Как известно, многие из отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспортные службы очень сильно зависят от оперативности, своевременности и надежности прогнозов федеральной метеорологической службы. Заблаговременное оповещение об опасных и особо опасных явлениях погоды, своевременность подачи штормовых предупреждений – всё это необходимые условия для успешной и безопасной работы многих отраслей хозяйства и транспорта. Так, например, долгосрочные метеорологические прогнозы имеют решающий вес при организации сельхоз производств.
Одним из самых важных параметров, определяющих возможность прогнозирования опасных погодных условий, является такой показатель, как высота нижней границы облаков.
В метеорологии, высота облаков - это высота нижней границы облаков над поверхностью земли.
Для понимания важности проведения исследований по определению высоты облаков, следует упомянуть тот факт, что облака могут быть разных типов. Для различных типов облаков высота их нижней границы может варьироваться в некоторых пределах, причем, выявлено среднее значение высоты облаков.
Итак, облака могут быть:
Слоистые облака (средняя высота 623 м.)
Дождевые облака (средняя высота 1527 м.)
Кучевые (вершина) (1855)
Кучевые (основание) (1386)
Грозовые (вершина) (средняя высота 2848 м.)
Грозовые (основание) (средняя высота 1405 м.)
Ложные перистые (средняя высота 3897 м.)
Слоисто-кучевые (средняя высота 2331 м.)
Высокие кучевые (ниже 4000 м.) (средняя высота 2771 м.)
Высокие кучевые (выше 4000 м.) (средняя высота 5586 м.)
Перисто-кучевые (средняя высота 6465 м.)
Низкие перисто-слоистые (средняя высота 5198 м.)
Высокие перисто-кучевые (средняя высота 9254 м.)
Перистые (средняя высота 8878 м.)
Как правило, измеряют высоту облаков нижнего и среднего ярусов, не превышающую 2500 м. При этом, определяют высоту самых нижних облаков из всего их массива. При тумане, считают, что высота облаков равна нулю, и, в данном случае, в аэропортах измеряется “вертикальная видимость”.
Для определения высоты нижней границы облаков используется метод светолокации. В России, для этих целей выпускается измеритель , в котором в качестве источника импульсов и света используется импульсная лампа.
Высота нижней границы облаков методом светолокации с использованием ДВО-2 определяется при помощи замера времени, которое требуется световому импульсу для прохождения пути от излучателя света до облака и обратно, а также преобразования полученного значения времени в пропорциональное ему значение высоты облаков. Таким образом, световой импульс посылается излучателем и, после отражения, принимается приемником. При этом, излучатель и приемник должны быть расположены в непосредственной близости друг от друга.
Конструктивно измеритель ДВО-2 представляет собой комплекс из нескольких отдельных приборов:
Передатчика и приёмника,
Линий связи,
Блока измерительного,
Пульта дистанционного.
Измеритель высоты облаков ДВО-2 может работать автономно с блоком измерительным, в комплекте с дистанционным пультом и в составе автоматизированных метеорологических станций.
Передатчик состоит из импульсной лампы, питающих её конденсаторов и параболического отражателя. Отражатель вместе с лампой и конденсаторами установливается в кардановом подвесе, заключенном в корпусе с открывающейся крышкой.
Приемник состоит из параболического зеркала, фотоприемника, фотоусилителя, также установленных в кардановом подвесе и находящихся в корпусе с открывающейся крышкой.
Передатчик и приемник должны быть размещены вблизи основного пункта наблюдений. На взлетно-посадочных полосах, передатчик и приемник устанавливаются на ближайших приводных радиомаяках с обоих концов полосы.
Блок измерительный, предназначающийся для сбора и обработки информации, состоит из измерительной платы, высоковольтного блока и блока питания.
Пульт дистанционный включает плату клавиатуры и индикации и плату управления.
Сигнал от приемника по двухпроводной потенциально развязанной линии связи с однополярными сигналами и номинальным током(20±5)мА передается в измерительный блок, а оттуда - в пульт дистанционный. В зависимости от комплектации, вместо пульта дистанционного для обработки и отображения на дисплее оператора сигнал может передаваться на центральную систему метеостанции.
Измеритель высоты облаков ДВО-2 может работать или непрерывно или по мере необходимости. Пульт дистанционный имеет последовательный интерфейс RS-232, предназначающийся для работы с компьютером. Информация от измерителей ДВО-2 может передаваться по линии связи на дистанции до 8 км.
Обработка результатов измерения на измерительном блоке ДВО-2 включает:
Осреднение результатов по 8-ми измеренным значениям;
Исключение из числа замеров тех результатов, в которых наблюдается кратковременное пропадание отраженного сигнала. Т.е. исключение фактора «разрыва в облаках»;
Выдачу сигнала об «отсутствии облаков» в случае, если среди 15 проведенных наблюдений не набирается 8 значимых;
Исключение так называемых местников - ложных сигналов отражения.
Облака представляют собой видимую совокупность взвешенных капель воды или кристаллов льда па некоторой высоте над земной поверхностью. Наблюдения над облачностью включают определение количества облаков. их формы и высоты нижней границы над уровнем станции.
Количество облаков оценивается по десятибалльной шкале, при этом различают три состояния неба: ясное (0... 2 балла), и пасмурное (3... 7 баллов) н пасмурное (8... 10 баллов).
При всем разнообразии внешнего вида выделяют 10 основных форм облаков. которые в зависимости от высоты разделяют на ярусы. В верхнем ярусе (выше б км) располагаются три формы облаков: перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые. Более плотные на вид высоко-кучевые и высоко-слоистые облака, основания которых находятся на высоте 2... б км, относятся к среднему ярусу, а слоисто-кучевые.,слоистые и слоисто-дождевые - к нижнему ярусу. В нижнем ярусе (ниже 2 км) располагаются также основания кучевых ее кучево-дождевых облаков. Эта облака занимает по вертикали несколько ярусов и составляют отдельную группу облаков вертикального развития.
Обычно производится двойная оценка облачности: вначале определяется общая облачность и принимаются в расчет все облака- видимые ха небесном своде, затем - нижняя облачность, где учитываются только облака нижнего яруса (слоистые, слоисто-кучевые. слоисто-дождевые) и облака вертикального развития.
Определяющую роль в формировании облачности играет циркуляция. В результате циклонической деятельности и переноса воздушных масс с Атлантики облачность в Ленинграде значительна в течение всего года и особенно в осенне-зимний период. Частое прохождение циклонов в это время, а вместе с ними и фронтов, вызывает, как правило, значительное увеличение нижней облачности, снижение высоты нижней границы облаков и частое выпадение осадков. В ноябре ее декабре количество облачности наибольшее в году и составляет в среднем многолетнем 8,6 баллов по общей и 7,8... 7,9 баллов по нижней облачности (табл. 60). Начиная с января облачность (общая и нижняя) постепенно уменьшается, достигая наименьших значений в мае-июне. Но даме в эта время небо в среднем более чем наполовину закрыто облаками разных форм (6.1... 6,2 балла по общей облачности). Доля облаков нижнего яруса в обшей облачности велика в течении всего года и имеет четко выраженный годовой ход (табл. 61). В теплое полугодие она уменьшается, а зимой, когда особенно велика повторяемость облаков слоистых форм, доля нижней облачности возрастает.
Суточный ход обшей и нижней облачности зимой выражен довольно слабо. Более отчетлив ох в теплый период года. В это время отмечается два максимума: основной-в послеполуденные часы, обусловленный развитием конвективных облаков, и менее выраженный - в ранние утренние часы, когда под влиянием радиационного охлаждения образуются облака слоистых форм (см. табл. 45 приложения).
В Ленинграде преобладает в течение всего года пасмурная погода. Повторяемость ее по общей облачности составляет в холодный период 75... 85 %, а в теплый -50... 60% (см. табл. 46 приложения). По нижней облачности пасмурное состояние небе наблюдается также достаточно часто (70... 75 %) и только к лету уменьшается до 30%.
Об устойчивости пасмурной погоды позволяет судить число пасмурных дней, в течение которых преобладает облачность 8... 10 баллов. В Ленинграде за год таких дней отмечается 171 по общей и 109-по нижней облачности (см. табл. 47 приложения). В зависимости от характера атмосферной циркуляции число пасмурных дней изменяется в очень широких пределах.
Так, в 1942 г. по нижней облачности их было почти в два раза меньше, а в 1962 г. в полтора раза больше среднего значения.
Больше всего пасмурных дней в ноябре и декабре (22-по обшей облачности и 19-по нижней). В теплый период число их резко уменьшается до 2... 4 за месяц, хо в отдельные годы даже по нижней облачности в летние месяцы бывает до 10 пасмурных дней (июнь 1953 г., август 1964 г.).
Ясная погода осенью и зимой в Ленинграде-явление Редкое. Обычно устанавливается она при вторжении воздушных масс с Арктики и за месяц бывает только 1... 2 ясных дня. Лишь весной и летом повторяемость ясного неба увеличивается до 30 % по общей облачности.
Значительно чаще (50% случаев) такое состояние неба наблюдается по нижней облачности, а ясных дней летом может быть в среднем до девяти в месяц. В апреле 1939 г. их было даже 23.
Для теплого периода также характерно полуясное состояние неба (20... 25%) как по обшей облачности, так и по нижней за счет наличия днем конвективных облаков.
О степени изменчивости числа ясных и пасмурных дней, а также повторяемости ясного и пасмурного состояния неба можно судить по средним квадратическим отклонениям, которые приведены в табл. 46, 47 приложения.
Облака различных форм оказывают не одинаковое влияние на приход солнечной радиации, продолжительность солнечного сияния и соответственно на температуру воздуха и почвы.
Для Ленинграда в осенне-зимний период характерно сплошное покрытие неба облаками нижнего яруса слоисто-кучевых и слоисто-дождевых форм (см. табл. 48 приложения). Высоте их нижнего основания находится обычно на уровне 600... 700 м и около 400 м над поверхностью земли соответственно (см. табл. 49 приложения). Под ними на высотах около 300 м могут располагаться клочья разорванных облаков. Зимой часты и самые низкие (высотой 200... 300 м) слоистые облака, повторяемость которых в это время наибольшая в году 8... 13%.
В теплый период нередко формируются облака кучевых форм с высотой основания 500... 700 м. Наряду со слоисто-кучевыми облаками характерными становятся кучевые и кучево-дождевые, а наличие больших просветов в облаках этих форм позволяет видеть облака среднего и верхнего ярусов. В результате чего повторяемость высоко-кучевых и перистых облаков летом более чем в два раза превышает повторяемость их в зимние месяцы и достигает 40... 43%.
Повторяемость отдельных форм облаков изменяется не только в течение года, но и в течение суток. Особенно значительны изменения в теплый период для кучевых и кучево-дождевых облаков. Наибольшего развития они достигают, как правило, в дневные часы и повторяемость их в это время максимальная за сутки. Вечером облака кучевых форм рассеиваются, и в ночные и утренние часы охи наблюдаются редко. Повторяемость преобладающих форм облаков от срока к сроку в холодный период меняется незначительно.
6.2. Видимость
Дальность видимости реальных объектов-это то расстояние, на котором видимый контраст между объектом и фоном становятся равным пороговому контрасту человеческого глаза; она зависит от характеристик объекта и фона, освещенности прозрачности атмосферы. Метеорологическая дальность видимости является одной из характеристик прозрачности атмосферы, она связана с другими оптическими характеристиками.
Метеорологической дальностью видимости (МДВ) Sm называется то наибольшее расстояние, с которого в светлое время суток можно различить невооруженным глазок на фоне неба у горизонта (пли на фоне воздушной дымки) абсолютно черный объект достаточно больших угловых размеров (более 15 угловым минут), в ночное время - наибольшее расстояние, па котором аналогичный объект можно было бы обнаружить при повышении освещенности до уровня дневной. Именно эту величину, выраженную в километрах или метрах, определяют ив метеостанциях либо визуально, либо с помощью специальных приборов.
При отсутствии метеорологических явлений, ухудшающих видимость, МДВ составляет не менее 10 км. Дымка, туман, метель, осадки и другие метеорологические явления уменьшают метеорологическую дальность видимости. Так, в тумане она менее одного километра, в сильных снегопадам - сотни метров, при метелях может быть меньше 100 м.
Снижение МДВ отрицательно впаяет на работу всех видов транспорта, затрудняет морскую и речную навигацию, осложняет роботы в порту. Для взлета и посадки самолетов МДВ не должна быть ниже установленных предельных значений (минимумов).
Опасна пониженная МДВ для автомобильного транспорта: при видимости менее одного километра аварий автотранспорта бывает в средней в два с половиной раза больше, чем в дни с хорошей видимостью. Кроме того, при ухудшении видимости существенно снижается скорость автомобилей.
Понижение видимости сказывается также на условиях работы промышленных предприятий и строек, особенно имеющих сеть подъездных путей.
Плохая видимость ограничивает возможность обзора города и окрестностей для туристов.
МДВ в Ленинграде имеет хорошо выраженный годовой ход. Наиболее прозрачна атмосфера с мая по август: в этот период повторяемость хорошей видимости (10 км и более) составляет около 90 %, а доля наблюдений с видимостью менее 4 км не превышает одного процента (рис. 37). Эта связано с уменьшением в теплый сезон повторяемости явлений, ухудшающих видимость, а также с более интенсивной, чем в холодный период, турбулентностью, способствующей переносу различных примесей в более высокие слои воздуха.
Наихудшая видимость в городе отмечается зимой (декабрь-февраль), когда лишь около половины наблюдений приходится на хорошую видимость, а повторяемость видимости менее 4 км возрастает до 11 %. В этот сезон велика повторяемость атмосферных явлений, ухудшающих видимость - дымок и осадков, нередки случаи инверсионного распределения температуры. способствующего накоплению различных примесей о приземном слое.
Переходные сезоны занимают промежуточное положение, что хорошо иллюстрируется графиком (рис.37). Весной и осенью особенно возрастает по сравнению с летом повторяемость более низкой градации видимости (4... 10 км), что связано с увеличением числа случаев с дымкой в городе.
Ухудшение видимости до значений менее 4 км в зависимости от атмосферных явлений показано в табл. 62. В январе наиболее часто такое ухудшение видимости происходит за счет дымки, летом - в осадках, а весной и осенью в осадках, дымке и тумане. Ухудшение видимости в указанных пределах вследствие наличия других явлений встречается гораздо реже.
Зимой наблюдается четкий суточный ход МДВ. Хорошая видимость (Sm , 10 км и более) имеет наибольшую повторяемость вечером и ночью, наименьшую - днем. Аналогичен ход видимости менее четырех километров. Дальность видимости 4... 10 км имеет обратный суточный ход с максимумом в дневные часы. Это можно объяснить повышением в дневные часы концентрации замутняющих воздух частиц, выбрасываемых в атмосферу промышленными и энергетическими предприятиями, городским транспортом. В переходные сезоны суточный ход выражен слабее. Повышенная повторяемость ухудшений видимости (менее 10 км) сдвигается на утренние часы. Летом суточный ход МДВ почта не прослеживается.
Сравнение данных наблюдений в крупных городах и в сельской местности показывает, что в городах прозрачность атмосферы снижена. Это вызвано большим количеством выбросов продуктов загрязнения на их территории, пылью, поднимаемой городским транспортом.
6.3. Туман и дымка
Туман - совокупность взвешенных в воздухе капель воды или кристаллов льда, ухудшающих видимость до значений менее 1 км.
Туман в городе относится к числу опасных атмосферных явлений. Ухудшение видимости при туманах в значительной степени затрудняет нормальную работу всех видов транспорта. Кроме того, близкая к 100% относительная влажность воздуха в туманах способствует усилению коррозии металлов и металлоконструкций и старению лакокрасочных покрытий. В каплях воды, образующих туман, растворяются вредные примеси, выбрасываемые промышленными предприятиями. Осаждаясь затем на стенах зданий и сооружений, они сильно загрязняют их и сокращают срок службы. Из-за большой влажности и насыщенности вредными примесями городские туманы представляют определенную опасность для здоровья людей.
Туманы в Ленинграде определяются особенностями атмосферной циркуляции Северо-Запада Европейской территории Союза, в первую очередь, развитием циклонической деятельности в течение всего года, но особенно в холодный период. При перемещении относительно теплого и влажного морского воздуха с Атлантики на более холодную подстилающую поверхность суши и его охлаждении образуются адвективные туманы. Кроме того, возможно возникновение в Ленинграде радиационных туманов местного происхождения, связанных с охлаждением слоя воздуха от земной поверхности в ночные часы при ясной погоде. Другие виды туманов, как правило, являются частными случаями этих двух основных.
В Ленинграде отмечается в среднем за год 29 дней с туманами (табл. 63). В отдельные годы в зависимости от особенностей атмосферной циркуляции число дней с туманом может значительно отличаться от среднего многолетнего. За период с 1938 по 1976 г. наибольшее числа дней с туманом за год было равно 53 (1939 г.), а наименьшее-10 (1973 г.). Изменчивость числа дней с туманом в отдельные месяцы представлена средним квадратическим отклонением, значения которого лежат в пределах от 0,68 дней в июле до 2,8 дней в марте. Наиболее благоприятные условия для развития туманов в Ленинграде создаются в холодный период (с октября по март), совпадающий с периодом усиления циклонической деятельности,
на который приходится 72 %о годового числа дней с туманом. В это время за месяц отмечается в среднем 3... 4 дня с туманом. Как правило, преобладают туманы адвективные, благодаря интенсивному и частоту выносу теплого влажного воздуха западными и того-западными потоками на холодную поверхность суши. Число дней за холодный период с адвективными туманами, по данным Г. И. Осиповой , составляет около 60 % их общего числа в этот период.
Гораздо реже туманы в Ленинграде образуются в теплое полугодие. Число дней с ними за месяц изменяется от 0,5 в июне, июле до 3 в сентябре, а в 60... 70 %о лет в ионе, июле туманы совсем не наблюдаются (табл. 64). Нo в то же время бывают годы, когда в августе наблюдается до 5... 6 дней с туманом.
Для теплого периода, в отличие от холодного, наиболее характерными являются радиационные туманы. На них приходится около 65 %о дней с туманами за теплый период, и образуются они обычно в устойчивых воздушных массах при тихой погоде или слабом ветре. Как правило, летние радиационные туманы в Ленинграде возникают ночью или перед восходом солнца, днем такой туман быстро рассеивается.
Самое большое число дней с туманом за месяц, равное 11, наблюдалось в сентябре 1938 г. Однако даже в любой месяц холодного периода, когда туманы отмечаются наиболее часто, омы бывают не каждый год. В декабре, например, они не наблюдаются примерно один раз в 10 лет, а в феврале - один раз в 7 лет.
Средняя суммарная продолжительность туманов в Ленин-граде за год составляет 107 ч. В холодный период туманы не только более часты, чем в теплый, но и более длительны. Суммарная продолжительность их, равная 80 ч, в три раза больше, чем в теплое полугодие. В годовом ходе наибольшую продолжи-тельность туманы имеют в декабре (18 ч), а наименьшая (0,7ч) отмечается в нюне (табл. 65).
Продолжительность туманов в день с туманом, характеризующая их устойчивость, в холодный период также несколько больше, чем в теплый (табл. 65), а в среднем за год она составляет 3,7 ч.
Непрерывная продолжительность туманов (средняя и наибольшая) в различные месяцы приведена в табл. 66.
Суточный ход продолжительности туманов во все месяцы года выражен довольно четко: продолжительности туманов второй половины ночи и первой половины дня больше продолжи-тельности туманов остальной часта суток. В холодное полугодие туманы чаще всего (35 ч) отмечаются с 6 до 12ч (табл. 67), а в теплое- после полуночи и наибольшего развитии достигают в предрассветные часы. Наибольшая продолжительность их (14 ч) приходится на ночные часы.
Существенное влияние на образование и особенно на сохранение тумана в Ленинграде оказывает отсутствие ветра. Усиление ветра приводит к рассеянию тумана или переходу его в низкие облака.
В большинстве случаев образование адвективных туманов в Ленинграде, как в холодное, так и в теплое полугодие, вызвана поступлением воздушных масс с западным потоком. Менее вероятно возникновение тумана при северном и северо-восточном ветре.
Повторяемость туманов и их продолжительность обладают большой изменчивостью в пространстве. Помимо погодных условий на ох образование оказывает влияние такие характер подстилающей поверхности, рельеф, близость водоема. даже в пределах Ленинграда в разных его районах число дней с туманом не одинаково. Если в центральной части города число дней с п--ханом за год составляет 29, то на ст. Невская, расположенной вблизи Невской губы, их число увеличивается до 39. В пересеченной возвышенной местности пригородов Карельского перешейка, особенно благоприятной для образования туманов число дней с туманом в 2... 2,5 разе больше, чем в городе.
Дымка в Ленинграде наблюдается значительно чаще, чем туман. Она отмечается в среднем за год каждый второй день (табл. 68) и может быть не только продолжением тумана при его рассеянии, но и возникать как самостоятельное атмосферное явление. Горизонтальная видимость при дымке в зависимости от ее интенсивности составляет от 1 до 10 км. Условия для образования дымки такие же. как и для туман,. поэтому чаше всего она возникает в холодное полугодие (62 % общего числа дней с дымкой). Ежемесячно в это время может быть 17... 21 день с дамкой, что превышает число дней с туманом в пять раз. Меньше всего дней с дымкой в мае-июле, когда число дней с ними не превышает 7... 9. В Ленинграде дней с дымкой отмечается больше, чем в прибрежной полосе (Лисий Нос, Ломоносов), и почти столько же, сколько в возвышенных пригородных районах, удаленных от залива (Воейково, Пушкин и др.) (табл. б8).
Продолжительность дымки в Ленинграде довольно большая. Ее суммарная длительность за год составляет 1897 ч (табл. 69) и в зависимости от времени года значительно меняется. В холодный период продолжительность дымки в 2,4 раза больше, чем в теплый, и составляет 1334 ч. Больше всего часов с дымкой в ноябре (261 ч), а меньше всего-в мае-июле (52... 65ч).
6.4. Гололедно-изморозевые отложения.
Частые туманы и выпадение жидких осадков в холодный период года способствуют появлению отложений льда на деталях сооружений, телевизионных и радиомачтах, на ветвях и стволах деревьев и т. д.
Отложения льда различаются по своей структуре и внешнему виду, но практически выделяют такие виды обледенения, как гололед, изморозь, отложение мокрого снега и сложное отложение. Каждое из них при любой интенсивности существенно осложняет работу многих отраслей городского хозяйства (энергосистем и линий связи, садово-паркового хозяйства, авиации, железнодорожного и автомобильного транспорта), а при значительных размерах относится к числу опасных атмосферных явлений.
Исследование синоптических условий образования обледенений на Северо-Западе Европейской территории СССР, в том числе и в Ленинграде , показало, что гололед и сложное отложение имеют в основном фронтальное происхождение и наиболее часто связаны с теплыми фронтами. Образование гололеда возможно и в однородной воздушной массе, но случается это редко и процесс обледенения здесь протекает обычно медленно. В отличие от гололеда изморозь является, как правило, внутримассовым образованием, которое возникает чаще всего в антициклонах.
Наблюдения над обледенением ведутся в Ленинграде визуально с 1936 г. Кроме них, с 1953 г. проводятся наблюдения за гололедно-изморозевыми отложениями на проводе гололедного станка. Помимо определения вида обледенений эти наблюдения включают измерение размера и массы отложений, а также определение стадий роста, устойчивого состояния и разрушения отложений от момента их появления на гололедном станке до полного исчезновения.
Обледенение проводов в Ленинграде происходит в период с октября по апрель. Даты образования и разрушения обледенения для различных видов указаны в табл. 70.
За сезон в городе бывает в среднем 31 день с обледенением всех видов (см. табл. 50 приложения). Однако в сезон 1959-60 г. число дней с отложениями почти в два раза превысило среднее многолетнее значение и было наибольшим (57) за весь период инструментальных наблюдений (1963-1977 гг.). Были и такие сезоны, когда гололедно-изморозевые явления отмечались сравнительно редко, по ]б... 17 днем за сезон (1964-65, 1969-70, 1970-71 гг.).
Чаще всего обледенение проводов происходит в декабре-феврале с максимумом а январе (10,4 дня). В эти месяцы обледенение бывает почти ежегодно.
Из всех видов обледенения в Ленинграде наиболее часто отмечается кристаллическая изморозь. В среднем за сезон с кристаллической изморозью бывает 18 дней, но в сезон 1955-56 г. число дней с изморозью достигло 41. Значительно реже, чем кристаллическая изморозь, наблюдается гололед. На него приходится всего восемь дней за сезон и лишь в сезоне 1971-72 г. отмечено 15 дней с гололедом. Остальные виды обледенения встречаются сравнительно редко.
Обычно обледенение проводов в Ленинграде продолжается менее суток и лишь в 5 °/о случаев длительность обледенения превышает двое суток (табл. 71). Дольше других отложений (в среднем 37 ч) на проводах удерживается сложное отложение (табл. 72). Длительность гололеда обычно составляет 9 ч,но в декабре 1960 r. гололед наблюдался непрерывно в течение 56 ч. Процесс нарастания гололеда в Ленинграде длится в сред-нем около 4 ч. Самая большая непрерывная продолжительность сложного отложения (161 ч) отмечена в январе 1960 г., а кристаллической изморози - в январе 1968 г. (326 ч) .
Степень опасности обледенения характеризуется не только частотой повторения гололедно-изморозевых отложений и дли-тельностью их воздействия, но и величиной отложения, под которой понимаются размеры отложения по диаметру (большому в малому) и масса. С увеличением размеров и массы отложений льда растет нагрузка на различного рода сооружения, а при проектировании воздушных линий электропередачи и связи, как известно, гололедная нагрузка является основной и занижение ее приводят к частым авариям на линиях. В Ленинграде, по данным наблюдений на гололедном станке, размеры п масса гололедно-изморозевых отложений обычно небольшие. Во всех случаях в центральной части города диаметр гололеда не превышал 9 мм с учетом диаметра провода, кристаллической изморози - 49 мм, . сложного отложения - 19 мм. Максимальная масса, отнесенная к метру провода с диаметром 5 мм, составляет всего 91 г (см. табл. 51 приложения). Практически важным является знание вероятностных значений гололеднsх нагрузок (возможных один раз в заданное число лет). В Ленинграде на гололедном станке один раз в 10 лет нагрузка от гололедно-изморозевых отложений не превышает 60 г/м (табл. 73), что соответствует району I гололедности согласно работе .
Фактически образование гололеда и изморози на реальных объектах и на проводах действующих линий электропередачи и связи не полностью соответствует условиям обледенения на гололедном станке. Эти различия определютсяпрежде всего высотой расположения объема п проводов, а также рядом тех-ппчесгагх особенностей (конфигурацией и размером объема,
структурой его поверхности, для воздушных линий-диаметром провода, напряжением электрического тока и r. п.). По мере увеличения высоты в нижнем слое атмосферы образование гололеда и изморози, как правило, протекает гораздо интенсивнее, чем на уровне гололедового станка, а размеры и масса отложений с высотой растут. Поскольку в Ленинграде непосредственные измерения величины гололедно-изморозевых отложений на высотах отсутствуют, гололедная нагрузка в этих случаях оценивается различными расчетными методами.
Так, с использованием данных наблюдений по гололедному станку были получены максимальные вероятностные значения гололедных нагрузок на провода действующих воздушных линий электропередачи (табл. 73). Расчет выполнен для провода, который наиболее часто применяется при строительстве линий (диаметр 10 мм на высоте 10 м). Из табл. 73 видно, что в климатических условиях Ленинграда один раз в 10 лет максимальная гололедная нагрузка на такой провод составляет 210 г/м, и превышает значение максимальной нагрузки той же вероятности на гололедном станке более чем в три раза.
Для высотных сооружений и конструкций (выше 100 м) максимальные и вероятностные значения гололедных нагрузок были рассчитаны на основании данных наблюдений за облаками нижнего яруса и температурно-ветровыми условиями на стандартных аэрологических уровнях (80) (табл. 74). В отличие от облачности переохлажденные жидкие осадки играют весьма незначительную роль ля образования гололеда и изморози в нижней слое атмосферы на высоте 100... 600 м и в расчет не принимались. Из приведенных в табл. 74 данных следует, что в Ленинграде на высоте 100 м нагрузка от гололедно-изморозевых отложений, возможная один раз в 10 лет, достигает 1,5 кг/м, а на высоте 300 и 500 м превосходит это значение в два и в три раза соответственно. Такое распределение гололедных нагрузок по высотам вызвано тем, что с высотой увеличивается скорость ветра и продолжительность существования облаков нижнего яруса и в связи с этим растет количество наносимых на предмет переохлажденных капель.
В практике строительного проектирования, однако, для расчета гололедных нагрузок используется особый климатический параметр - толщина стенки гололеда . Толщина стенка гололеда выражается в милиметрах и относится к отложению льда цилиндрической формы при его наибольшей плотности (0,9 г/см 3). Районирование территории СССР по гололедности в действующих нормативных документах выполнено также для толщины стенка гололеда, но приведенной к высоте 10 м и
к диаметру провода 10 мм, при повторяемости такт отложений один раз в 5 и 10 лет. Согласно этой карте, Ленинград относится к слабогололедному району I, в котором с указанной вероятностью могут быть гололеднo-изморозевые отложения, соответствующие толщине стенки гололеда 5 мм. для перехода к другим диаметрам провода, высотам и к другой повторяемости вводятся соответствующие коэффициенты.
6.5. Гроза и град
Гроза - атмосферное явление, при котором между отдельными облаками или между облаком и землей возникают многократные электрические разряды (молния), сопровождающиеся громом. Молнии могут вызвать пожар, нанести различного рода повреждения линиям электропередача и связи, но особенно они опасны для авиации. Грозы часто сопровождаются такими не менее опасными для народного хозяйства явлениями погоды, как шквалистый ветер я интенсивные ливневые осадки, а в отдельных случаях град.
Грозовая деятельность определяется процессами атмосферной циркуляции и в значительной мере местными физико-географическими условиями: рельефом местности, близостью водоема. Она характеризуется числом дней с грозой близкой и отдаленной и продолжительностью гроз.
Возникновение грозы связано с развитием мощных кучево-дождевых облаков, с сильной неустойчивостью стратификации воздуха при высоком влагосодержании. Различают грозы, которые образуются на поверхности раздела между двумя воздушными массами (фронтальные) и в однородной воздушной массе (внутримассоовые или конвективные). Для Ленинграда характерно преобладание фронтальных гроз, в большинстве случаев возникающих их на холодных фронтах, и только в 35 % случаев (Пулково) возможно образование конвективных гроз, чаще всего летом. Несмотря на фронтальное происхождение гроз летний прогрев имеет существенное дополнительное значение. Чаще всего грозы возникают в послеполуденные часы: в период от 12 до 18 ч на них приходится 50 % всех дней. Наименее вероятны грозы в период от 24 до 6 ч.
Представление о числе дней с грозой в Ленинграде дает табл. 75. 3а год в центральной части города насчитывается 18 дней с грозой, в то время, как на ст. Невская, расположен-ной в черте города, но ближе к Финскому Заливу, число Дней уменьшается до 13, так же как в Кронштадте и Ломоносове. Такая особенность объясняется влиянием летнего морского бриза, приносящего днем относительно прохладный воздух и препятствующего образованию мощных кучевых облаков в непосредственной близости от залива. Даже сравнительно небольшое повышение местности и удаленность от водоема приводят к увеличению числа дней с грозой в окрестностях города до 20 (Воейково, Пушкин) .
Число дней с грозой - величина очень изменчивая и во времени. В 62 %о случаев число дней с грозой за отдельный год отклоняется от средней многолетней на ±5 дней, в 33 %о - на ±6... 10 дней и в 5 % - на ±11... 15 дней. В некоторые годы количество грозовых дней почти вдвое превышает среднее многолетнее значение, но бывают и такие годы, когда грозы в Ленинграде отмечаются крайне редко. Так, в 1937 г. наблюдалось 32 дня с грозой, а в 1955 г. их было всего лишь девять.
Наиболее интенсивно грозовая деятельность развивается с мая по сентябрь. Особенно часты грозы в июле, число дней с ними достигает шести. Редко, один раз в 20 лет, грозы возможны в декабре, но ни разу они не отмечались в январе и феврале.
Ежегодно грозы наблюдаются только в июле, а в 1937 г. число дней с ними в этом месяце составило 14 и было наибольшим за весь период наблюдений. В центральной части города и в августе грозы бывают ежегодно, но в районах, расположенных на побережье залива, вероятность возникновения гроз составляет в это время 98 %о (табл. 76) .
С апреля по сентябрь число дней с грозой в Ленинграде изменяется от 0,4 в апреле до 5,8 в июле, а средние квадратические отклонения при этом имеют значения 0,8 и 2,8 дней соответственно (табл. 75).
Общая продолжительность гроз в Ленинграде составляет в среднем 22 ч за год. Наиболее длительными обычно бывают летние грозы. Наибольшая суммарная за месяц продолжительность гроз, равная 8,4 ч, приходится на июль. Наиболее кратковременные являются весенние и осенние грозы.
Отдельная гроза в Ленинграде длится непрерывно в среднем около 1 ч (табл. 77). Летом увеличивается до 10... 13% повторяемость гроз длительностью более 2 ч (табл. 78), а самые длительные отдельные грозы - более 5 ч - отмечены в июне 1960 и 1973 гг. Летом в течение суток самые продолжительные грозы (от 2 до 5 ч) наблюдаются днем (табл. 79).
Климатические параметры гроз по данным статистических визуальных наблюдений в точке (на метеостанциях радиусом обзора примерно 20 км) дают несколько заниженные характеристики грозовой деятельности по сравнению со значительными по площади районами. Принято, что летом число дней с грозой в пункте наблюдения примерно в два-три раза меньше, чем на территории радиусом 100 км, и примерно в три-четыре раза меньше, чем на территории радиусом 200 км.
Наиболее полную информацию о грозах на площадях радиусом 200 км дают инструментальные наблюдения радиолокационных станций. Радиолокационные наблюдения позволяют заблаговременно за один-два часа до подхода грозы к станции выявить очаги грозовой деятельности, а также проследить за их перемещением и эволюцией. Причем надежность радиолокационной информации достаточно велика.
Например, 7 июня 1979 г. в 17 ч 50 мин радиолокатор МРЛ-2 Информационного центра погоды зафиксировал на расстоянии 135 км к северо-западу от Ленинграда грозовой очаг, связанный с тропосферным фронтом. Дальнейшие наблюдения показала, что этот грозовой очаг перемещается со скоростью около 80 км/ч в направлении к Ленинграду. В городе начало грозы было отпечено визуально через полтора часа. Наличие радиолокационных данных позволило заблаговременно предупредить об этом опасном явлении заинтересованные организации (авиацию, электросеть и др.).
Град выпадает в теплое время года из мощных облаков конвекции при большой неустойчивости атмосферы. Он представляет собой осадки в виде частичек плотного льда различных размеров. Наблюдается град только при грозах, обычно во время. ливней. В среднем из 10... 15 гроз одна сопровождается выпадением града.
Нередко град причиняет большой ущерб садово-парковому хозяйству и сельскому хозяйству пригородной зоны, повреждая посевы, плодовые и парковые деревья, огородные культуры.
В Ленинграде выпадение града - явление редкое, кратковременное и носит местный локальный характер. Размер градин в основном небольшой. Случаев с выпадением особо опасного града диаметром 20 мм и более по наблюдениям метеостанций в самом городе не отмечено.
Образование градовых облаков в Ленинграде, как и гроз, связано чаще с прохождением фронтов, в основном холодных,и реже с прогревом воздушной массы от подстилающей поверхности.
За год наблюдается в среднем 1,6 дня с градом, а в отдельные годы возможно увеличение до 6 дней (1957 г.). Наиболее часто в Ленинграде град выпадает в июне и сентябре (табл. 80). Наибольшее число дней с градом (четыре дня) отмечено в мае 1975 г. н июне 1957 г.
В суточном ходе выпадение града происходит преимущественно в послеполуденные часы с максимумом повторяемости от 12 до 14 ч.
Период выпадения града составляет в большинстве случаев от нескольких минут до четверти часа (табл. 81). Выпавшие градины обычно быстро тают. Лишь в отдельных редких случаям продолжительность выпадения града может достигать 20 мин и более, при этом в пригородах и окрестностях она больше, чем в самом городе: так, в Ленинграде 27 июня 1965 г. град выпадал в течение 24 мин, в Воейково 15 сентября 1963 г.- 36 мин с перерывами, а в Белогорке 18 сентября 1966 г.- 1 ч с перерывами.
г) 680 мм рт. ст. 2. Средние месячные температуры высчитываются: а) по сумме среднесуточных температур; б) делением суммы средних суточных температур на число суток в месяце; в) от разницы сумы температур предыдущего и последующего месяцев. 3. Установите соответствие: давление показатели а) 760 мм рт. ст.; 1) ниже нормы; б) 732 мм рт. ст.; 2) нормальное; в) 832 мм рт. ст. 3) выше нормы. 4. Причиной неравномерного распределения солнечного света по земной поверхности является: а) удаленность от Солнца; б) шарообразность Земли; в) мощный слой атмосферы. 5. Суточная амплитуда – это: а) общее количество показателей температуры в течение суток; б) разница между наибольшими и наименьшими показателями температуры воздуха в течение суток; в) ход температур в течение суток. 6. С помощью какого прибора измеряется атмосферное давление: а) гигрометра; б) барометра; в) линейки; г) термометра. 7. Солнце бывает в зените на экваторе: а) 22 декабря; б) 23 сентября; в) 23 октября; г) 1 сентября. 8. Слой атмосферы, где происходят все погодные явления: а) стратосфера; б) тропосфера; в) озоновый; г) мезосфера. 9. Слой атмосферы, не пропускающий ультрафиолетовые лучи: а) тропосфера; б) озоновый; в) стратосфера; г) мезосфера. 10. В какое время летом при ясной погоде наблюдается наименьшая температура воздуха: а) в полночь; б) перед восходом Солнца; в) после захода Солнца. 11. Высчитайте АД горы Эльбрус. (Высоту вершин найдите на карте, АД у подножия горы возьмите условно за 760 мм рт. ст.) 12. На высоте 3 км температура воздуха = - 15 ‘C, чему равна температура воздуха у поверхности Земли: а) + 5’C; б) +3’C; в) 0’C; г) -4’C.
1 вариант Установите соответствие: давление показатели а) 749 мм рт.ст.;1) ниже нормы;
б) 760 мм рт.ст.; 2) нормальное;
в) 860 мм рт.ст.; 3) выше нормы.
Разность между наибольшим и наименьшим значениями температуры воздуха
называется:
а) давлением; б) движением воздуха; в) амплитудой; г) конденсацией.
3. Причиной неравномерного распределения солнечного тепла на поверхности Земли
является:
а) удаленность от солнца; б) шарообразность;
в) разная мощность слоя атмосферы;
4. Атмосферное давление зависит от:
а) силы ветра; б) направления ветра; в) разницы температуры воздуха;
г) особенностей рельефа.
Солнце бывает в зените на экваторе:
Озоновый слой расположен в:
а) тропосфере; б) стратосфере; в) мезосфере; г) экзосфере; д) термосфере.
Заполните пропуск: воздушной оболочкой земли является - _________________
8. Где наблюдается наименьшая мощность тропосферы:
а) на полюсах; б) в умеренных широтах; в) на экваторе.
Расположите этапы нагрева в правильной последовательности:
а) нагрев воздуха; б) солнечные лучи; в) нагрев земной поверхности.
В какое время летом, при ясной погоде, наблюдается наибольшая температура
воздуха: а) в полдень; б) до полудня; в) после полудня.
10. Заполните пропуск: при подъёме в горы атмосферное давление…, на каждые
10,5 м на ….мм рт.ст.
Высчитайте атмосферное давление г. Народная. (Высоту вершин найдите на
карте, АД у подножия гор возьмите условно за 760 мм рт.ст.)
В течение суток были зафиксированы следующие данные:
max t=+2’C, min t=-8’C; Определите амплитуду и среднесуточную температуру.
2 вариант
1. У подножия горы АД составляет 760 мм рт.ст. Каким будет давление на высоте 800 м:
а) 840 мм рт. ст.; б) 760 мм рт. ст.; в) 700 мм рт. ст.; г) 680 мм рт. ст.
2. Средние месячные температуры высчитываются:
а) по сумме среднесуточных температур;
б) делением суммы средних суточных температур на число суток в месяце;
в) от разницы сумы температур предыдущего и последующего месяцев.
3. Установите соответствие:
давление показатели
а) 760 мм рт. ст.; 1) ниже нормы;
б) 732 мм рт. ст.; 2) нормальное;
в) 832 мм рт. ст. 3) выше нормы.
4. Причиной неравномерного распределения солнечного света по земной поверхности
является: а) удаленность от Солнца; б) шарообразность Земли;
в) мощный слой атмосферы.
5. Суточная амплитуда – это:
а) общее количество показателей температуры в течение суток;
б) разница между наибольшими и наименьшими показателями температуры воздуха в
течение суток;
в) ход температур в течение суток.
6. С помощью какого прибора измеряется атмосферное давление:
а) гигрометра; б) барометра; в) линейки; г) термометра.
7. Солнце бывает в зените на экваторе:
2) что можно изобразить на плане местности?
а пришкольный участок
б океан
в Крымский полуостров
г материк
3) какие из перечисленных объектов обозначаются на плане местности линейными знаками?
а реки,озёра
б границы, пути сообщения
в населённые пункты, вершины гор
г полезные ископаемые, леса
4) в каких пределах измеряется географическая широта?
а 0-180"
б 0-90"
в 0-360"
г 90-180"
Понятие «облачность» подразумевает количество наблюдаемых в одном месте облаков. Облаками, в свою очередь, называются атмосферные явления, сформированные взвесью водяного пара. Классификация облаков насчитывает множество их видов, разделяемых по размерам, форме, природе образования и высоте расположения.
В бытовой сфере для измерения облачности используются специальные термины. Развернутые шкалы измерения данного показателя применяются в метеорологии, морском деле и авиации.
Метеорологи используют десятибалльную шкалу облачности, которая иногда выражается в процентах покрытия обозримого небесного пространства (1 балл - 10% покрытия). Кроме того, высота образования облаков разделяется на верхний и нижний ярусы. Такая же система используется и в морском деле. Авиационные метеорологи используют систему из восьми октант (частей обозримого неба) с более подробным указанием высоты расположения облаков.
Для определения нижней границы облаков используется специальный прибор. Но острую необходимость в нём испытывают только авиационные метеостанции. В остальных случаях производится визуальная оценка высоты.
Типы облачности
Облачность играет важную роль в формировании погодных условий. Облачный покров предотвращает нагрев поверхности Земли, и продлевает процесс её охлаждения. Облачный покров существенно снижает суточные колебания температуры. В зависимости от количества облаков в определённое время выделяется несколько типов облачности:
- «Ясно или малооблачно» соответствует облачности в 3 балла в нижнем (до 2 км) и среднем ярусе (2 - 6 км) или любое количество облаков в верхнем (выше 6 км).
- «Меняющаяся или переменная» - 1-3/4-7 баллов в нижнем или среднем ярусе.
- «С прояснениями» - до 7 баллов суммарной облачности нижнего и среднего яруса.
- «Пасмурно, облачно» - 8-10 баллов в нижнем ярусе или не просвечивающиеся облака в среднем, а также с атмосферными осадками в виде дождя или снега.
Виды облаков
Всемирная классификация облаков выделяет множество видов, каждый из которых обладает своим латинским названием. В ней учитывается форма, происхождение, высота образования и ряд других факторов. Основу классификации составляют несколько видов облаков:
- Перистые облака представляют собой тонкие нити белого цвета. Располагаются на высоте от 3 до 18 км в зависимости от широты. Состоят из падающих кристаллов льда, которым и обязаны своим внешним видом. Среди перистых на высоте свыше 7км облака подразделяются на перисто-кучевые, высоко-слоистые, которые обладают невысокой плотностью. Ниже на высоте около 5км располагаются высоко-кучевые облака.
- Кучевые облака это плотные образования белого цвета и значительной высоты (иногда более достигает 5 км). Располагаются чаще всего в нижем ярусе с вертикальным развитием в средний. Кучевые облака на верхней границе среднего яруса зовутся высококучевыми.
- Кучево-дождливые, ливневые и грозовые облака, как правило, располагаются невысоко над поверхностью Земли 500-2000 метров, характерны выпадением атмосферных осадков в виде дождя, снега.
- Слоистые облака представляют собой слой взвеси небольшой плотности. Они пропускают свет солнца и луны и находятся на высоте между 30 и 400 метров.
Перистые, кучевые и слоистые типы смешиваясь, образуют другие виды: перисто-кучевые, слоисто-кучевые, перисто-слоистые. Кроме основных видов облаков и существуют и другие, менее распространённые: серебристые и перламутровые, лентикулярные и вымеобразные. А облака, образованные пожарами или вулканами называются пирокумулятивными.
Определение и запись общего количества облаков, а так же определение и запись количества облаков нижнего и среднего ярусов и их высот.
Определение и запись общего количества облаков
Количество облаков выражается в баллах по 10-бальной шкале от 0 до 10. На глаз оценивается сколько десятых частей неба покрыто облаками.
Если облаков нет или облачность покрывает менее 1/10 неба, облачность оценивается баллом 0. Если облаками покрыты 1/10, 2/10, 3/10 части неба и т.д., ставятся отметки соответственно 1, 2, 3 и т.д. Цифра 10 ставится только тогда, когда всё небо сплошь покрыто облаками. Если в небе наблюдаются хотя бы и очень небольшие просветы, записывается 10
Если количество облаков больше 5 баллов (т.е. облаками покрыто половины неба) удобнее оценить площадь не занятую облаками и полученную величину, выраженную в баллах вычесть из 10. Остаток покажет количество облаков в баллах.
Для того чтобы оценить, какая часть неба свободна от облаков, надо мысленно суммировать все те просветы ясного неба (окна), которые имеются между отдельными облаками или грядами облаков. Но те просветы, которые существуют внутри нескольких облаков (перистых, перисто-кучевых и почти всех видов высоко-кучевых), присущи им по внутренней структуре и по размерам очень малы, суммированию не подлежат. Если такие имеющие просветы облака покрывают всё небо, ставится Цифра 10
Определение и запись количества облаков нижнего и среднего ярусов и их высот.
Кроме общего кол-ва облаков N необходимо определять общее кол-во слоисто-кучевых, слоистых, кучевых, кучево-дождевых и разорвано-дождевых облаков Nh (форм, записываемых в строку “СL“) или, если нет их, то общее кол-во высоко-кучевых, высоко-слоистых и слоисто-дождевых облаков (форм, записываемых в строку “СМ “). Количество этих облаков Nh определяется по тем же правилам, что и общего количества облаков.
Высоту облаков необходимо оценить на глаз, стремясь к точности 50-200 м. Если же это затруднительно, то хотя бы с точностью 0,5 км. Если эти облака расположены на одном уровне, то в строку “h” записывают высоту их основания, если же они расположены на разных уровнях, указывается высота h самых низких облаков. Если отсутствуют облака формы, записываемой в строку “СL“, а наблюдаются облака формы, записываемой в “См”, в строку h записывают высоту основания этих облаков. Если отдельные обрывки или клочки облаков, записываемых в строку “СL“ (в количестве менее 1 балла), расположены под более обширным слоем других облаков этих же форм или форм, записываемых в строку “См “ , в строку “h” записывают высоту основания этого слоя облаков, а не клочков или обрывков.