивается они постоянно заволакивают все небо - это служит признаком наступающего ухудшения погоды, дальнейшего увеличения и снижения облачности, возможного выпадения осадков и усиления ветра. В этом случае перистые облака, заволакивая небо и снижаясь, постепенно переходят в форму перисто-слоистых.