Файл: Литвинов, И. В. Структура атмосферных осадков.pdf

влажностью, температурой воздуха и водностью облаков на пути падения капель. Как правило, эти параметры при исследовании рас­ пределения не рассматриваются п не учитываются. В большинстве случаев делается попытка связать распределения с простыми параметрами: типом дождя, его интенсивностью, ходом интенсив­ ности во времени, синоптической обстановкой, видом облачности п т. д. В одной из первых работ, посвященных этому вопросу [140], указывалось на различие в распределении для ливней и грозовых дождей. Поскольку грозовые дожди и ливни отличаются кратко­ временностью, естественно, на распределение капель в них суще­ ственное влияние оказывает испарение. На различие в распределе­ ниях для ливневых и обложных дождей позднее указывали также Нидердорфер [304] и В. М. Мучник [67].

Н. С. Шишкин [81] показал, что число капель с 1<с?<1,6 мм у ливневых дождей заметно больше, чем у грозовых. На неболь­ шом материале (22 спектра) различие в спектрах ливневых и гро­ зовых дождей было обнаружено и учеными в Индии [322]. Во всех перечисленных работах различия в распределениях носят каче­ ственный характер. Однако достоверность этих сведений невелика, так как они основаны на небольшом экспериментальном материале. Более обоснованными являются выводы Келькара [205], который

и А. И. Невзоров [60] показали, что распределения капель в облож­ ных и ливневых дождях существенно различаются не только по параметрам распределения, но и по виду функции распределения. Распределение капель в ливневых осадках в 55% всех случаев описывается выражением (32), а в 45% случаев вообще не уда­ лось подобрать функцию, удовлетворительно описывающую их рас­ пределение. Обложные осадки в 16% случаев описываются функ­ цией (33), а в 76% случаев — выражением (32) (рис. 10). Большое количество случаев распределения, которое не может быть описано ни одной из обычно применяемых функций, объясняется, по-види­ мому, методикой сбора и обработки материала. Так как используе­ мый фотоэлектрический прибор имел небольшое входное отверстие (9 см2), то число собранных капель было невелико. Авторы не усредняли данные за несколько измерений, а использовали рас­ пределение капель только в одной зоне. В результате наблюдалась большая флуктуация числа капель в отдельной выборке, что осо­ бенно характерно для ливневых дождей, которые, как будет видно из приведенного материала, состоят из сравнительно небольшого числа крупных капель.

58

Некоторое различие в распределении обнаружено у ливневых и грозовых дождей [27], хотя понятия ливень и грозовой дождь, т. е. ливень, сопровождающийся грозой, не имеют четких границ, ибо ливни и грозы могут наблюдаться как совместно, так и раздельно. Большую неопределенность в разделение этих понятий вносят и сами способы идентификации их. Наблюдатель отмечает грозовое

теру их выпадения у поверхности земли. Характер выпадения связан с типом синоптической ситуации. Однако при подразделении осадков на дожди теплых и холодных фронтов (причем рассматри­ вались только достаточно «чистые», по существу, классические ситуации) различия в распределении обнаружить не удалось. Эти данные получены на основе большого экспериментального мате­ риала, собранного на Валдае и в Обнинске, причем проверка дан­ ных проводилась не по параметрам распределения, а по гораздо

59

■ более чувствительному методу — сравнению параметров функции z(7). К такому же выводу, основанному на анализе большого экспериментального материала, пришли Котенео и Штот [127] для Америки.

Таким образом, можно сделать вывод, что в средних широтах дожди, обусловленные различными синоптическими ситуациями, имеют идентичную структуру.

Для более южных широт было обнаружено некоторое различие в распределениях частиц в осадках, выпадающих при различных

NM3

и (33) (б).

Для дождей интенсивностью 0,1—1 мм/ч (/ и 2) и I—10 мм/ч (3 и 4), для обложных (/ и 3) и ливневых (2 и 4) дождей [10).

метеорологических ситуациях. Мурту и Супта [299] нашли, что микроструктура дождей для Кхондола (Индия) зависит от того, являются осадки орографическими или неорографическими. По данным их измерений, основанных на сравнительно небольшом и слабо представительном материале (около 150 проб, взятых на фильтровальную бумагу диаметром 12,5 см), орографические дожди по сравнению с неорографическими имеют большее количе­ ство капель в диапазоне 0,5— 1,5 мм, а кривая распределения резко падает в крупнокапельной области.

Для дождей этого района, резко отличающихся от дождей умеренных широт по характеру выпадения, характерна интенсив­ ность более 100 мм/ч, тогда как для средних широт дожди такой интенсивности-— это явление исключительное. Годовое количество осадков для Кхондола 4500 мм, что в 7— 10 раз превышает годовое количество осадков для средних широт. Тем не менее в диапазоне значений интенсивности (примерно до 50 мм/ч), где имеются на­ блюдения при одной и той же интенсивности, часть распределений

60

близка к распределению теплых дождей, измеренных на Гаванских островах [106], часть — к распределению дождей, измеренных в средних широтах (распределение Маршала—Пальмера).

Согласно самолетным измерениям, различие в орографических и неорографических дождях обусловлено их различным происхож­ дением: орографические дожди выпадают из теплых облаков,

таты пока являются единственными.

Наибольшее влияние на вид распределения оказывает механизм образования капель. Как уже упоминалось, капли в дождях обра­ зуются или за счет коагуляции облачных капель, или за счет таяния частиц твердых осадков различного вида.

Распределения частиц, образующихся путем коагуляции облач­ ных капель, характеризуются высокой концентрацией капель в диапазоне 0,5— 1,5 мм и резким уменьшением ее в области более крупных капель [106, 157, 284, 299] (рис. 11).

Дожди, образованные таянием твердых частиц, существенно зависят от вида последних [46, 49]. Так, дожди, образованные таянием града, имеют значительно большее количество крупных капель, чем дожди, образованные таянием крупы (рис. 11). Пара­ метры функции распределения дождей различного происхождения могут быть описаны функцией (29) (табл. 10).

Образование дождевых, капель в теплых облаках происходит за счет коагуляции случайно возникших крупных капель с более мелкими. Этот механизм аналогичен механизму изменения спектра за счет взаимной коагуляции капель дождевого диапазона. За счет взаимной коагуляции капель друг с другом и с каплями облака

61

Таблица 10

Параметры распределения функции (29) для дождей, образованных таянием твердых частиц различного вида

распределение типа Маршала—Пальмера преобразуется в распре­ деление с максимумом, затем этот максимум смещается в крупно­ капельную область, а число мелких капель уменьшается.

При образовании капель за счет таяния снежинок вид распре­ деления в основном будет определяться видом распределения снежинок и снежных агрегатов (хлопьев). Естественно, что при таянии больших хлопьев образуются большие капли. Если эквива­ лентный диаметр хлопьев превышает 5,5—6 мм, то при их таянии образуются несколько крупных капель и много мелких (гі<0,1 мм). Образование крупных снежных хлопьев — явление довольно редкое [30], поэтому в основном каждый снежный агрегат при таянии образует одну каплю. Формирование из отдельных снежинок агре­ гатов тесным образом связано с видом снежинок и степенью их обзернения.

в агрегаты не соединяются. Поэтому распределение дождей, обра­ зованных таянием крупы, состоит из значительно более мелких капель, чем распределение, образованное таянием слабо обзерненных частиц.

Распределение капель в дождях, образованных таянием града или сопровождающихся выпадением градин, имеет более сложный вид. По существу, оно состоит из двух групп капель. Капли первой группы образуются за счет таяния мелких крупинок и градинок, эквивалентный диаметр которых меньше 5,5—6 мм; капли второй группы образуются при сдувании воды с тающей градины. В ре­ зультате получается распределение с двумя максимумами, которые хорошо прослеживаются на усредненных за один период выпаде­ ния дождя спектрах осадков. Из данных наблюдений на Северном Кавказе [49] и в Англии [284] следует, что положение минимума между двумя максимумами на кривой распределения одинаковое, т. е. 1,6— 1,7 мм. Это соответствует максимальному размеру капель, образующихся при сдувании воды с тающих градин [49].

Усредненные за длительные интервалы времени спектры осад­ ков различных климатических районов близки друг к другу,

62