Тема 8. Осадки: типы, суточный и годовой ход,

Методы измерения

Роль осадков в географической оболочке Земли трудно переоценить. Процессы их образования и выпадения являются важнейшими звеньями в системе круговорота воды – могучего процесса, обеспечивающего распределение влаги на земной поверхности, существование рек, озёр, болот, подземных вод и все фазы их гидрологического режима. Благодаря переносу влажных воздушных масс атмосферной циркуляцией от мест их формирования (океан и моря) в глубину континентов человечество заселило и освоило большую часть земной поверхности, научившись использовать результаты природного влагообмена в атмосфере для своего жизнеобеспечения.

Сама по себе система влагообмена в географической оболочке является наряду с атмосферной циркуляцией и теплообменом важнейшим климатообразующим процессом на Земле, формируя её природные компоненты и в целом всю её крупнейшую геосистему – ландшафтную оболочку.

В настоящем пособии не ставилась задача рассмотреть механизм образования осадков – это выходит за рамки рассматриваемого материала. Необходимо сказать, что процесс выпадения осадков начинается тогда, когда размеры капель воды или кристалликов снега, находясь в облаке во взвешенном состоянии, достигают таких величин, при которых их масса становится больше удерживающей их в воздухе силы.

Принято различать следующие виды осадков:

1. Твёрдые осадки

Снег – ледяные или снежные кристаллы (снежинки), имеющие форму звёздочек или хлопьев (слипшихся между собой звёздочек).

Снежная крупа – непрозрачные сферические снежные крупинки белого или матово-белого цвета диаметром 2-5 мм.

Снежные зёрна – непрозрачные матово-белые палочки или крупинки диаметром менее 1 мм.

Ледяная крупа – ледяные прозрачные крупинки, в центре которых имеется непрозрачное ядро, диаметр крупинок до 3 мм.

Ледяной дождь – прозрачные ледяные шарики размером от 1 до 3 мм. Иногда внутри твёрдой оболочки находится незамёрзшая вода.

Град – кусочки льда различных форм и размеров. Градина состоит из непрозрачного ядра, окружённого тонкими чередующимися непрозрачными и прозрачными слоями льда. Размеры колеблются в широких пределах. Чаще всего их радиус составляет около 5 мм, но в отдельных случаях достигает нескольких сантиметров.

2. Жидкие осадки.

Дождь – состоит из капель диаметром от 0,5.

Морось – капельки диаметром 0,05 – 0,5 мм, находящиеся как бы во взвешенном состоянии, так что падение их практически невозможно.

3. Смешанные осадки.

Мокрый снег – осадки в виде тающего снега или смеси снега с дождём.

По характеру выпадения различают осадки обложные, ливневые и моросящие.

Обложные осадки выпадают обычно из облаков восходящего скольжения (слоисто-дождевых и высоко-слоистых, иногда из слоисто-кучевых), связанных с фронтами. Это осадки средней интенсивности, выпадают сразу на больших площадях (порядка сотен тысяч квадратных километров), способные непрерывно или с короткими интервалами продолжаться в течение нескольких часов и даже десятков часов. Для умеренных широт характерно в большинстве случаев выпадение обложных осадков.

Ливневые осадки выпадают из кучево-дождевых облаков, связанных своим образованием с конвекцией. Для них характерна внезапность начала и конца выпадения, большая интенсивность и небольшая продолжительность (иногда всего до нескольких минут). Их выпавшее количество сильно колеблется по площади – на расстоянии всего 1-2 км эта величина может отличаться на 50 мм и более. Этот вид осадков прежде всего характерен для низких тропических и экваториальных широт.

Моросящие осадки имеют внутримассовое происхождение и выпадают из слоистых и слоисто-кучевых облаков, типичных для тёплых или местных устойчивых воздушных масс. Интенсивность их очень мала.

По синоптическим условиям образования различают следующие виды осадков.

Внутримассовые – образуются внутри однородных воздушных масс. Для устойчивой тёплой воздушной массы характерны осадки в виде мороси из слоистых облаков или слабого обложного дождя из плотных слоисто-кучевых облаков. В неустойчивой холодной воздушной массе выпадают осадки ливневого характера.

Фронтальные – связаны с прохождением фронтов. Для тёплого фонта типичны обложные осадки, для холодного – ливневые, но при этом при прохождении холодного фронта первого рода осадки, имеющие вначале ливневый характер, переходят в обложные. Осадки выпадают в том случае, когда по каким-либо причинам хотя бы часть капелек или кристаллов, составляющих облако, укрупняется. При достижении ими массы, при которой восходящие потоки в облаке не могут удерживать их во взвешенном состоянии, начинается их выпадение в виде осадков.

Скорость падения капель разного размера может быть определена по эмпирическим формулам. Для капель радиусом от 0,001 до 0,2 мм можно использовать формулу Стокса:

V = 1,26 · 10⁶ · R^2, (8.1),

где V – скорость падения капель в см/с;

R – радиус капель в см.

Для более крупных капель (R>0,5мм), которые при падении испытывают большее сопротивление воздуха, формула имеет следующий вид:

V = 1344√R. (8.2)

Снежинки падают с меньшей скоростью, чем капли такой же массы, так как они имеют большую поверхность и поэтому испытывают большее сопротивление воздуха. Непосредственные измерения показали, что скорость падения снежинок лежит в пределах 0,1 – 1,0 см/сек.

Количество выпавших осадков определяется следующим образом. Если на горизонтальную поверхность выпал слой жидких осадков в 1 мм, то это значит, что на площади 1 га выпало 0,001м·10000 м² = 10м³ воды.

Интенсивность осадков i обычно выражает количество осадков (слой осадков) h в мм, выпавших за 1 минуту.

i = h/t мм/мин (8.3)

Иногда интенсивность дождей выражается в литрах в секунду на 1 га (л/сек·га). Так, при выпадении дождя слоем в 1мм в течение 1 минуты на площади 1 га при общем объёме выпавших осадков 10 см³ (см. выше) интенсивность его составит

i = 10·1000л/60сек = 167л/сек·га.

Если слой выпавших осадков составляет не 1 мм, а n мм, то i соответственно будет равно 167·n л/сек·га.

При устойчивых отрицательных температурах воздуха снег, выпавший на земную поверхность, остаётся лежать на ней в виде снежного покрова.

Состояние снежного покрова характеризуется его плотностью, высотой и характером залегания.

Плотность снежного покрова d определяется как отношение массы некоторой пробы снега m в г к её объёму V в см³, т.е.

d = m/v (г/см³) (8.4)

Пример Объём пробы снега составляет 1890 см³, а её вес 500 г. Определить плотность снега.

Решение: d = 500г/1890см³ = 0,26 г/см³

В типичные зимы плотность снега меняется от 0,01 г/см³ до 0,7 г/см³, что обусловлено уплотнением снега в течение зимы под действием собственной тяжести, а также ветра и температуры воздуха.

Высота снежного покрова зависит от количества выпавшего снега и его плотности. Большое влияние оказывают также рельеф местности и ветер, переносящий снег с возвышенностей в более низкие места. В центре Европейской территории России средняя высота снежного покрова к концу зимы составляет 50-60 см.

Характер залегания снежного покрова. Характер залегания снежного покрова зависит от скорости ветра, плотности снега и рельефа местности. Сочетание этих факторов и создает неравномерность в залегании снежного покрова – образуются сугробы и открытие участки. Важной характеристикой снежного покрова является запас воды Zв нём, по которой рассчитывается объем воды, формирующий весеннее половодье в бассейне той или иной реки. Он определяется по высоте слоя воды, который может получиться после таяния снега при отсутствии стока, просачивания и испарения, и зависит от высоты h (см), и плотности снежного покрова d (г/см³) и выражается формулой.

Z = 10·h·d. (8.5)

Пример. Определить запас воды в снежном покрове, если высота его 40 см, а плотность составляет 0,2 г/см³.

Решение: Z = 40·0,2·10 = 80 мм.

Суточный ход количества осадков очень сложен и в конкретных случаях не всегда обнаруживает более или менее чёткие закономерности. Тем не менее, понятна его подчинённость количеству и характеру облачности. С определённой степенью допущения можно выделить два типа суточного хода осадков: континентальный и морской (или береговой). В континентальном типе главный максимум отмечается после полудня и второй – более слабый – рано утром, что связано в первом случае с дневным возрастанием конвекции, во втором – с ночным образованием слоистых облаков. Летом главный максимум выражен резче, чем зимой, что объясняется годовым ходом конвекции. Главный максимум наблюдается после полуночи, вторичный минимум – перед полуднем.

В морском (береговом) типе наблюдается один максимум ночью или утром и один минимум – в послеполуденные часы. Это объясняется увеличением в морском воздухе ночью вертикального градиента температур, усиление вертикальной стратификации и соответственно интенсифицирует процесс образования облаков.

Годовой ходосадков зависит от климатических особенностей конкретного региона. Выделяют следующие типы:

1. Экваториальный тип с двумя максимумами и двумя минимумами располагается между 10° ю.ш. 10° с.ш. Максимальное количество осадков выпадает после весеннего и осеннего равноденствия (апрель и октябрь), когда солнце имеет наибольшие полуденные высоты, и создаются наиболее благоприятные условия для развития конвективной облачности. Минимальное количество осадков выпадает после летнего и зимнего солнцестояния (июль, январь), когда конвекция развита слабо.

2. Тропический тип располагается на широте между 10° и 30°. Для него характерен один дождливый период в течение четырёх летних месяцев. В остальные восемь месяцев осадки почти отсутствуют.

3. Субтропический тип, для которого характерно очень малое количество осадков в течение всего года, особенно летом. Это обусловлено субтропическими областями повышенного давления, где нисходящие воздушные потоки препятствуют развитию конвективной облачности.

4. Тип умеренных широт обусловлен развитой циклонической деятельностью, особенно зимой, когда циклоны приносят большое количество осадков, особенно в прибрежных зонах. В глубине континентов летом сильно развиты конвективные процессы, вызывающие обильные ливневые осадки. В зимний период, когда над континентами устанавливаются области повышенного давления, осадков выпадает мало.

При изучении географического распределения осадков на земном шаре выявляются следующие закономерности. Наибольшее количество осадков выпадает в экваториальной зоне, что объясняется наличием здесь большого количества водяного пара и высокой температурой воздуха. В среднем годовая сумма осадков здесь составляет 1000 – 2000 мм и более, а в отдельных регионах (острова Тихого океана и возвышенные берега материков) достигает 5000 – 6000 мм.

С увеличением широты количество осадков уменьшается и достигает минимума в субтропической зоне высокого давления, где среднегодовое количество осадков не превышает 250 мм. Поэтому здесь расположено большинство пустынь земного шара. Наиболее сухие области на земном шаре – пустыни в Чили и Перу, а также Сахара, где осадки могут не выпадать по несколько лет.

В умеренных широтах количество осадков снова увеличивается, причиной чего является активная циклоническая деятельность, с которой всегда связано образование фронтальной облачности, дающей осадки. Но распределение осадков в этих районах неравномерно: в прибрежных областях выпадает в среднем 750 – 1000 мм, а во внутренних частях материков 700 – 500 мм.

В высоких широтах количество осадков снова уменьшается за счёт снижения влагосодержания атмосферы и составляет в среднем не более 300 мм в год.

В горных местностях количество осадков увеличивается за счёт понижения температуры воздуха до точки росы при вынужденном его поднятии по склонам. Поэтому наибольшее количество осадков за год выпадает на южном склоне Гималаев, около индийского посёлка Черрапунджи – в среднем около 12700 мм, а в отдельные годы более 15000 мм. Рекордное количество осадков наблюдается также на Гавайских островах (около 12000 мм за год).

У западных берегов России годовая сумма осадков составляет 650 – 700 мм, а в центральных областях 500 – 600 мм. Далее на восток их количество уменьшается ( в Калмыкии и южной части Заволжья до 120 – 125 мм в год).

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: