Стадии развития кучево-дождевого облака

Механизм формирования кучево-дождевой облачности заключается в следующем: более нагретые приземные слои воздуха, становясь легче окружающей среды, поднимаясь, адиабатически охлаждаются. Величина этого охлаждения составляет до уровня конденсации 1˚С на 100 м. На уровне конденсации происходит образование кучево-дождевых облаков. При дальнейшем подъеме охлаждение воздуха становится более медленным и составляет от 0,5˚С до 0,8˚С на 100 м. Чем больше влагосодержание поднимающейся массы воздуха, тем больше тепла выделяется при конденсации. Это тепло является главной причиной вертикального развития кучевых облаков и превращение их в мощные кучево-дождевые, т.е. грозовые облака. При большой влажнонеустойчивости атмосферы весь процесс формирования кучево-дождевых облаков может длиться 30-40 мин.

Условно развитие грозового облака делят на три стадии (рис.85):начального развития, максимального развития, разрушения.

Рис.85. Стадии развития кучево-дождевого облака

Первая стадия – стадия начального развития наблюдается от момента возникновения облака до выпадения осадков. При благоприятных условиях возникшие кучевые облака быстро растут как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении, при этом восходящие потоки находятся почти по всему объему облака и увеличиваются от 5 м/с до 15-20 м/с. Нисходящие потоки очень слабы. Окружающий воздух активно проникает внутрь облака за счет смешения на границе и вершине облака. Облако переходит в стадию Cumulus mediocris (рис. 86). Образующиеся в результате конденсации мельчайшие водяные капли в таком облаке сливаются в более крупные, которые уносятся мощными восходящими потоками вверх. Облако еще однородное, состоит из капель воды, удерживаемых восходящим потоком - осадки не выпадают. В верхней части облака при попадании частиц воды в зону отрицательных температур капли постепенно начинают превращаться в кристаллы льда. Облако переходит в стадию мощно-кучевого облака (Cumulus congestus). Смешанный состав облака приводит к укрупнению облачных элементов и созданию условий для выпадения осадков. Такое облако называют кучево-дождевым (Cumulonimbus) или кучево-дождевым лысым (Cumulonimbus calvus). Вертикальные потоки в нем достигают 20 м/с, а уровень вершины достигает высоты 7-8 км. Нисходящие потоки наблюдаются между облаками.

Вторая стадия (наиболее опасная) - стадия максимального развития наблюдается от начала выпадения ливневых осадков и появления в вершине мощно-кучевого облака кристаллов. В этой стадии облака имеют вид кучево-дождевых, их вершины находятся в области низких температур и имеют ледяную структуру, нижняя часть облака чаще всего располагается в области положительных температур и имеет капельно-водяную структуру, а середина (между изотермами 0° и -20˚С) – смешанную структуру. В облаках могут наблюдаться град, снег, крупные капли дождя. Электрическое поле, сформировавшееся внутри облака, имеет большую напряженность, в результате чего возникают электрические разряды (молнии) (рис.87). Из облака выпадают ливневые осадки, т.к. восходящие потоки не в состоянии удержать на весу укрупненные капли. С началом выпадения осадков турбулентность в облаке достигает максимальной силы. Мощные восходящие потоки имеют скорость до 20-30м/с и более, нисходящие – до 15м/с. Указанные восходящие и нисходящие движения сопровождаются сильными порывами, скорость которых может достигать 12-14 м/с (для ВС опасность представляют порывы более 10м/с, а также частые порывы более 6м/с).

Рис.86. Мощно-кучевое облако Рис.87. Гроза в стадии максимального

развития облака

Сильная турбулентность наблюдается также вдоль края облака и внутри него в местах встречи восходящих и нисходящих потоков. Нисходящий поток вызван выпадающими осадками, которые охлаждают и увлекают вниз воздух в облаке. Завихрения, наблюдающиеся в облаке, а также сочетания мощных вертикальных потоков с большими и частыми порывами вызывают штормовую болтанку ВС, при которой полеты становятся чрезвычайно опасными (рис.88).

Особенно большой силы воздушные потоки достигают в верхней части кучево-дождевого облака. Здесь восходящие движения бывают настолько сильными, что вырывают из куполообразной грозовой вершины облачные элементы, которые образуют над этой вершиной наковальню. Она имеет вид волокнистой пелены и представляет собой особую разновидность перистой Ci и перисто-слоистой Cs облачности.

Рис.88. Схема воздушных потоков в кучево-дождевом облаке

Над куполообразной вершиной кучево-дождевых облаков, не имеющих наковальни или выступающих из наковальни, имеют место сильные восходящие потоки в слое 200-300м от облака.

Сильная турбулентность в этом случае наблюдается в слое 50-100м. В этой зоне ВС тянет вверх.

Над плоской наковальней в слое 200-300м наблюдается нисходящий поток, имеет место турбулентность, самолет в этом случае тянет вниз. Таким образом, ВС, пролетающий в непосредственной близости к наковальне может быть сильно брошен вверх или втянут в облако.

При подходе к облаку болтанка может появиться на удалении, равном диаметру облака, но наиболее сильная может встретиться на расстоянии до 1 км от него.

В грозовом облаке, в зоне отрицательных температур (от 0˚ и ниже) наблюдается сильное обледенение. Особенно интенсивным оно бывает в средней и верхней части грозового облака, куда сильными восходящими потоками забрасываются крупные переохлажденные водяные капли. Сильное обледенение наблюдается и в наковальне. В облаке может наблюдаться град, вес градин может достигать 400-500г, град встречается и в наковальне, а иногда и вне облаков.

Во второй стадии большую опасность представляют явления, наблюдаемые под грозовыми облаками. В передней части облака образуется вал из разорванных облаков, так называемый «шкваловый ворот». Он возникает на высоте 500-600м (может опускаться и до 50м) на границе восходящего потока в облаке и нисходящего вне облака. «Шкваловый ворот» имеет большую скорость вращения и является крайне опасным явлением. При высоких температурах, большой вдажности воздуха и сильной неустойчивости атмосферы конец «шквалового ворота» может опускаться до земли, образуя крутящийся вихрь – смерч (в Европе – тромб, в США – торнадо). Смерч обычно имеет диаметр около 100 м и большую скорость вращения - до 50-100 м/с. Перемещаясь со скоростью 20-30 км/час, он причиняет огромные разрушения на своем пути.

Вторая опасная зона под облаком находится между восходящими и нисходящими потоками воздуха. Это зона шквалов. Ширина ее не превышает 0,5 км. Ветер в зоне шквалов может достигать силы урагана – более 30 м/с.

Большую опасность представляют ливневые осадки и град, выпадающие из облака. Иногда град может достигать больших размеров.

Третья стадия – стадия разрушения является завершающей в жизни облака. Она наблюдается от начала распада кучево-дождевого облака. Дождь охватывает большую часть нижней половины облака, в результате чего в облаке преобладают нисходящие потоки, не превышающие 5-10 м/с. Обычно разрушение облака начинается с нижней части. Характерным признаком начала этого процесса является своеобразный вид нижней границы облака. Она становится вымеообразной (провисающей). В результате распада появляются слоисто-кучевые Sc, высоко-кучевые Ac и перистые Ci облака.

Поиск по сайту: