ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 22.10.2024
Просмотров: 73
Скачиваний: 0
ные характеристики дают частицы |
с эквивалентным диаметром d < |
< 1 мм. Поэтому физически более |
обоснованным следует признать |
описание распределения твердых частиц в виде функций (29) или (31), которые лучше описывают мелкокапельную часть спектра.
Рис. 24. Распределение по размерам снежных кристаллов различного вида [167].
а — гексагональные пластинки (Р іа); б — игольчатые звезды (РІсІ); в — денд риты (Pie); г — иглы (КЧа); д — столбики и столбчатые ежи (Сіе, С2Ь), е — за понки (С РІа, CPlb, CPlc).
Чем ниже температура воздуха при снегопаде, тем медленнее (при прочих равных условиях) идет образование хлопьев. В ре зультате распределение частиц при более низких отрицательных температурах описывается функцией (31) с более высоким коэф фициентом а. По тем же данным в снегопадах, выпадающих при температурах ниже —4,5° С, из 23 в 22 спектрах а ^ 4 .
107
Распределения частиц снегопадов при более низких отрицатель ных температурах подчиняются другим функциям, параметры ко торых еще требуют уточнения. В качестве примера распределений при низких отрицательных температурах в табл. 24 приведены ре зультаты измерения параметров распределения снегопадов для функции вида (31).
Р (&)
Рис. 25. Распределение частиц по эквивалентным диа метрам в снегопадах, состоящих из необзерненных частиц (относительные значения).
/) / с р=0,2 мм/ч, |
2) / с р =0,5 |
мм/ч, |
3) / ср = 0,6 мм/ч, |
4) / ср = |
|
= 1,2 мм/ч, |
5) / ср = 1,4 мм/ч. |
|
|
|
Т а б л и ц а |
24 |
|
|
Параметры распределения снегопадов при температуре ниже —6° |
||||
I мм/ч |
а |
|
ß мм |
N м-3 • мм-1 |
0,12 |
6 |
|
0,067 |
882 |
0,33 |
4 |
|
0,113 |
643 |
0,77 |
4 |
|
0,081 |
2190 |
1,03 |
4 |
|
0,105 |
1900 |
1,56 |
6 |
|
0,084 |
1600 |
1,74 |
6 |
|
0,090 |
1745 |
2,23 |
4 |
|
0,128 |
2310 |
108
Распределение капель в дождях в среднем подчинено опреде ленным закономерностям, поэтому, если известны закономерности спектра в зоне таяния, можно по усредненным спектрам дождя восстановить усредненные спектры снегопадов.
Непосредственные наблюдения показали, что вид распределе ния частиц осадков при прохождении ими зоны таяния не меня ется [352]. На идентичность распределения до и после зоны таяния указывают также радиолокационные наблюдения [356]. В таком случае плотность распределения твердых частиц перед зоной тая ния рт ( d ) , имеющих эквивалентный диаметр d T и скорость падения От связана с аналогичными величинами для образующихся капель соотношением
р , № = р « № ^ $ - . |
(75) |
Как известно, скорость падения частиц снегопадов выражается степенной функцией с показателем степени 0,2—0,4 (см. табл. 19) [46, 47, 64, 234], а скорость падения капель — степенной функцией с показателем 0,53 (табл. 25) [21]. Поэтому отношение v m ( d ) / v ^ ( d ) является также степенной функцией с показателем степени 0,3— 0,1. Таким образом, если в дождях имеет место распределение Маршала — Пальмера, то распределение частиц в снегопадах не может быть описано функцией аналогичного вида.
Т а б л и ц а 25
Значения коэффициентов А и k, используемых для вычисления скорости падения
частиц различного вида |
при эквивалентном диаметре d < 3 мм |
( v = A d h) |
Вид частиц |
А |
k |
Капли |
384 |
0,53 |
Крупинки |
117 |
0,56 |
Обзерненные дендриты |
108 |
0,31 |
Необзерненные дендриты |
78 |
0,31 |
Многочисленными измерениями доказано, что усредненные спектры дождей в различных географических районах удовлетво рительно описываются функцией Маршала — Пальмера. Поэтому ожидать, что усредненные данные распределений в снегопадах также будут описаны аналогичной функцией, нет основания.
Для ограниченного числа наблюдений в Японии и Америке предлагается распределение частиц снегопадов (без указания на температуру воздуха при измерении и вид частиц) описывать функцией Маршала — Пальмера с коэффициентами М = 2,5 • 10 3/ 0’94 и А=2,29/-°’45 [339].
Для удобства аналитических расчетов |
при необходимости опи |
|
сывать распределение частиц снегопадов |
и капель дождя |
вблизи |
зоны таяния целесообразно пользоваться |
функцией, вид |
которой |
109
при переходе зоны таяния не меняется. В качестве такой функции удобно взять выражение (29) или (31).
Экспериментальные значения параметров функции распределе ния частиц по размерам для дождей, образованных таянием частиц различного вида, и вычисленные на основе этих функций значения
параметров распределения |
Т ачастиц |
для снегопадов приведены |
в табл. 26. |
б л и ц а |
26 |
|
Параметры распределения частиц снегопадов и дождей, обусловленных таянием
этих частиц (р __ ,Vrfae_ т<*)
|
|
|
|
Снегопад |
|
|
|
|
Дождь |
|
||
Вид частиц |
|
|
N |
|
|
|
7 |
а |
|
|
N |
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Крупа |
2,15 |
• |
ІО5 / - 0-5 |
6,95 |
• |
/ - 0’27 |
2,00 |
6,45 |
• |
ІО4 / “ 0-3 |
2,0 |
|
Необзерненный |
4,25 |
• |
ІО4 Г |
°-5 |
4,87 |
■/ - 0’20 |
2,22 |
1,1 |
■ ІО4 / - 0'29 |
2,0 |
||
снег |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Обзерненныіі снег |
1,39 |
• |
104 / - ° ’IS |
4,01 |
• / - 0-19 |
2,22 |
2,8 |
• |
ІО3 / - 0 ’18 |
2,0 |
||
П р и м е ч а н и е. Величины |
параметров |
у для |
іождей |
и снегопадов равны. |
||||||||
Из таблицы следует, что показатель степени а в функции рас пределения вида (29) пли (31) для снегопадов вблизи зоны таяния по косвенным вычислениям изменяется в пределах от 2,0 до 2,3. По непосредственным измерениям распределение частиц в снегопа дах при температуре около 0° С подчиняется выражению (31) и по казатель степени находится в указанных пределах. Так, из 15 от дельных распределений в V5 всех случаев 2 ^ а ^ 3 [50, 51].
Г л а в а 4 ГРАД
4.1. Частицы града, их свойства и распределение по размерам
В теплое время года при положительной температуре воздуха выпадают твердые осадки, состоящие из частиц мокрого льда и снега— ледяные и круповпдные градины.
Градины различаются по своим размерам, форме, внутренней структуре, скорости и характеру падения. Общее количество про веденных исследований градин невелико. Объясняется это, прежде всего, сравнительной редкостью и кратковременностью выпадения града, многообразием встречаемых в природе случаев, небольшим временем сохранения градин на поверхности земли при положи
тельных температурах воздуха. |
структура градин определяются |
|
Внешний вид |
п внутренняя |
|
с одной стороны |
условиями их |
формирования, с другой — транс |
формацией при падении в облаке н в подоблачном пространстве. Изучение закономерностей формирования и трансформации града проводится в основном на моделях, так как большая масса гра дин и большие восходящие потоки в зоне их формирования за трудняют изучение града в естественных условиях.
Наиболее характерными параметрами градин являются их форма, размер, вес, плотность, скорость падения и внутренняя структура (плотность слоев, размер и ориентация ледяных кристаллов и пузырьков воздуха, вид различных слоев).
Форма градин самая разнообразная: от правильных сфер до обломков льда неправильной формы с острыми краями или тел самой причудливой конфигурации [255, 294]. Градины сложны и многообразны, поэтому простое описание не всегда дает полное представление об их форме и внутренней структуре. Фотографии градин или их слепков позволяют полностью воссоздать их форму, однако такое представление материала достаточно громоздко. По-видимому, целесообразно ввести некоторую классификацию гра дин, которая, хотя и не будет обладать столь большой информа тивностью, как фотография, все лее позволит внести некоторую стройность в описание формы градин. Ввиду отсутствия четких критериев, определяемых естественными физическими свойствами
111
градин, отнесение их к тому или иному типу до некоторой степени произвольно.
В настоящей монографии предлагается классификацию гра дин проводить по их форме — тип градин (прописная буква), состоянию поверхности — вид поверхности (цифра), описывая раз личные выступы и впадины на поверхности градин не в абсолют ных цифрах, а в относительных, т. е. по отношению к максималь ному диаметру градин осесимметричной или неправильной формы и по степени прозрачности градин — разновидность структуры (строчная буква) (табл. 27).
Т а б л и ц а 27
Классификация градин Т ип г р а д и н
A.Сферические градины с максимальным отношением осей до 1,2
B.Эллипсоидальные градины с максимальным отношением осей от 1,2 до 1,5
C.Дискообразные градины с максимальным отношением осей более 1,5
D.Грушевидные градины с отношением диаметра к высоте менее 1
E.Конические градины с отношением диаметра к высоте более 1
F.Градина неправильной формы.
В и д п о в е р х н о с т и г р а д и н
1.Градины с гладкой поверхностью
2.Градины с выступами, высота которых менее 0,2£>Гр
3.Градины с выступами, высота которых более 0,2ОГр
4. Градины с кавернами, глубина которых менее 0,2D rp
5.Градины с кавернами, глубина которых более 0,2Drp
6.Градины с плоскими гранями (обломки градин)
Р а з н о в и д н о с т ь с т р у к т у р ы
а. Однородные, прозрачные градины
в.Однородные, непрозрачные градины с. Смешанная структура.
Предлагаемая классификация проведена на основе классифи кации Гокхале [162] и включает, кроме выделенных им четырех основных типов: сферические, эллипсоидальные, конические и гра дины неправильной формы, еще два типа: дискообразные и гру шевидные градины. Каждый тип градин в зависимости от состоя ния поверхности разделяется на шесть видов, в свою очередь каж дый вид в зависимости от степени прозрачности градины может иметь три разновидности ее структуры. Данная классификация мо жет быть расширена и дополнена как за счет введения новых сим волов, так и за счет увеличения количества групп символов. Про исхождение градин неправильной формы можно определить по их форме и структуре ребер и граней. Как правило, обломки имеют более острые ребра и на некоторых гранях хорошо заметна струк тура, характерная для срезов градин. В соответствии с этим гра дины неправильной формы подразделяются на самостоятельные образования F1—F5 и частицы, образовавшиеся в результате рас калывания градин правильной и неправильной формы F 6 [332].
112