Файл: Мучник, В. М. Физика грозы.pdf

2.1.3. Макрохарактеристики кучево-дождевых облаков

Достоверные сведения о размерах кучево-дождевых облаков, температуре на уровне их вершин, вертикальной мощности и т. п. были получены только недавно благодаря развитию высотной авиации и радиолокационных наблюдений в метеорологии. Эти макрохарактеристики зависят как от физико-географических осо­ бенностей района, так и от особенностей воздушной массы, в ко­ торой развиваются облака.

Данные о ряде макрохарактеристик кучево-дождевых облаков приведены в табл. 13, 14 и 15. Анализируя эти таблицы, надо учи­ тывать, что размеры радиоэхо не совпадают с размерами кучево­ дождевых облаков — они всегда несколько меньше облаков.

П р и м е ч а н и е . При отсутствии радиоэхо использовались данные о темпе­ ратуре на уровне вершины мощных кучевых облаков.

Из табл. 13 следует, что в центральных, более влажных райо­ нах США образование осадков происходит при значительно более высоких температурах в вершинах кучево-дождевых облаков, чем в сухих районах (Нью-Мексико).

Однако ряд наблюдений показал, что кристаллизация может происходить при температурах выше —12° С, особенно над по­ верхностями морей. Н. С. Шишкин [202] неоднократно наблюдал над сушей кристаллизацию вершин мощных кучевых облаков, преобразующихся в кучево-дождевые, при температурах от —6 до

—11° С. При полетах над северной частью Атлантического океана было отмечено, что температура на уровне кристаллических вер­

с грозами и ливней без гроз показали существование значитель­ ных различий между ними. В результате появилась возможность различать ливни с грозами и без гроз по высоте радиоэхо или по температуре, соответствующей уровню вершины радиоэхо. Было

также обнаружено, что ливни с градом 1 имеют наибольшую вы­ соту радиоэхо.

Согласно Е. М. Сальману и К. С. Жупахину [163], для Ленин­ града средняя высота радиоэхо ливней составляет 5,5 км, а гроз — 7,2 км. Вершины радиоэхо ливней в 87% случаев располагаются ниже 7 км, вершины радиоэхо гроз в 85% случаев находятся выше 6 км. В. М. Мучник [137] определил для района Днепропетровска, что в 84% случаев высота радиоэхо гроз составляет 5—10 км, тогда как высота радиоэхо градовых облаков в 87% случаев больше 9 км. Максимум повторяемости радиоэхо гроз соответст­ вует высотам 7—8 км, а радиоэхо града— 10—11 км. При этом почти каждый случай выпадения града сопровождался грозой. Можно полагать, что выпадение града почти всегда сопровожда­ ется грозой и что градовые облака — это наиболее интенсивные грозовые облака, в которых ледяные гидрометеоры достигают по­ верхности земли.

Так как между высотой вершины радиоэхо и температурой на этом уровне существует определенная связь, то обнаруживается также связь между вероятностью образования ливней, гроз и града и температурой в вершине радиоэхо (табл. 14).

Т а б л и ц а 14

Зависимость вероятности w образования ливней, гроз и града от температуры 0 в вершине радиоэхо в кучево-дождевых облаках

Возможно, что часть случаев с грозами при температурах выше —10° С, приведенных Тошей [181], соответствует теплым

1 В дальнейшем вместо выражений «ливень с градом», «ливень с грозой» и «ливень без грозы» для сокращения будем писать «град», «гроза» и «ливень» соответственно.

■98

грозам. Тоша обнаружил, что внутримассовые ливни и грозы раз­ виваются при более низких температурах, чем фронтальные, и только при отрицательных температурах в вершинах облаков, их создающих.

По наблюдениям в Майами (США) за грозовыми облаками Сондерс и Ронн [502] обнаружили, что температура в вершинах радиоэхо развивающихся башен, как правило, ниже —10° С и мо­ жет достигать —70° С.

Из рассмотренных данных следует, что грозы в зоне умерен­ ного климата и, по крайней мере, в субтропиках почти всегда связаны с отрицательными температурами в вершинах кучево­ дождевых облаков, что указывает на существенную роль смешан­ ной фазы в их образовании. Обнаруживается довольно четко вы­ раженная критическая температура, позволяющая отличать ливни от гроз и означающая, что имеются определенные условия обра­ зования гроз в кучево-дождевых облаках. С понижением темпера­ туры по сравнению с критической вероятность образования гроз и града быстро возрастает.

На горизонтальные размеры кучево-дождевых облаков сильно влияет их структура: являются ли они одноили многоочаговыми (ячеистыми). Для Москвы площади радиоэхо ливней и гроз ле­ жат в основном в пределах 25—60 км2 [88]. Для Киева средний диаметр радиоэхо составляет 6,8 км, а средняя площадь 42 км2. Для Ленинграда было получено, что максимальную повторяе­ мость имеет площадь радиоэхо внутримассовых ливней около 10 км2, а гроз — около 40 км2 [132]. С. Б. Гашина и Е. М. Сальман [29] нашли достаточно хорошо выраженные различия для площа­

1 Основные пределы.

Исследования в США [256] показали, что в 50% случаев гори­ зонтальная протяженность радиоэхо развитых кучево-дождевых облаков на высоте около 3300 м больше 8 км. Было обнаружено, что существует связь между горизонтальными и вертикальными размерами радиоэхо. Можно считать, что горизонтальные раз­ меры приближенно равны вертикальным. Вблизи поверхности земли средний диаметр радиоэхо летних ливней холодного фронта составлял около 7 км [433]. Средний максимальный диаметр ра­ диоэхо локальных конвективных ячеек, которые при дальнейшем существовании не сливались друг с другом, равен 3,5 км. Эти данные характерны для отдельных очагов [226].

Важной характеристикой кучево-дождевых облаков является время их существования (табл. 15).

Как видно из табл. 15, длительность жизни радиоэхо ливней и гроз зависит как от их интенсивности, так и от сложности строения (многоочаговые радиоэхо).

2.1.4. Зарождение и развитие радиоэхо

Расположение уровня зарождения дождя в конвективных об­ лаках относительно изотермы 0° С определяется, по-видимому, механизмом образования дождя. Предполагается, что причиной образования дождя является или конденсационно-коагуляционный процесс роста капель, или сублимационно-коагуляционный про­ цесс роста твердых частиц. В первом случае следует ожидать, что зарождение радиоэхо, т. е. образование частиц таких размеров, которые обнаруживаются радиолокатором, должно происходить ниже уровня изотермы 0° С, а во втором — выше уровня изотермы 0° С. Н. С. Шишкин [202] допускает, что в облаках действует коа­ гуляционный механизм образования осадков и что ливни могут начинаться с образования и выпадения капель. Наиболее же рас­ пространено представление о том, что образование ливней совпа­ дает с кристаллизацией крупных облачных капелек в переохлаж­ денной части мощных кучевых облаков.

Радиолокационные исследования, выполненные в тропических и субтропических климатических районах, а также в районах уме­ ренных широт с іморским климатом [241, 225 и др.], показывают, что вероятность зарождения первого радиоэхо при положительных температурах довольно велика. Иными словами, в этих районах велика вероятность образования дождя за счет коагуляции жид­ ких капель. Так, Баттан [225] обнаружил, что примерно в 60% слу­ чаев первое радиоэхо появляется ниже уровня изотермы 0° С. На­ блюдения в условиях континентального климата показывают, что в большинстве случаев радиоэхо появляется выше уровня изо­ термы 0° С. В Нью-Мексико (США) первое радиоэхо появляется на высотах с температурой около —10° С [583], а радиоэхо осадков обнаруживается только в том случае, если вершина конвективных ■облаков поднимается выше уровня изотермы —12° С [241].

100