Гидравлика, гидрология и метеорология (стр. 51 )

Облака вертикального развития. Они имеют вид отдельных плотных облачных масс, сильно развитых по вертикали, с плоскими основаниями и причудливыми вершинами, напоминающими громоздящиеся купола и башни. Вершины облаков всегда ослепительно белые, а основания могут быть сероватые или темно-серые. К ним относятся кучевые и кучево-дождевые облака.

К у ч е в ы е  о б л а к а Cu (Cumulus) могут быть в виде отдельных редких облачных масс или значительного скопления их. Располагаются они по небосводу обычно беспорядочно. Высота нижней границы колеблется от 0,8 до 1,5 км, но может увеличиваться в сухие и жаркие периоды до 2,5 – 3 км. Толщина облачного слоя может изменяться от сотен метров до нескольких километров. Кучевые облака состоят из капель воды.

Образование кучевых облаков связано с развитием мощных восходящих движений воздуха, вызванных неодинаковым нагревом подстилающей поверхности. Поэтому они наблюдаются в теплый период и некоторые из них (кучевые плоские) являются признаком хорошей погоды. При сильном развитии кучевые плоские облака переходят в средние, а затем и в мощные кучевые, представляющие собой причудливые нагромождения с темными основаниями и белыми клубящимися вершинами. Обычно кучевые облака не дают осадков, но иногда могут выпадать отдельные капли дождя.

К у ч е в о - д о ж д е в ы е  о б л а к а Cb (Cumulonimbus) имеют большую вертикальную мощность, часто представляют собой горообразные облачные массы с темными, иногда синеватыми основаниями и с белыми вершинами волокнистого строения, закрывающими иногда весь небосвод.

Высота нижней границы изменяется от 0,4 до 0,1 км. Верхняя граница может достигать 3 – 4 км, а иногда и тропопаузы. Солнце и луна через такие облака совершенно не просвечивают.

Кучево-дождевые облака в верхней части состоят из ледяных кристаллов и переохлажденных капель, в нижней – из капель воды и снежинок. Образуются они за счет охлаждения воздуха, обусловленного сильно развитой термической или динамической конвекцией, поэтому наблюдаются перед холодным фронтом и в сильно неустойчивых воздушных массах. Из кучево-дождевых облаков выпадают осадки ливневого характера, часто сопровождающиеся грозами. Летом из них может выпадать град. Во время выпадения осадков может наблюдаться радуга.

18.5. Атмосферные осадки

Атмосферные осадки – это вода в жидком или твердом виде, выпадающая на поверхность земли и наземные предметы из облаков (дождь, снег, град, крупа, морось и др.) и осаждающаяся из воздуха в результате конденсации находящегося в нем водяного пара (роса, иней, изморозь и др.).

Атмосферные осадки являются источником накопления влаги в почве. Отсутствие осадков в течение длительного времени ведет к пересыханию верхнего слоя почвы. В результате нарушается водоснабжение сельскохозяйственных культур и снижается урожай. Неблагоприятно сказывается на растениях и выпадение чрезмерно большого количества осадков. В этом случае может быть вымокание, полегание посевов. Продолжительные дожди в период цветения ухудшают оплодотворение, в период созревания затрудняют уборку. Особенно опасны ливневые дожди, сопровождающиеся градом. Они могут вызвать механическое повреждение посевов, а могут и смыть верхний слой почвы.

Зимой на большой части республики осадки выпадают в виде снега. Снежный покров, обладая низкой теплопроводностью, предохраняет почву от глубокого промерзания. Весной талые воды значительно пополняют запасы продуктивной влаги в почве.

Важными характеристиками осадков, выпадающих из облаков, являются количество и интенсивность.

Количество осадков выражается толщиной слоя воды в миллиметрах, который образовался бы на горизонтальной поверхности при условии, что выпавшие осадки не просачивались бы в почву, не стекали и не испарялись. Их обычно измеряют с точностью до 0,1 мм. В агрономической практике часто используют данные о количестве осадков в единицах объема (м3/га). Слой осадков в 1 мм на площади 1 га составляет 10 м3 воды (0,001 м Ч 10000 м2).

Под интенсивностью осадков понимают количество осадков, выпадающих за единицу времени (10 минут). Интенсивность осадков выражается количеством их в миллиметрах, выпавшим за 1 мин (мм/мин).

В зимнее время наблюдения ведутся за состоянием снежного покрова. Измеряют его высоту и плотность. По данным измерений вычисляют запас воды в снежном покрове.

Высота снежного покрова измеряется в сантиметрах (с точностью до 1 см). Плотность снежного покрова выражается отношением массы воды в снеге (г) к объему снега (см3).

Плотность снега изменяется в широких пределах и зависит от многих климатических и ландшафтных факторов. Свежевыпавший сухой снег имеет плотность 0,01 – 0,002, влажный – 0,1 – 0,3, уплотненный (лежалый) – 0,2 – 0,6, фирнизированный – 0,3 – 0,7 г/см3.

Ф и р н и з и р о в а н н ы й  с н е г – это снег, который перекристаллизовался в крупные зерна под воздействием сублимации и возгонки, таяния и повторного замерзания. Ф и р н о м  называют снег, который пролежал летний сезон и остался на следующую зиму.

Искусственные осадки. Искусственный вызов осадков может иметь огромное значение для народного хозяйства. Так, заранее вызвав осадки из мощной кучево-дождевой облачности, можно предотвратить прогнозируемое наводнение, или сберечь виноградники от градовых осадков, или оросить насаждения, требующие влаги.

Известно несколько методик стимулирования искусственных осадков. Достаточно распространенным способом можно считать введение в облака паров йодистого серебра, которые вызывают быстрый рост ледяных кристаллов и последующее выпадение дождя. Йодистое серебро можно вводить в облака с самолета или с поверхности земли специальными снарядами. Однако этот способ дорогостоящий. Поэтому более распространено рассеяние в облаках твердого диоксида углерода с низкой температурой, что приводит к замерзанию многих капель и далее к выпадению осадков.

Искусственное стимулирование дождя не получило широкого распространения не только из-за большой стоимости необходимых процедур, но и из-за недостаточной изученности изменений водного и энергетического балансов как территорий, так и самой атмосферы.

В последнее время определенной проблемой стали непреднамеренные изменения количества выпавших осадков на конкретных территориях в результате хозяйственной деятельности. В промышленных регионах продукты сжигания топлива способствуют увеличению числа ядер конденсации в воздухе и соответственно увеличению количества осадков.

Р а с п р е д е л е н и е  г о д о в ы х  о с а д к о в  п о  т е р р и т о-  р и и  земли крайне неравномерно. В некоторых пустынных территориях среднее многолетнее значение меньше 100 мм/год (в отдельные засушливые годы осадков вообще не выпадает). На южных склонах Гималаев они составляют около 12000 мм/год.

В пределах СНГ изменчивость средних многолетних осадков по территории гораздо меньше. Так, восточные районы Северного Кавказа и Саратовской области – засушливые (менее 300 мм/год). Мало осадков выпадает и в центральных районах Якутии. Наибольшее количество осадков (1200 мм/год) наблюдают в Приморском крае Дальнего Востока. Карта с изолиниями среднего годового слоя осадков  (изогиетами) для территории бывшего СССР показана на рис. 18.9. По этой карте можно установить, что среднее годовое количество осадков в Беларуси составляет 700 – 800 мм.

Мировой столицей дождя называют индийский город Черрапунджи. Там за месяц может выпасть до 9 м осадков (для сравнения среднемесячная норма Москвы – 5 см).

Приборы для измерения осадков. Для измерения жидких и твердых осадков, которые выпадают из облаков на горизонтальную поверхность, наиболее широко применяются осадкомеры и дождемеры.

О с а д к о м е р  Т р е т ь я к о в а (рис. 18.10) применяется для измерения количества осадков, выпадающих в жидком и твердом виде. Он является главным прибором для измерения осадков на метеорологических станциях.

В комплект осадкомера входят два цилиндрических ведра, крышка, ветровая защита и измерительный стакан. Ведро 3 осадкомера имеет приемную площадь 200 см2 и высоту 40,0 см. Внутри ведра впаяна диафрагма 2 в виде усеченного конуса. Для уменьшения испарения из ведра в летнее время отверстие диафрагмы закрывается воронкой 1 с маленьким отверстием для стока осадков. С внешней стороны ведра для слива собранных осадков припаян носик 5, который закрывается колпачком 4 с цепочкой. Крышка служит для того, чтобы закрывать ведро при переносе его с площадки и на время таяния снега в нем. Ведро осадкомера устанавливают в специальное приспособление, которое неподвижно крепится к металлической подставке 7.

Ветровая защита 6 состоит из 16 трапецеидальных изогнутых планок. Крепятся они между собой вверху и внизу кольцевым прутом на одинаковом расстоянии друг от друга. Верхние концы планок находятся на одной высоте с верхним краем ведра.

Собранные осадки выливают в измерительный стакан 9, который представляет собой мензурку со 100 делениями. Одно деление по объему равно 2 см3, которое при площади сечения приемной части ведра 200 см2 соответствует 0,1 мм слоя осадков.

Осадкомер устанавливают на металлической подставке 7 с таким расчетом, чтобы приемная поверхность осадкомера находилась на высоте 2 м. Рядом располагается переносная лестница 8.

Измерение количества осадков проводят 4 раза в сутки. В срок наблюдений производят смену ведер.

Рис. 18.10. Осадкомер Третьякова: 1 – воронка; 2 – диафрагма;

3 – ведро; 4 – колпачок; 5 – носик; 6 – ветровая защита;

7 – подставка; 8 – лестница; 9 – стакан

Ведро, закрытое крышкой, выносят из помещения и устанавливают в кольцевую оправу, а снятое ведро закрывают крышкой и переносят в помещение. Содержащиеся в ведре осадки переливают через носик в измерительный стакан 9. Если количество осадков превышает емкость измерительного стакана, то измерения проводят по частям, результаты которых складывают. Измерение твердых осадков проводят после того, когда они полностью растают.

П л ю в и о г р а ф – самописец, предназначенный для непрерывной регистрации количества, интенсивности и продолжительности выпадения жидких осадков (рис. 18.11).