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

а в ряде случаев и полностью совпадают (табл. 11). Для Канады, Северного Кавказа, ГД Р и центра ЕТС спектры, полученные в результате усреднения распределений большого количества отдельных дождей теплого сезона, совпадают. Общим для этих районов является ход во времени среднегодового количества осадков (612, 550, 600 и 500 мм соответственно) и происхождение капель дождя, т. е. образование капель от таяния первоначально возникшей в облаке твердой фазы.

Таблица 11

Усредненные параметры распределения осадков в функции распределения Маршала— Пальмера

Приведенные в табл. 11 данные измерений в СШ А [127] — ре­ зультат усреднения данных, полученных в двух пунктах, расстоя­

Нью-Йорка, другой — в штате Северная Каролина, на расстоянии 400 км от побережья океана. В обоих пунктах, где выпадает примерно одинаковое годовое количество осадков (1060 и 1200 мм соответственно), средние спектры по каждому пункту наблюдения полностью совпадают.

Усредненные за теплый сезон года средние спектры осадков—• достаточно устойчивая величина. Наблюдения на Северном Кавказе и в центре ЕТС показали, что среднегодовые спектры практически одинаковые.

Усредненные спектры — результат наложения друг на друга отдельных распределений с совершенно различными параметрами. Средние спектры за один дождь существенно отличаются от сред­ него спектра за теплый период года, однако средние спектры за дождь, измеренные в пунктах, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, подобны.

Отдельные спектры прежде всего зависят от интенсивности осадков. Как было показано в п. 2.2, значения интенсивности уже на расстояниях в несколько сотен метров практически являются независимыми. Поэтому средние спектры осадков есть результат усреднения отдельных измерений распределений одной интенсивно­ сти, причем отдельные измерения не совпадают по времени.

63

По измерениям в центре ЕТС средние спектры одной интенсив­ ности идентичны при усреднении за несколько десятков минут. В большинстве случаев средние спектры за дождь продолжитель­ ностью до 1 часа мало отличаются друг от друга в пунктах, удаленных на расстояние 2—4 км [52]. Средние спектры идентичны при осадках, обусловленных одной синоптической ситуацией в пунктах, удаленных друг от друга на расстояние до 30, а в ряде случаев и до 140 км [28].

Многообразие факторов, влияющих на распределение капель в дождях, включающих как происхождение осадков, так п их трансформацию при выпадении, не дает возможности получить достаточно надежных данных при различных условиях выпадения осадков. Для центра ЕТС, где собран большой материал по спектрам, была предпринята попытка вывести типичные функции распределения при различных условиях выпадения осадков [57]. Было показано, что усредненные спектры по всем дождям за теплый период года описываются выражением Маршала—Паль- мера при А = 4,1 • 1~°.22 и М0 = 8- ІО3.

Функция Маршала—-Пальмера хорошо описывает только крупнокапельиую область спектра (гі> 1 мм). Для описания рас­ пределения во всем диапазоне размеров более пригодна трех-

формулу и методику подбора параметров по полученному распре­

Для выяснения влияния испарения капель на функцию распре­ деления были отобраны дожди продолжительностью более 15 мин и все спектры разбиты на две группы: спектры в первые 15 мин выпадения осадков и спектры осадков после 30 мни их выпадения. Как следует из расчетов (см. рис. 6), в первые 15 мин на распре­

6−1

деление капель существенное влияние оказывает их испарение в подоблачном слое. Испарение приводит к уменьшению концен­ трации мелких капель и возрастанию крупных, кроме того, в рас­ пределении появляется максимум. В первом приближении крупно­ капельная часть спектра в первые 15 мин выпадения осадков удовлетворительно описывается распределением Маршала—Паль- мера с коэффициентами .'Ѵ0 = 5,5 • ІО3 • /~0'75 и л= 3,7 • /_0>37. Распре­ деление капель в дождях, где условиями испарения можно пре­ небречь, т. е. в дождях спустя 30 мин после начала выпадения осадков, описывается функцией Маршала—Пальмера с коэффи­ циентами уѴ0 = 1 -1 04 и л= 4,3 •/” 0'23. Влияние испарения на спектры осадков различно в дневных и ночных условиях. Известно, что ночью относительная влажность воздуха выше, чем днем, поэтому осадки, выпадающие ночью, должны испытывать меньшее влияние испарения. В обоих случаях спектры могут быть описаны функ­ цией Маршала—Пальмера с коэффициентами N0 = 8 • ІО3, ?t = 3,8/-0’22 для дня и А^о =1,4- ІО4, А = 4,6-/-0’23 для ночи.

Для выведения характерных спектров, обусловленных коагуля­ цией капель дождя друг с другом и с каплями облака, необходимо иметь данные о водности облаков, их границах, высоте нулевой изотермы. Поскольку эти сведения при измерении осадков отсут­ ствовали, были привлечены косвенные данные. Как известно, в центре ЕТС при осадках высота нижней границы облаков меняется незначительно от 600 до 1000 м. С другой стороны, высота нулевой изотермы в теплое время года изменяется от 1000 до 4000 м [57]. Так как градиент температуры при осадках меняется незначительно (6—7°С/км), то для определения высоты нулевой изотермы можно использовать значения приземной темпе­ ратуры. Поэтому спектры были разбиты на две группы по темпера­ туре у поверхности земли: при Г < 1 2 °С и при 7'>20°С (см. рис. 14).

этим распределением. Эти данные полностью согласуются с дан­ ными наблюдений в Японии: непосредственно под зоной таяния распределение подчиняется закону Маршала—Пальмера [352], а после прохождения каплями расстояния 1—2 км распределение начинает резко отличаться от этого закона [177, 326].

5 Заказ № 521

Г л а в а 3

СН ЕГ И КРУПА

3.1.Классификация снежных кристаллов и условия их

образования

Частицы зимних осадков — снежные кристаллы, снежинки и крупинки-— образуются при отрицательной температуре воздуха. При попадании в слой воздуха с положительной температурой они тают, превращаясь в капли воды.

Образование и рост снежных кристаллов и снежинок может происходить как внутри переохлажденных капельных облаков, так и вне их, ибо упругость равновесного насыщения пара надо льдом ниже, чем над водой. При этом их рост происходит преимущест­ венно за счет сублимации водяного пара.

Крупинки образуются при осаждении иа снежинки переохлаж­ денных капель облака. Превращение снежинки в крупинку проис­ ходит после осаждения на базисный кристалл достаточного коли­ чества облачных капель. Так как отдельные осевшие капли не из­ меняют существенно свойств базисного кристалла, то провести естественную четкую границу между снежинками и крупинками не представляется возможным. Для снегопадов, в отличие от дождей, подразделение частиц осадков на два диапазона не проводится. Поэтому выпадающие кристаллы любого размера можно рассмат­ ривать как частицы зимних осадков.

Объемная плотность отдельных снежных кристаллов близка к плотности льда, но всегда несколько меньше ее. Объясняется это тем, что почти все снежные кристаллы имеют пустые полости или вкрапленные пузырьки воздуха, которые уменьшают среднюю плот­ ность [38].

Для обобщения собираемого материала по снежным кристал­ лам и сравнения результатов исследований, проводимых в различ­ ных районах и в разное время, неоднократно предпринимались по­ пытки их классификации [30]. Начиная с работы Накайя [298], по­ казавшего, что образование различных форм кристаллов связано с вполне определенными условиями их роста, делаются попытки классификации, основанной на генетических признаках. В настоя­ щее время наиболее полной классификацией, основанной на

66

Таблица 13

Классификация снежных кристаллов

68