Практическая работа 7

Практическая работа 7

Конденсация и сублимации. Облака. Снежный покров.

Конденсация – это переход воды из газообразного состояния в жидкое. При конденсации в атмосфере образуются мельчайшие капельки воды диаметром в несколько микрометров. Конденсация начинается тогда, когда воздух достигает насыщения, что чаще всего связано с его охлаждением. При температуре точки росы и достижении состояния насыщения, дальнейшее понижение температуры приводит к тому, что избыток водяного пара переходит в жидкое состояние. Охлаждение воздуха чаще всего происходит адиабатически, что связано с подъемом воздуха. Пока воздух не насыщен, он охлаждается на 1⁰С на каждые 100 метров подъема. Поэтому если воздух не очень далек от насыщения, ему достаточно подняться на несколько сот метров, чтобы в нем началась конденсация. Для определения возможной высоты уровня конденсации при подъеме в горах приблизительные расчеты проводят с учетом сухоадиабитического градиента.

В свободной атмосфере механизмы подъема воздуха различны – это могут быть турбулентные движения в виде неупорядоченных вихрей или восходящие токи конвекции. Подъем воздуха может происходить в гребнях атмосферных волн или вдоль атмосферных фронтов. В зависимости от механизма подъема в результате конденсации образуются различные типы облаков, высота нижней границы которых рассчитывается по следующим эмпирическим формулам:

• для слоистообразных облаков нижнего яруса (St, Ns)

H = 215 (t-t_d), H= 25 (102-f),

• для облаков вертикального развития:

H = 121 (t-t_d),

где t – температура воздуха, t_d – точка росы, f – относительная влажность воздуха.

Степень неравномерности в годовом распределении осадков можно охарактеризовать числовым индексом – показателем неравномерности (или показателем периодичности):

 = *100%,

где R – годовая сумма осадков, m_i - R/12 - сумма абсолютных величин разностей между количеством осадков каждого месяца и 1/12 частью годовой суммы осадков. При равномерном выпадении осадков по месяцам (морской, экваториальный тип годового хода осадков) показатель  минимален. Чем больше отличаются одна от другой месячные суммы осадков, тем больше должен быть . В муссонных областях и тропических пустынях он достигает 125%, В экваториальных областях  ниже 50%. В умеренной зоне по мере роста континентальности он возрастает от 25% до 100% и выше.

При конденсации водяного пара у поверхности земли образуются туманы. Для образования туманов необходимо охлаждение воздуха ниже точки росы настолько, чтобы сконденсировалось достаточное количество водяного пара, необходимое для создания определенной водности. При формировании туманов главной причиной охлаждения воздуха является не адиабатический подъем воздуха, а отдача тепла из воздуха земной поверхности.

Понижение температуры, необходимое для образования тумана рассчитывается по формуле:

= ₁+₂,

где ₁ – понижение температуры до точки росы, ₂- понижение температуры ниже точки росы, необходимое для создания тумана определенной водности.

₁ и ₂можно определить по формулам

₁ = 0,115Т(2-lg f), ₂= 19/е,

где  - водность тумана (г/м³), е – парциальное давление водяного пара (гПа) в вечерний срок.

Основными величинами, характеризующими снежный покров, являются его высота и плотность. Располагая данными о высоте и плотности снежного покрова, можно вычислить запасы воды в снежном покров. Для определения этих характеристик снежного покрова используют весовой снегомер, размеченный на сантиметровые деления. Плотность снега (d) определяется по формуле:

d = m/10h (г/см³),

где m - число делений по линейке, h -высота снeжного покрова.

Запасы влаги в снежном покрове (мм) вычисляются по формуле

a = dh 10,

где d - плотность снега, h -высота пробы снега, 10 - множитель для перевода сантиметров в миллиметры.

Измерение высоты снежного покрова осуществляется с помощью снегомерной рейки. Постоянная снегомерная рейка представляет собой деревянный брусок высотой до 2 м и шириной не менее 5 см, размеченный и раскрашенный на сантиметровые деления. При ежедневных наблюдениях в утренние часы берется отсчет по рейке с точностью до 1 см, всегда с одного и того же места на расстоянии не ближе чем 2 м от рейки.

Определение плотности снежного покрова с помощью весового снегомера состоит в измерении высоты снежного покрова и веса взятой пробы. Затем по полученным данным вычисляют плотность снега. Весовой снегомер состоит из полого металлического цилиндра высотой 60 см и площадью сечения 50 см² и весов типа безмен. Цилиндр погружают в снег заточенным краем до соприкосновения с почвой и отсчитывают высоту снежного покрова по шкале, нанесенной на цилиндре. Затем измеряют вес взятой пробы снега и рассчитывают его плотность.

Контрольные вопросы.

1. Что такое конденсация? Как происходит конденсация в атмосфере? Какие частицы являются ядрами конденсации в атмосфере, их размеры и происхождение.

2. Что такое облака и что такое туман? Какая разница между туманом и облаком?

3. Как подразделяются облака по фазовому состоянию?

4. Как подразделяются облака по высоте образования?

5. Охарактеризуйте основные роды облаков.

6. Дайте генетическую классификацию облаков.

7. Охарактеризуйте облачность холодного фронта.

8. Охарактеризуйте облачность теплого фронта.

9. Что называется продолжительностью солнечного сияния? Как ее определяют?

10. Что называется дымкой, туманом и мглой? Какие климатические разновидности смога бывают?

11. Каким образом подразделяются осадки в зависимости от условий их образования, как они подразделяются по размерам и форме?

12. Перечислите наземные метеоры. Как они образуются?

13. Дайте характеристику различным типам годового хода осадков.

14. Показатель неравномерности выпадения осадков. Изменчивость сумм осадков. Что такое засуха?

15. Каково климатическое значение снежного покрова?

16. Что называется снеговой линией. Как меняется высота снеговой линии в зависимости от широты и типа климата?

17. Что такое метель? Какие бывают метели?

Выполнить следующие задания.

1.Определить, возникнут ли условия для конденсации и формирования осадков при переваливании воздуха через горы высотой 1500 м, если у подножия этих гор температура воздуха 20⁰С и фактическое давление водяного пара 5,3гПа.

2.Воздух, имеющий температуру 15⁰ и относительную влажность 70%, переваливает через горы высотой 2000 м. На какой высоте начнется конденсация? Какова будет температура и относительная влажность воздуха на вершине хребта и за хребтом?

3. Определить высоту нижней границы St, если в 7 часов 50 минут в Воейково относительная влажность воздуха составляла 92%.

4. Определить высоту нижней границы Cu, если температура воздуха в 19 часов 20 минут в Москве составляет 19,0⁰С, а относительная влажность – 74%.

5. На основании анализа годового хода осадков в ряде пунктов Северного полушария, приведенных в таблице 7.1 и расчета показателя неравномерности выпадения осадков (показателя периодичности) указать тип годового хода осадков в каждом пункте (умеренный морской, умеренный континентальный, муссонный, средиземноморский, экваториальный). Объяснить процесс формирования каждого типа годового режима выпадения осадков, включенного в таблицу.

6. Вычислив коэффициент увлажнения для некоторых пунктов, данных в таблице 7.2, определить местоположение каждого из них в пределах той или иной природной зоны. Коэффициент увлажнения (по Н.Н.Иванову) определяется по формуле К = R/E, где К – коэффициент увлажнения, R – количество атмосферных осадков, мм E – испаряемость, мм

Согласно Н.Н.Иванову , коэффициент увлажнения для лесной зоны равен 1-1,5, лесостепи – 0,6-1,0, степи – 0,3-0,6, полупустыни – 0,1-0,3, пустыни – менее 0,1.

7. Определить плотность снега, если

• высота пробы снега 25 см, число делений по линейке весов 64;

• высота пробы снега 70 см, число делений по линейке весов 82;

• высота пробы снега 56 см, число делений по линейке весов72;

Определить запасы воды в снежном покрове, если

• плотность пробы снега 0,27, высота пробы снега 40 см,

• плотность пробы снега 0,34, высота пробы снега 74 см.

8. Вечером в ясную погоду при слабом ветре температура воздуха составляла 15⁰С, а относительная влажность 70%. К утру температура понизилась на 10⁰С. Возможно ли образование радиационного тумана? При каком знаке радиационного баланса и каком вертикальном распределении температуры в приземном слое атмосферы образуется радиационный туман?

9. Определить водность радиационного тумана, который образуется при условии, что вечером температура составляла 10,0С, относительная влажность 90% и ожидалось ночное охлаждение воздуха на 6,00С. В какое время года при одинаковом охлаждении воздуха водность образующегося тумана больше?

10. По атласу облаков дать описание основных типов облаков в соответствии с Международной классификацией облаков. Описание облаков представить в виде таблице, приведенной ниже (таблица 7.3).

Практическая работа 7

Таблица 7.1.Типы годового распределения осадков

Пункты	Месяцы												Год	Показатель периодичности	Тип годового хода осадков
	I	II	III	IV	V	VI	VII	VIII	IX	X	XI	XI
1	113	87	62	56	57	31	15	19	24	77	123	125	801
2	45	38	43	41	51	53	64	64	41	68	53	57	618
3	34	23	26	28	44	70	75	71	46	54	53	41	565
4	7	26	29	39	142	280	313	322	264	98	16	8	1544
5	269	217	245	283	272	225	165	219	219	374	409	333	3233
6	2	6	4	44	298	465	543	400	404	181	64	2	2512
7	37	35	39	36	52	66	82	74	58	53	49	39	620
8	145	102	106	156	280	160	143	208	244	253	260	248	2233
9	5	5	7	24	65	98	129	125	49	34	15	8	564
10	114	96	79	41	20	5	0	0	10	28	61	102	556

Таблица 7.2.Типы природных зон по коэффициенту увлажнения

Пункты	Осадки, мм	Испаряемость, Мм	Коэффициент увлажнения	Природная зона
1	520	610
2	110	1320
3	560	520
4	450	810
5	220	1100

Таблица 7.3.