Структура и водность облаков. Суточный ход облачности

Структура облаков. Водяные капли имеют разные размеры. Размеры капель в облаке не остаются постоянными, они изменяются в зависимости от стадии развития облака. На рис. 104 представлены кривые вероятности распределения облачных капель по значениям их радиусов. По оси абсцисс отложены радиусы капель, а по оси ординат — вероятность их распределения.

В период начала образования облака диаметр капель колеблется в пределах 5 ∙ 10^-3 — 5 ∙ 10^-2 мм. С развитием облака капли укрупняются, часть их начинает падать в виде осадков.

По составляющим структурным элементам облака разделяются на следующие группы: ледяные (кристаллические), капельножидкие и смешанные. К группе ледяных облаков относятся облака верхнего яруса (перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые), состоящие из ледяных кристаллов и снежинок. К группе капельножидких облаков относятся облака среднего и частью нижнего ярусов (высококучевые, высокослоистые, слоисто-кучевые и слоистые). Капельки воды в этих облаках в холодное время года и теплое время на большой высоте находятся в переохлажденном состоянии.

В группу облаков смешанной структуры входят кучево-дождевые, слоисто-дождевые и высокослоистые облака. Облака этой группы обычно имеют значительную мощность, а распределение по высоте структурных элементов в них выглядит так: в нижней части облака находятся капли воды с температурой выше 0°, в средней — переохлажденные капли, в верхней же части, имеющей наибольшую мощность, одновременно наблюдаются переохлажденные капли и ледяные кристаллы.

Водность облаков. Количество жидкости в граммах в единице объема облака называется водностью. Облака состоят из объемов разной водности, между которыми могут наблюдаться даже пространства чистого неба. Размеры этих объемов различные, они могут достигать нескольких сот метров.

Установлено, что средняя водность облака растет с повышением температуры. Для примера на рис. 105 дан график распределения водности с высотой для облаков St и Sc при различных вертикальных градиентах температуры. Из графика видно, что с увеличением вертикальных градиентов температуры водность облака увеличивается.

Схема распределения водности в облаках Sc—Ac, As—Ns в зависимости от высоты дана на рис. 106. Здесь δ — водность облака, h_K — уровень конденсации, заштрихованная область — облако. Легко видеть, что водность облака увеличивается до некоторой высоты, а затем к его верхней кромке начинает понижаться.

Водность в водяных облаках в среднем составляет 0,1—0,2 г/м³, но при высоких температурах она может достигать величины 5,0 г/м³. В ледяных облаках водность колеблется в пределах 0,01—0,1 г/м³.

Суточный ход облачности. Количество внутримассовых облаков имеет заметный суточный ход. Над материками в течение суток наблюдаются два максимума облачности: первый максимум — в конце ночи и рано утром, второй — в послеполуденные часы. В утренние часы наблюдаются облака слоистых форм (результат радиационного выхолаживания), а после полудня — облака кучевых форм (результат развившейся конвекции). Летом основной максимум падает на послеполуденные часы, а зимой — на утренние и ночные.

В прибрежных районах максимум облачности имеет место ночью, минимум — днем. Причиной такого хода являются температурные неоднородности подстилающей поверхности в прибрежной зоне, которые обусловливают неоднородности распределения температуры воздуха по горизонтали, а следовательно, и конвекцию. Ночью суша холоднее воды, поэтому над водой развивается конвекция. Кроме того, распределение температуры воды с удалением от берега неоднородное. Более мелководные районы охлаждаются быстро, а более глубокие — медленно. Над океанами же увеличение испарения днем повышает вероятность облачности, поэтому суточный ход облачности имеет максимум днем и минимум ночью.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Н. И. Егоров, И. М. Безуглый, В. А. Мнежинский, и др.

Источник: Морская гидрометеорология

Данные публикации будут полезны для курсантав морских учебных заведений и капитанаов/штурманов гражданского флота, интересующимся глубоким пониманием гидрометеорологии