Конвективные облака

Термическая конвекция.

К условиям необходимым для образования термической конвекции можно отнести неустойчивую стратификацию атмосферы и малую начальную плотность некоторого изолированного объема воздуха по сравнению с окружающей средой[5].

Термическая конвекция осуществляется в форме всплывающих изолированных объемов воздуха - термиков [6]. Термики можно разделить на две группы. В зависимости от термических условий существуют изолированные термики примерно сферической формы с внутренней циркуляцией в виде вихревых колец - пузырь. Ко второй группе в зависимости от динамических условий в атмосфере можно отнести вертикальные или наклонные струи или столбцы. Эти струи или столбцы иногда вращаются, вертикальный размер которых в 5-10 раз превышающий горизонтальный. Так же существует термик в виде объединения двух форм - «султан» [5].

Исследования пузырей показали, что термики имеют строение, представленное на рисунке 2.3 [10].

Рис. 2.3 - Строение термика, где а - схема пузыря, б - линии тока в том же поднимающемся пузыре

В головной части термика (ядро М), имеющей форму полусферы, сконцентрирован перегретый воздух, обладающий подъемной силой. Тыловая часть термика (турбулентный след термика - кильватерная зона (КЗ)) представляет собой шлейф относительно холодного воздуха. Образуется шлейф вследствие сильного турбулентного перемешивания в головной части термика и последующего частичного смывания воздуха из турбулизованного пограничного слоя (зона эрозии (ЗЭ)) в шлейф, при этом часть воздуха вовлекается внутрь термика [7].

Перемешивание с окружающей средой уменьшает подъемную силу термика, и через некоторое время его ядро полностью разрушается. Однако существует и обратный процесс: из-за локального понижения давления в тыловой части происходит втягивание мелких термиков внутрь всплывающего более крупного, называемого «материнским». В результате плавучесть «материнского» термика увеличивается и наблюдается рост его геометрических размеров. Дальнейшие лабораторные исследования показали, что в головной части термика происходит квазистационарная вихревая циркуляция, которая играет стабилизирующую роль, препятствуя полному перемешиванию термика с окружающим воздухом. Термики, достигшие уровня конденсации дают начало конвективным облакам[5].

Предположение о том, что первичные элементы облачной конвекции представляют собой изолированные объемы воздуха, высказано П. А. Молчановым в 1931 году, который считал, что отдельные крупные турбулентные вихри (термики), достигая уровня конденсации, дают начало конвективным облакам. Таким образом, термическая (свободная) конвекция начинается не от самой поверхности земли, а в слое 10-100 метров над нею. Наибольшее значение для возникновения конвективного облака имеют крупные термики, так как они могут достигать уровня конденсации и давать тем самым начало кучевых облаков. Физическое объяснение происхождения термиков было дано Н. И. Касаткиным в 1915 году, считавшим, что термики возникают вследствие сильного нагревания части поверхности или внутри самой воздушной массы вследствие ее неустойчивого состояния - «спонтанный» термик, образованный над нагретой поверхностью. В результате подъема термика может объединяться друг с другом и тем самым укрупняться. Термики имеют разные высоты, вплоть до нескольких километров. Иногда присутствие дыма, пыли, капель делают термик видимым[9].

Другие статьи по теме

Экологические проблемы нефтяных и газовых производств
Экологические загрязнения нефтепродуктами - очень актуальная и важная тема, которая с каждым днем напоминает о себе все больше и чаще. Каждую минуту в мире добываются тысячи тонн нефти, и п ...

Расчет необходимой степени очистки сточных вод
Водоотведение - это отрасль народного хозяйства, решающая вопросы обеспечения и постоянного улучшения санитарного состояния воды населения сел, городов и окружающей природной среды. Совреме ...

Экологические проблемы Аральского моря и пути их решения
Истощение вод следует понимать как недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных во ...