Билет №19 физические условия образования

1. Туман и дымка. Метео и синоптические условия их образования, классификация и влияние на работу авиации.

2. Карта барической топографии и карта тропопаузы. Сроки составления, содержание и назначение.

3. Предпосылки к авиа происшествиям по метеоусловиям.

1. Туманом называется помутнение воздуха в приземном слое, вызванное взвешенными в нем каплями воды, ледяными кристаллами или их смесью, при горизонтальной видимости менее 1км хотя бы в одном направлении.

Конденсация водяного пара в пограничном слое атмосферы, вызывающая образование тумана и дымки, низкой облачности, происходит вследствие двух основных процессов: охлаждения воздуха и испарения влаги с подстилающей поверхности или с капель дождя. Дополнительным процессом, влияющим на образование тумана, является деятельность человека, способствующая обогащению воздуха водяным паром (сгорание топлива в печах, котельных электростанций, автомобильных и авиационных двигателях).

В атмосфере постоянно происходит как испарение воды, так и переход воды из газообразного состояния в жидкое и твердое. Переход воды из газообразного состояния в жидкое называется конденсацией, а в твердое (минуя жидкую фазу) – сублимацией.

Для того, чтобы началась конденсация водяного пара, необходимо насыщение воздуха, которое возникает либо при понижении температуры, либо при дополнительном поступлении водяного пара. Если насыщение достигнуто, при дальнейшем понижении температуры возникает избыток водяного пара, который переходит в жидкое состояние. Конденсация начинается с образования комплексов молекул воды, увеличивающихся до размеров мельчайших капель. Образование капелек происходит на некоторых центрах, которые называются ядрами конденсации. В случае образования капелек без ядер конденсации, капли являются неустойчивыми, и молекулы разлетаются. Ядро конденсации, благодаря своей гидроскопичности, увеличивает устойчивость возникшего зародыша капельки. Для начальной стадии образования капелек воды при конденсации ядра конденсации играют большую роль. Если во влажном воздухе нет ядер конденсации, процесс перехода водяного пара в жидкую воду может происходить лишь при многократном пересыщении.

В атмосфере всегда есть ядра конденсации. Они представляют собой очень мелкие жидкие или твердые частички, взвешенные в воздухе. Наиболее мелкие частички имеют радиус порядка 10^-7-10^-5см, наиболее крупные 10^-4 см. Ядрами конденсации над морскими и прибрежными районами являются мельчайшие частички соли, в континентальных районах в качестве ядер конденсации преобладают жидкие и твердые частички, возникающие при сжигании топлива и органическом распаде, продукты выветривания почвы и горных пород.

При конденсации водяного пара образуются мельчайшие капельки воды размером около нескольких микрометров (мкм). Капли более крупного размера возникают за счет слияния мелких капель или в результате таяния ледяных кристаллов.

Физические условия образования туманов, в основном, заключаются в следующем. Для образования тумана необходимо увеличить общее влагосодержание воздуха и довести его до величины больше той, которая потребуется для насыщения при данной температуре, либо понизить температуру воздуха до температуры конденсации содержащегося в нем водяного пара. Увеличение влагосодержания индивидуальной массы воздуха может произойти за счет испарения воды с земной поверхности и испарения капель выпадающих осадков, или вследствие горизонтального и вертикального перемешивания воздуха.

Охлаждение воздуха вызывается следующими процессами:

а) потерей тепла вследствие эффективного излучения земной поверхности (радиационное охлаждение);

б) трансформационной потерей тепла при перемещении воздушной массы на более холодную подстилающую поверхность (адвективное охлаждение);

в) адиабатическим расширением воздуха при вынужденном подъеме по наветренным склонам возвышенностей и гор (адиабатическое охлаждение).

В зависимости от синоптических условий образования выделяют два типа туманов: внутримассовые и фронтальные.

В зависимости от основных физических процессов образования туманы можно классифицировать следующим образом:

1. Туманы охлаждения:

1) радиационные - поземные, низкие и высокие;

2) адвективные - адвекция теплой воздушной массы, снижение облаков, перемещение туманной массы;

3) адвективно-радиационные;

4) орографические (горных склонов, адиабатические).

Радиационные туманы появляются в ясные, тихие ночи, вследствие отдачи тепла подстилающей поверхностью и охлаждением ее и прилегающих к ней слоев воздуха. Толщина слоя воздуха, в котором образуется туман, колеблется от нескольких метров до нескольких десятков метров, а иногда до 100-200м. Наиболее низкая температура бывает у земной поверхности, поэтому здесь наибольшая плотность тумана, хуже видимость в нем. С высотой плотность тумана уменьшается, видимость улучшается. Радиационные туманы чаще всего образуются в холодную половину года в барических гребнях и центральных частях антициклонов. Они обычно возникают в низких местах (в поймах рек, над болотами, в котловинах и т.п.), куда стекается более холодный воздух. По этой причине площади, занятые радиационным туманом невелики.

В теплое время года, особенно летом, радиационные туманы бывают редко, поскольку ночи короткие и воздух не успевает достаточно охладиться. Сравнительно непродолжительные радиационные туманы в это время года образуются вследствие увлажнения вызванного дождем, и последующего радиационного охлаждения при безоблачной ночи. По мере прогрева подстилающей поверхности, особенно после восхода солнца и усиления ветра, радиационные туманы рассеиваются, иногда приподнимаются и образуют разорванно-слоистую облачность. Около четверти всех туманов рассеивается до восхода солнца, а три четверти – после восхода.

Радиационные туманы часто образуются в крупных городах с развитой индустрией. Здесь при сгорании топлива в атмосферу выбрасывается немало водяного пара, других ядер конденсации, что и создает благоприятные условия возникновения тумана.

Адвективные туманы возникают в относительно теплом и влажном воздухе, перемещающемся над холодной подстилающей поверхностью. Наиболее часто наблюдается у берегов морей в холодную половину года, в теплых секторах циклонов, когда теплый воздух поступает на поверхность, покрытую снегом. Для таких случаев характерна приземная инверсия, так как наибольшее охлаждение его происходит в приземном слое. Туман образуется вначале у земной поверхности и затем распространяется до верхней границы инверсии (иногда до 1,5-2км) и нередко сливается со слоистыми облаками. Адвективные туманы могут возникать в любое время суток. Скорость ветра при них обычно 3-7м/с, а в некоторых случаях 15-18м/с. Они занимают большие площади и могут удерживаться длительное время (иногда до нескольких суток), создавая серьезные помехи для работы авиации.

Адвективно-радиационные туманы образуются под влиянием двух факторов: перемещения теплого влажного воздуха на холодную земную поверхность и радиационного выхолаживания. Они также могут занимать большие площади и сохраняться длительное время.

Туманы склонов возникают над неровной земной поверхностью. При подъеме воздуха по склонам гор, его адиабатического расширения и охлаждения температура воздуха понижается до значений, при которых происходит насыщение водяного пара и формирование тумана. При этом до достижения уровня насыщения водяным паром (уровня конденсации) на каждые 100м подъема температура убывает на 0,98⁰С – сухоадиабатической градиент. После достижения насыщения водяным паром (выше уровня конденсации) изменение температуры происходит по влажноадиабатическому градиенту, который является переменным.

2. Туманы испарения:

-испарения (парения) водоемов - испарения (парения) морей, осенние (зимние) испарения (парения) рек, озер, а также испарения капель теплого дождя в холодном приземном слое;

-смешения (береговые);

-водяная пыль (водопадов, морского прибоя и п.т.).

Туманы испарения появляются в результате притока водяного пара за счет испарения и последующего охлаждения воздуха. Водная поверхность должна иметь температуру на 8-10⁰ выше, чем температура воздуха. Этот вид тумана часто возникает над незамерзающими водоемами, когда водная поверхность значительно теплее холодного воздуха.

Если туман образуется вследствие испарения с капель теплого дождя, выпадающего в более холодный воздух перед теплым фронтом или за холодным фронтом, то он называется фронтальным туманом. В случае небольшой разницы температур холодного воздуха и теплых капель дождя при значительной турбулентности в клине холодного воздуха под поверхностью теплого фронта возникают разорвано-слоистые облака.

Испарение с поверхности тающего снежного покрова в весенние солнечные дни и с увлажненной ливневыми дождями почвы в теплые летние дни играет существенную роль в образовании ночных туманов, иногда низких разорвано-слоистых и слоистых облаков.

3. Туманы, связанные с деятельностью человека:

-городские;

-морозные (поселковые печные, аэродромные);

-искусственные.

Дальность видимости в тумане зависит от размеров взвешенных частиц и их числа в единице объема, т.е. от водности тумана. Видимость в тумане может отклоняться от теоретически возможной в зависимости от сопутствующих явлений. Так отклонения в сторону большей видимости часто связаны с тем, что понижение температуры точки росы Т_d может быть обусловлено не только образованием тумана, но и выпадением росы (инея), сублимацией водяного пара на снежном покрове, турбулентным обменом с вышележащими слоями воздуха.

Отклонение в сторону меньшей видимости возможно тогда, когда имеются дополнительные источники увлажнения воздушной массы (выпадение теплого дождя вечером, поступление в атмосферу продуктов сгорания топлива).