Аэрологическая диаграмма

Широкое применение нашла аэрологическая диаграмма формы АДК – аэрологическая диаграмма в косоугольной системе координат (рис.104).

Рис. 104. Бланк аэрологической диаграммы: АБВГДЕЖЗ – кривая стратификации; абвгдежз – кривая точек росы; NMH – кривая состояния.

На бланке АДК изобары отпечатаны в виде горизонтальных линий коричневого цвета, а изотермы – коричневыми прямолинейными и параллельными между собой линиями, наклоненными к изобарам вправо. На бланке нанесены также сухие адиабаты (наклоненные влево линии коричневого цвета), иллюстрирующие изменение температуры, равное 1°С на 100 м высоты, при подъеме сухого или ненасыщенного воздуха, и влажные адиабаты, показывающие изменения температуры в поднимающемся насыщенном воздухе (зеленые штриховые линии). Приведены также изограммы, т. е. линии равных значений удельной влажности при состоянии насыщения (зеленые сплошные линии). Слева на вертикальной шкале указаны значения давления в гПа и высот стандартной атмосферы в километрах.

По данным зондирования атмосферы на бланках аэрологической диаграммы строятся кривые стратификации, точки росы и состояния. Кривая распределения фактической температуры воздуха по высотам называется кривой стратификации (на диаграммах она проводится красным цветом). При ее построении на горизонтальной оси находят значение температуры, соответствующее начальному уровню подъема, а на вертикальной – давление для того же уровня. На пересечении изотермы и изобары ставят точку и проставляют значение высоты в метрах. Остальные точки подъема наносятся по температуре и давлению аналогично. Кривая точки росы (прерывистая черная линия) строится подобно кривой стратификации и характеризует изменение удельной влажности с высотой.

Кривая состояния характеризует изменение температуры частицы воздуха, если она поднимается до уровня конденсации по сухоадиабатическому закону, а выше – по влажноадиабатическому. Конденсация начинается при достижении водяным паром состояния насыщения. Это происходит за счет увеличения общего влагосодержания воздуха или понижения температуры. Температура воздушной частицы при ее подъеме понижается (внутренняя энергия затрачивается на работу расширения против сил давления), и, наоборот, при опускании частица сжимается (ее внутренняя энергия увеличивается). Из этого следует, что при подъеме объема воздуха температура его понижается, а при опускании (нисходящем движении) растет. Эти процессы играют важную роль в образовании и развитии облаков кучевых форм.

Кривая состояния характеризует адиабатическое изменение температуры в поднимающемся объеме воздуха. При построении этой кривой исходят из предположения, что до уровня конденсации поднимается ненасыщенный воздух, температура в нем понижается на 1°С на каждые 100 м. Следовательно, до уровня конденсации кривая состояния совпадает с сухой адиабатой, а за уровень конденсации на диаграмме принимается точка, где пересекаются сухая адиабата (начальный отрезок кривой состояния) с изограммой (соответствует точке росы на уровне начала подъема).

Выше уровня конденсации изменение температуры в поднимающемся воздухе будет происходить влажноадиабатически. Следовательно, второй отрезок кривой состояния пойдет параллельно влажной адиабате в виде плавной кривой (проводится простым карандашом) линии МН.

По данным зондирования атмосферы можно рассчитывать фактический градиент температуры, характеризующий изменение температуры с высотой. В отличие от адиабатических градиентов он может иметь различные значения. Для определения вертикального градиента в каком-либо слое разность температур на верхней и нижней границе слоя делят на его толщину. Так, например, если на высоте 1480 м (давление 850 гПа) температура воздуха 13,6° С, а на высоте 3080 м (давление соответственно 700 гПа) температура 0,8° С, то вертикальный градиент в этом слое равен 0,8° С на 100 м.

С помощью аэрологической диаграммы можно определить равновесное состояние атмосферы.

Энергия неустойчивости – это потенциальная энергия атмосферы, определяемая распределением температуры воздуха с высотой. От ее наличия и величины зависит характер вертикальной устойчивости атмосферы. Энергия неустойчивости положительна, если воздух может самостоятельно подниматься вверх (кривая состояния располагается правее кривой стратификации) – неустойчивое равновесие. Энергия неустойчивости отрицательна, если вертикальные движения не развиваются (кривая состояния располагается левее кривой стратификации) – устойчивое равновесие.

На аэрологической диаграмме площадь между кривой состояния и кривой стратификации в случае положительной энергии неустойчивости закрашивается красным цветом, при отрицательной – синим. Чем больше эта площадь, тем больше неустойчивость или устойчивость атмосферы.

Увеличение влагосодержания воздуха увеличивает его неустойчивость. Для определения метеорологических условий дня нужно оценить сначала синоптическую обстановку. Если прохождение фронтов не ожидается, а погоду обусловливает антициклон или его гребень, то следует перейти к оценке устойчивости атмосферы. Можно определить состояние погоды на период максимального прогрева. В первую очередь нужно спрогнозировать максимальную температуру дня. Для этого есть несколько методов. Один из простейших, например для европейской территории, найти максимальную температуру воздуха по температуре на поверхности, соответствующей давлению 850 гПа. Можно считать, что Т_max = Т ₈₅₀ + 14 °С. На рис. 18 Т ₈₅₀= 13,6 °C. Тогда, Т_max = 13,6 °C + 14 °C = 27,6 °C.

Точку росы следует брать по данным наблюдений за 7–8 ч утра. По данным радиозондирования в утренние часы строится кривая состояния для периода максимального прогрева. Для этого от максимальной температуры на уровне, где давление равно приземному, следует провести линию, параллельную сухой адиабате (эта кривая означает, что в сухом поднимающемся воздухе температура понижается на 1°С на каждые 100 м высоты), а от точки росы у земли – параллельно изограмме (см. рис. 17). Уровень, где пересекутся эти линии, и будет уровнем конденсации. Если точка пересечения лежит левее кривой стратификации на 3–4°С и более, можно считать, что конвективные облака развиваться не будут. Объясняется это тем, что температура поднимающегося объема воздуха растет и становится равной температуре окружающего слоя на уровне, где пересекаются кривые состояния и стратификации, и дальше воздух не поднимается. Облачности в этом случае не должно быть, а термики разовьются до высоты, где пересекаются кривые состояния и стратификации. Хороший прогрев подстилающей поверхности позволяет иногда термикам достигать высоты 2000 м и более при скорости подъема восходящих потоков более 5 м/с.

Для формирования кучево-дождевых облаков с ливнями и грозами в атмосфере необходим очень большой запас влаги. Если над вершинами кучевых облаков воздух очень сухой, то даже при больших вертикальных скоростях восходящих потоков облако вверх почти не растет. Суммарный дефицит точки росы (разность температуры и точки росы) на главных изобарических поверхностях в слое, где формируется кучевая облачность – 850, 700 и 500 гПа (1,5; 3; 5,5 км соответственно), – одна из величин, по которой можно судить о влажности атмосферы. Если суммарный дефицит превышает 25°С, т.е. воздух очень сухой, то конвекция обычно не приводит к формированию мощной конвективной облачности и выпадению осадков.

О возможности осадков можно судить и по высоте основания облаков. Если разность фактической температуры и точки росы у земли в период максимального прогрева больше 20°С, то уровень конденсации (т. е. нижняя граница облаков) лежит выше 2,5 км. Как правило, осадки из таких высоких облаков не достигают земли. Если над облаками есть задерживающий слой (инверсия или изотермия) и влажность на его границе значительна, а внутри слоя растет с высотой, то испарение с верхней границы облаков мало и они растекаются по горизонтали, постепенно превращаясь в слоисто-кучевые. Количество их может достигать 9–10 баллов. Это уменьшает прогрев. Так происходит чаще всего, если на нижней границе задерживающего слоя дефицит точки росы равен 1,5–3,0 ° С.

Если на нижней границе задерживающего слоя дефицит точки росы равен 5°С и более, а в слое инверсии он увеличивается с высотой, то с верхней границы облаков происходит интенсивное испарение, явного растекания их вершин в стороны нет.

Когда вертикальная мощность неустойчивого слоя невелика, а дефицит точки росы превышает 5°С, кучевая облачность имеет вид блинчиков.

С помощью аэрологической диаграммы также можно определить значение виртуальной температуры. Для определения Т_V на уровнях 900, 720 и 520 гПа даны (зелёными точками) шкалы виртуальных поправок (∆ Т_V) для насыщенного воздуха. Чтобы найти ∆ Т_V для частицы на уровне Р, имеющей температуру Т и точку росы Т_d, необходимо по изограмме, проходящей через точку Т_d, сместиться вверх или вниз до ближайшей шкалы ∆ Т_V, где и отсчитать искомую величину. Значение виртуальной температуры определяется как Т_V = T + ∆ Т_V.

Вопросы для самопроверки:

1. Что такое аэрологическая диаграмма и как она используется для прогнозирования погоды?

2. Что называется сухой (влажной) адиабатой?

3. Что называется кривой состояния?

4. Что называется кривой стратификации?

5. Как с помощью аэрологической диаграммы рассчитывается фактический градиент температуры?

6. Что называется энергией неустойчивости?

7. Каким образом с помощью аэрологической диаграммы определяют виртуальную температуру?

Поиск по сайту: