Определение и запись общего количества облаков, а так же определение и запись количества облаков нижнего и среднего ярусов и их высот.
Определение и запись общего количества облаков
Количество облаков выражается в баллах по 10-бальной шкале от 0 до 10. На глаз оценивается сколько десятых частей неба покрыто облаками.
Если облаков нет или облачность покрывает менее 1/10 неба, облачность оценивается баллом 0. Если облаками покрыты 1/10, 2/10, 3/10 части неба и т.д., ставятся отметки соответственно 1, 2, 3 и т.д. Цифра 10 ставится только тогда, когда всё небо сплошь покрыто облаками. Если в небе наблюдаются хотя бы и очень небольшие просветы, записывается 10
Если количество облаков больше 5 баллов (т.е. облаками покрыто половины неба) удобнее оценить площадь не занятую облаками и полученную величину, выраженную в баллах вычесть из 10. Остаток покажет количество облаков в баллах.
Для того чтобы оценить, какая часть неба свободна от облаков, надо мысленно суммировать все те просветы ясного неба (окна), которые имеются между отдельными облаками или грядами облаков. Но те просветы, которые существуют внутри нескольких облаков (перистых, перисто-кучевых и почти всех видов высоко-кучевых), присущи им по внутренней структуре и по размерам очень малы, суммированию не подлежат. Если такие имеющие просветы облака покрывают всё небо, ставится Цифра 10
Определение и запись количества облаков нижнего и среднего ярусов и их высот.
Кроме общего кол-ва облаков N необходимо определять общее кол-во слоисто-кучевых, слоистых, кучевых, кучево-дождевых и разорвано-дождевых облаков Nh (форм, записываемых в строку “СL“) или, если нет их, то общее кол-во высоко-кучевых, высоко-слоистых и слоисто-дождевых облаков (форм, записываемых в строку “СМ “). Количество этих облаков Nh определяется по тем же правилам, что и общего количества облаков.
Высоту облаков необходимо оценить на глаз, стремясь к точности 50-200 м. Если же это затруднительно, то хотя бы с точностью 0,5 км. Если эти облака расположены на одном уровне, то в строку “h” записывают высоту их основания, если же они расположены на разных уровнях, указывается высота h самых низких облаков. Если отсутствуют облака формы, записываемой в строку “СL“, а наблюдаются облака формы, записываемой в “См”, в строку h записывают высоту основания этих облаков. Если отдельные обрывки или клочки облаков, записываемых в строку “СL“ (в количестве менее 1 балла), расположены под более обширным слоем других облаков этих же форм или форм, записываемых в строку “См “ , в строку “h” записывают высоту основания этого слоя облаков, а не клочков или обрывков.
Определение облачности производится визуально по 10-балльной системе. Если небо безоблачное или на нем имеется одно или несколько небольших облаков, занимающих менее одной десятой части всего небосвода, то облачность считается равной 0 баллов. При облачности, равной 10 баллам, все небо закрыто облаками. Если облаками покрыто 1/10, 2/10, или 3/10 частей небосвода, то облачность считается равной соответственно 1, 2, или 3 баллам.
Определение интенсивности света и уровня радиационного фона*
Для измерения освещенности применяются фотометры. По отклонению стрелки гальванометра определяется освещенность в люксах. Можно пользоваться фотоэкспонометрами.
Для измерения уровня радиационного фона и радиоактивной загрязненности используются дозиметры-радиометры ("Белла", "ЭКО", ИРД-02Б1 и др.). Обычно указанные приборы имеют два режима работы:
1) оценка радиационного фона по величине мощности эквивалентной дозы гамма-излучения (мкЗв/ч), а также загрязненности по гаммаизлучению проб воды, почвы, пищи, продуктов растениеводства, животноводства и т.д.;
* Единицы измерения радиоактивности
Активность радионуклида (А) - уменьшение числа ядер радионуклида за опреде-
ленный интервал времени:
[А] = 1 Ки = 3,7 · 1010 расп./с = 3,7 · 1010 Бк.
Поглощенная доза излучения (Д) составляет энергию ионизирующего излучения, переданную определенной массе облучаемого вещества:
[Д] = 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.
Эквивалентная доза облучения (Н) равна произведению поглощенной дозы на
средний коэффициент качества ионизирующего излучения (К), учитывающий биоло-
гическое действие различных излучений на биологическую ткань:
[Н] = 1 Зв = 100 бэр.
Экспозиционная доза (X) является мерой ионизирующего действия излучения, еди-
ницей которой является 1 Кu/кг или 1 Р:
1 Р = 2,58 · 10-4 Кu/кг = 0,88 рад.
Мощность дозы (экспозиционной, поглощенной или эквивалентной) - это отношение приращения дозы за определенный интервал времени к величине этого временного интервала:
1 Зв/с = 100 Р/с = 100 бэр/с.
2) оценка степени загрязненности бета-, гамма - излучающими радионуклидами поверхностей и проб почвы, пищи и др. (частиц/мин.·см2 или кБк /кг).
Предельно допустимая доза облучения составляет 5 мЗв /год.
Определение уровня радиационной безопасности
Определение уровня радиационной безопасности проводится на примере использования дозиметра-радиометра бытового (ИРД-02Б1):
1. Установить переключатель режима работы в положение «мкЗв/ч».
2. Включить прибор, для чего установить переключатель «выкл.- вкл.»
в положение «вкл.». Примерно через 60 с после включения прибор готов
к работе.
3. Поместить прибор в то место, где определяется мощность эквивалентной дозы гамма-излучения. Через 25-30 с на цифровом табло высветится значение, которое соответствует мощности дозы гаммаизлучения в данном месте, выраженной в микрозивертах в час (мкЗв/ч).
4. Для более точной оценки необходимо брать среднее из 3-5 последовательных показаний.
Показание на цифровом табло прибора 0,14 означает, что мощность дозы составляет 0,14 мкЗв/ч или 14 мкР/ч (1 Зв = 100 Р).
Через 25-30 с после начала работы прибора необходимо снять три последовательных показания и найти среднее значение. Результаты оформить в виде табл. 2.
Таблица 2. Определение уровня радиации
Показания прибора |
Среднее значение |
||||
мощности дозы |
|||||
Оформление результатов микроклиматических наблюдений
Данные всех микроклиматических наблюдений фиксируются в тетради, а затем обрабатываются и оформляются в виде табл. 3.
Таблица 3. Результаты обработки микроклиматических
наблюдений
Температу- |
||||||||||||||||
ра воздуха |
Температу- |
Влажность |
||||||||||||||
на высоте, |
ра воздуха, |
воздуха на |
||||||||||||||
высоте, % |
||||||||||||||||
Влажность
Влажность воздуха - содержание в нем водяного пара. Ее характеристиками являются:
абсолютная влажность а - количество водяного пара (в г) в 1 м 3 воздуха;
насыщающий (насыщенный) пар А - количество пара (в г), необходимое для полного насыщения единицы объема (его упругость обозначается буквой Е);
относительная влажность R - отношение абсолютной влажности к насыщающему пару, выраженное в процентах (R=100% × а/А );
точка росы - температура, при которой воздух достиг бы состояния насыщения при данном влагосодержании и неизмененном давлении.
В экваториальной зоне и субтропиках абсолютная влажность у земли достигает 15 – 20 г/м 3 . В умеренных широтах летом - 5 – 7 г/м 3 , зимой (а также в Арктическом бассейне) она уменьшается до 1 г/м 3 и ниже. С высотой содержание водяного пара в воздухе быстро падает. Влажность оказывает влияние на изменение температуры воздуха, а также на процесс образования облаков, туманов, осадков.
Наряду с процессом испарения воды в атмосфере происходит и обратный процесс - переход водяного пара при понижении температуры в жидкое или непосредственно в твердое состояние. Первый процесс называется конденсацией, второй - сублимацией .
Понижение температуры происходит адиабатически в поднимающемся влажном воздухе и приводит к конденсации или сублимации водяного пара, что и является главной причиной образования облаков. Причинами подъема воздуха в этом случае могут являться: 1) конвекция, 2) восходящее скольжение по наклонной фронтальной поверхности, 3) волнообразные движения, 4) турбулентность.
Кроме указанного, понижение температуры может произойти и вследствие радиационного выхолаживания (от излучения) верхних слоев инверсий или верхней границы облаков.
Конденсация происходит только в том случае, если воздух насыщен водяным паром и в атмосфере имеются ядра конденсации. Ядрами конденсации являются мельчайшие твердые, жидкие и газообразные частицы, постоянно имеющиеся в атмосфере. Наиболее распространенными являются ядра, содержащие соединения хлора, серы, азота, углерода, натрия, кальция, причем наиболее часто встречающимися ядрами являются соединения натрия и хлора, обладающие гигроскопическими свойствами.
Ядра конденсации в атмосферу попадают главным образом из морей и океанов (около 80%) путем испарения и разбрызгивания их с водной поверхности. Кроме того, источниками ядер конденсации являются продукты горения, выветривания почв, вулканической деятельности и т. д.
В результате конденсации и сублимации в атмосфере образуются мельчайшие капельки воды (с радиусом около 50 мк) и кристаллики льда, имеющие вид шестигранной призмы. Скопление их в приземном слое воздуха дает дымку или туман, в вышележащих слоях облака. Слияние мелких облачных капель или нарастание ледяных кристаллов приводит к образованию различного рода осадков: дождя, снега.
Облака могут состоять только из капель, только из кристаллов и быть смешанными, т. е. состоять из капель и кристаллов. Водяные капли в облаках при отрицательных температурах находятся в переохлажденном состоянии. Капельножидкие облака в большинстве случаев наблюдаются до температуры -12° С, чисто ледяные (кристаллические) - при температуре ниже -40° С, смешанные - от -12 до -40° С.
Облака характеризуются водностью. Водность - это количество воды в граммах, содержащееся в одном кубическом метре облака (г/м 3). Водность в капельножидких облаках колеблется от 0,01 до 4 г в кубическом метре облачной массы (в отдельных случаях наблюдается и более 10 г/м 3). В ледяных облаках водность менее 0,02 г/м 3 , а в смешанных облаках до 0,2-0,3 г/м 3 . Не следует смешивать водность с влажностью.
Облака классифицируются:
По высоте нижней границы на 3 (иногда 4) яруса,
По происхождению (генетическая классификация) на 3 группы,
По внешнему виду (морфологическая классификация) делятся на несколько форм:
Выделяются основные формы:
Кучевые облака представляют собой белые, серые, темно-серые отдельные образования в виде куч различной формы.
Перистые - отдельные тонкие легкие облака белого цвета, прозрачные, волокнистой или нитевидной структуры имеют вид крючков, нитей, перьев или полос.
Слоистые облака - представляют собой однородный серый покров, различной прозрачности.
Перисто-кучевые облака, представляющие собой мелкие белые хлопья или маленькие шарики (барашки), напоминающие комочки снега,
Перисто-слоистые облака, имеющие вид белой пелены, затягивающей зачастую все небо, и придающие ему молочно-белый оттенок.
Слоисто-кучевые облака серого цвета с темными полосами - облачными валами.
Отмечаются также другие особенности внешнего вида (наличие волнистости, конкретные формы облака) и связь с осадками. Всего насчитывают 10 основных форм облаков и 70 их разновидностей.
Форма облаков определяется при их наблюдении в соответствие с принятой классификацией с помощью специально изданного Атласа облаков.
Облака, возникающие внутри воздушных масс, называются внутримассовыми , образующиеся на атмосферных фронтах – фронтальными , возникающие над горами при перетекании воздушными потоками препятствий (гор) – орографическими .
| Группы | Процесс образования | Ярус | ||
| Нижний (0 – 2000м). Облака вертикаль-ного развития. | Средний (2000 – 6000 м). | Верхний (выше 6000м). | ||
| Кучевообраз-ные | Конвекция при наличии задерживающего слоя. | Кучевые (плоские облака). | Высококучевые: - хлопьевидные; - башенкообразные. | Перисто-кучевые хлопьевид-ные |
| Вертикального развития: вторжение холодного воздуха под теплый. | Кучево-дождевые. Мощные кучевые (верхняя граница – до тропопаузы). | |||
| Слоисто-образные | Восходящее скольжение теплого воздуха вдоль пологих фронтальных разделов или по холодной подстилающей поверхности. | Слоисто-дождевые. Разорвано- дождевые (слоистые или слоисто-кучевые) | Высоко-слоистые: - тонкие. - плотные | Перистые. Перисто-слоистые |
| Волнистые | Надинверсионные: восхо-дящее скольжение теплого воздуха по слою инверсии со слабым наклоном. | Слоисто-кучевые плотные | Высоко-кучевые плотные | Перисто-кучевые волнисто-образные |
| Подинверсионные: турбулентность, излучение, смешение в пограничном слое. | Слоисто-кучевые просвечивающие. Слоистые | Высоко-кучевые просвечивающие: - волнистые, - грядами, - чечевицеобразные |
При указании высоты верхней и нижней границ облаков нужно иметь в виду, что они могут быть как достаточно четкие, так и чрезвычайно размытые. Особенно опасен переходный предоблачный слой, достигающий 200 м у под подинверсионными облаками.
В отдельную группу следует выделить искусственные перистые облака, возникающие за летящим самолетом в верхней тропосфере. Их называют конденсационными (иногда инверсионными) следами. Возникают они в результате сублимации водяного пара, содержащегося в выхлопных газах двигателя.
Цель занятия: изучить классификацию облаков и освоить навыки определения типа облаков с использованием «Атласа облаков»
Общие положения
Процессы образования отдельного облака протекают под воздействием многих факторов. Облака и выпадающие из них осадки играют важнейшую роль в формировании различных типов погоды. Поэтому классификации облаков предоставляет специалистам возможность отслеживать пространственно-временную изменчивость облачных образований, что является мощным инструментом исследования и прогнозирования процессов, протекающих в атмосфере.
Впервые попытка разделения облаков по их внешнему виду на различные группы была предпринята в 1776 г. Ж. Б. Ламарком. Однако предложенная им классификация ввиду своего несовершенства не нашла широкого при-
менения. Первая вошедшая в науку классификация облаков была разработана английским метеорологом-любителем Л. Говардом в 1803 г. В 1887 г. ученые Гильдебрандсон в Швеции и Эберкромби в Англии, переработав классификацию Л. Говарда, предложили проект новой классификации, которая легла в основу всех последующих классификаций. Идея создания первого единого атласа облаков была поддержана на Международной конференции директоров метеорологических служб в Мюнхене в 1891 г. Созданный ею комитет подготовил и издал в 1896 г. первый Международный атлас облаков с 30 цветными литографиями. Первое русское издание этого Атласа вышло в свет в 1898 г. Дальнейшее развитие метеорологии и введение в практику синоптического анализа понятий об атмосферных фронтах и воздушных массах потребовало гораздо более подробного изучения облаков и их систем. Это предопределило необходимость существенной переработки применявшейся в то время классификации, следствием чего явилось издание в 1930 г. нового Международного атласа облаков. На русском языке этот Атлас был издан в 1933 г. в несколько сокращенном варианте.
Облака и выпадающие из них осадки принадлежат к числу важнейших метеорологических (атмосферных) явлений и играют определяющую роль в формировании погоды и климата, в распространении растительного и животного мира на Земле. Изменяя радиационный режим атмосферы и земной поверхности, облака оказывают заметное воздействие на температурно-влажностный режим тропосферы и приземного слоя воздуха, где протекает жизнь и деятельность человека.
Облаком называют видимую совокупность взвешенных в атмосфере и находящихся в процессе непрерывной эволюции капель и/или кристаллов, являющихся продуктами конденсации и/или сублимации водяного пара на высотах от нескольких десятков метров до нескольких километров.
Изменение фазового строения облака – соотношения капель и кристаллов по массе, числу частиц и другим параметрам в единице объема воздуха –происходит под влиянием температуры, влажности и вертикальных движений как внутри, так и вне облака. В свою очередь, выделение и поглощение тепла в результате фазовых переходов воды и наличия самих частиц в потоке воздуха оказывают обратное влияние на параметры облачной среды.
По фазовому строению облака делятся на три группы.
1. Водяные, состоящие только из капель радиусом 1-2 мкм и более. Капли могут существовать не только при положительных, но и при отрицательных температурах. Чисто капельное строение облака сохраняется, как правило, до температур порядка –10...–15 °С (иногда и ниже).
2. Смешанные, состоящие из смеси переохлажденных капель и ледяных кристаллов при температурах –20...–30 °С.
3. Ледяные, состоящие только из ледяных кристаллов при достаточно низких температурах (порядка –30...–40 °С).
Облачный покров днем уменьшает приток солнечной радиации к поверхности земли, а ночью заметно ослабляет ее излучение и, следовательно, охлаждение, весьма существенно уменьшает суточную амплитуду температуры воздуха и почвы, что влечет за собой соответствующее изменение и других метеорологических величин и атмосферных явлений.
Регулярные и достоверные наблюдения за формами облаков и их трансформацией способствуют своевременному обнаружению опасных и неблагоприятных гидрометеорологических явлений, сопутствующих тому или иному виду облаков.
В программу метеорологических наблюдений включено слежение за динамикой развития облаков и определение следующих характеристик облачности:
а) общее количество облаков,
б) количество облаков нижнего яруса,
в) форма облаков,
г) высота нижней границы облаков нижнего или среднего яруса (при отсутствии облаков нижнего яруса).
Результаты наблюдений за облачностью из метеорологических наблюдательных подразделений в реальном режиме времени по коду КН-01 (национальный вариант международного кода FM 12-IX SYNOP) регулярно передаются в местные прогностические органы (организации и подразделения УГМС) и Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации (Гидрометцентр России) для синоптического анализа и составления прогнозов погоды различной заблаговременности. Кроме того, эти данные рассчитываются за различные временные интервалы и используются для климатических оценок и обобщений.
Количество облаков определяется как суммарная доля небосвода, закрытая облаками, от всей видимой поверхности небосвода и оценивается в баллах: 1 балл – это 0,1 доля (часть) всего небосвода, 6 баллов – 0,6 небосвода, 10 баллов – весь небосвод закрыт облаками.
Многолетние наблюдения за облаками показали, что они могут располагаться на различных высотах, как в тропосфере, так и в стратосфере и даже в мезосфере. Тропосферные облака обычно наблюдаются в виде отдельных, изолированных облачных масс или в виде сплошного облачного покрова. В зависимости от строения облака разделяются по внешнему виду на формы, виды и разновидности. Серебристые и перламутровые облака, в отличие от тропосферных облаков, наблюдаются довольно редко и характеризуются относительно небольшим разнообразием. Классификация тропосферных облаков по внешнему виду, используемая в настоящее время, получила название международной морфологической классификации.
Наряду с морфологической классификацией облаков используется и генетическая классификация, т. е. классификация по условиям (причинам) возникновения облаков. Кроме того, облака классифицируются по их микрофизическому строению, т. е. по агрегатному состоянию, виду и размерам облачных частиц, а также по их распределению внутри облака. В соответствии с генетической классификацией облака делятся на три группы: слоистообразные, волнистообразные и кучевообразные (конвективные).
Основные отличительные признаки при определении формы облаков – их внешний вид и структура. Облака могут быть расположены на разных высотах в виде отдельных изолированных масс или сплошного покрова, их строение может быть различным (однородным, волокнистым и др.), а нижняя поверхность – ровной или расчлененной (и даже изорванной). Кроме того, облака могут быть плотными и непрозрачными или тонкими - сквозь них просвечивает голубое небо, луна или солнце.
Высота облаков одной и той же формы непостоянна и может несколько меняться в зависимости от характера процесса и местных условий. В среднем высота облаков больше на юге, чем на севере, и больше летом, чем зимой. Над горными районами облака располагаются ниже, чем над равнинными.
Важной характеристикой облаков являются выпадающие из них осадки. Облака одних форм практически всегда дают осадки, других – либо совсем не дают осадков, либо осадки из них не достигают поверхности земли. Факт выпадения осадков, а также их вид и характер выпадения служат дополнительными признаками для определения форм, видов и разновидностей облаков. Из облаков определенных форм выпадают следующие виды осадков:
– ливневые – из кучево-дождевых облаков (Cb);
– обложные – из слоисто-дождевых (Ns) во все сезоны, из высокослоистых (As) – зимой и иногда слабые – из слоисто-кучевых (Sc);
– моросящие – из слоистых облаков (St).
В процессе развития и распада облака меняется его внешний вид, структура и оно может трансформироваться из одной формы в другую.
При определении количества и форм облаков учитываются только облака, видимые с поверхности земли. Если все небо или его часть закрыта облаками нижнего (среднего) яруса, а облаков среднего (верхнего) яруса не видно, то это не означает, что они отсутствуют. Они могут находиться выше нижележащих слоев облаков, но это не учитывается при наблюдениях за облачностью.
Понятие «облачность» подразумевает количество наблюдаемых в одном месте облаков. Облаками, в свою очередь, называются атмосферные явления, сформированные взвесью водяного пара. Классификация облаков насчитывает множество их видов, разделяемых по размерам, форме, природе образования и высоте расположения.
В бытовой сфере для измерения облачности используются специальные термины. Развернутые шкалы измерения данного показателя применяются в метеорологии, морском деле и авиации.
Метеорологи используют десятибалльную шкалу облачности, которая иногда выражается в процентах покрытия обозримого небесного пространства (1 балл - 10% покрытия). Кроме того, высота образования облаков разделяется на верхний и нижний ярусы. Такая же система используется и в морском деле. Авиационные метеорологи используют систему из восьми октант (частей обозримого неба) с более подробным указанием высоты расположения облаков.
Для определения нижней границы облаков используется специальный прибор. Но острую необходимость в нём испытывают только авиационные метеостанции. В остальных случаях производится визуальная оценка высоты.
Типы облачности
Облачность играет важную роль в формировании погодных условий. Облачный покров предотвращает нагрев поверхности Земли, и продлевает процесс её охлаждения. Облачный покров существенно снижает суточные колебания температуры. В зависимости от количества облаков в определённое время выделяется несколько типов облачности:
- «Ясно или малооблачно» соответствует облачности в 3 балла в нижнем (до 2 км) и среднем ярусе (2 - 6 км) или любое количество облаков в верхнем (выше 6 км).
- «Меняющаяся или переменная» - 1-3/4-7 баллов в нижнем или среднем ярусе.
- «С прояснениями» - до 7 баллов суммарной облачности нижнего и среднего яруса.
- «Пасмурно, облачно» - 8-10 баллов в нижнем ярусе или не просвечивающиеся облака в среднем, а также с атмосферными осадками в виде дождя или снега.
Виды облаков
Всемирная классификация облаков выделяет множество видов, каждый из которых обладает своим латинским названием. В ней учитывается форма, происхождение, высота образования и ряд других факторов. Основу классификации составляют несколько видов облаков:
- Перистые облака представляют собой тонкие нити белого цвета. Располагаются на высоте от 3 до 18 км в зависимости от широты. Состоят из падающих кристаллов льда, которым и обязаны своим внешним видом. Среди перистых на высоте свыше 7км облака подразделяются на перисто-кучевые, высоко-слоистые, которые обладают невысокой плотностью. Ниже на высоте около 5км располагаются высоко-кучевые облака.
- Кучевые облака это плотные образования белого цвета и значительной высоты (иногда более достигает 5 км). Располагаются чаще всего в нижем ярусе с вертикальным развитием в средний. Кучевые облака на верхней границе среднего яруса зовутся высококучевыми.
- Кучево-дождливые, ливневые и грозовые облака, как правило, располагаются невысоко над поверхностью Земли 500-2000 метров, характерны выпадением атмосферных осадков в виде дождя, снега.
- Слоистые облака представляют собой слой взвеси небольшой плотности. Они пропускают свет солнца и луны и находятся на высоте между 30 и 400 метров.
Перистые, кучевые и слоистые типы смешиваясь, образуют другие виды: перисто-кучевые, слоисто-кучевые, перисто-слоистые. Кроме основных видов облаков и существуют и другие, менее распространённые: серебристые и перламутровые, лентикулярные и вымеобразные. А облака, образованные пожарами или вулканами называются пирокумулятивными.