Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

МОДЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ОБСТАНОВКИ КОМПАНЕНТОВ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ С УЧЕТОМ АТМОСФЕРНЫХ ПРОЦЕССОВ

Айдосов А. , Айдосов Г. А., Заурбеков Н. С.,

2.3.4. Примеры расчета вертикальных движений вблизи облаков

Расчет вертикальных движений вблизи облаков слабоконвективных форм представляет большой интерес. Как уже было показано, основными факторами, обеспечивающими формирование вертикальных движений, являются: горизонтальная дивергенция, радиационные и турбулентные притоки тепла, горизонтальная бароклинность. Естественно, что расчеты можно проводить для тех случаев, в которых имеются сведения, позволяющие определить вышеперечисленные факторы. Поскольку практически невозможно было найти такие данные, вопрос рассматривался аддитивно для каждого фактора, прибегая иногда к модельным рассмотрениям.

Начнем с обсуждения роли радиационных притоков тепла [180].

Е.М. Фейгельсон [203] провела расчеты длинноволнового радиационного притока в окрестности облака, из которых обнаруживается довольно интенсивная тепловая «яма» в верхнем облачном слое. Используя только эти результаты, мы рассчитали W, которые в дальнейшем будем называть радиационными вертикальными движениями (РВД). В табл. 27 приведены эти данные.

Таблица 27

Вертикальное распределение радиационного притока тепла и соответствующих им вертикальных скоростей W вблизи облачного слоя 1–2 км

Мы видим, что РВД имеют малый порядок, но все же одного порядка с крупномасштабными ВД. Аналогичные результаты другим методом получены в работе [220].

Примечательным является то, что длинноволновое радиационное выхолаживание в верхней части облака формирует в пространстве над облаком нисходящие движения, как бы ограничивая его развитие в вертикальном направлении. В общем случае радиационное выхолаживание всегда создает нисходящие движения. Поскольку безоблачная атмосфера в целом, как правило, обладает этим свойством, то, следовательно, РВД на верхней границе атмосферы обеспечивают самосохранение атмосферы Земли, как бы сжимая ее. Конечно, в областях сильного радиационного нагревания (поглощение длинноволновой и коротковолновой радиации) картина будет обратная. Это подтверждают РВД (табл. 28), рассчитанные для безоблачной атмосферы по данным Монабе-Мюллера [265], с учетом данных Божкова [219], но поглощению коротковолновой радиации озоном. Роль
горизонтальной дивергенции общеизвестна, поскольку для несжимаемой атмосферы W обычно определяется исключительно распределением горизонтальной дивергенции. Но особенностью сжимаемой атмосферы является то, что вертикальные движения в ней определяются распределением дивергенции во всей толще атмосферы. При этом влияние высоких слоев атмосферы сможет быть весьма значительно.

Только благодаря такому примечательному свойству сжимаемой атмосферы можно объяснить ряд явлений бурного развития (интенсификации вертикальных движений) в нижней тропосфере: генерация депрессии при выходе к побережью моря, океана, бурное развитие конвекции при наличии сильной дивергенции в верхней тропосфере в зоне ВЗК и т.д.

Рассмотрим, какую роль в динамике вертикальных движений играют процессы генерации облачных элементов. В частности, покажем какое влияние оказывают процессы накопления или выпадения жидкой фракции облака (процессы аэродинамического вовлечения воздуха падающими каплями здесь не учитываются). Распределение W, обязанное процессам накопления или убывания удельной влажности облака, если в верхней части облака происходит концентрация, накопления жидкой фракции, то это будет вызывать дополнительные восходящие вертикальные движения внутри облака и над ними. Если же в верхней части облака началось гравитационное оседание жидких капель, то создаются дополнительные нисходящие движения. Любое искусственно или естественно начавшееся оседание капель облака создает условие для саморассеивания облака. Этот результат совпадает с выводами работы [13], в которой предложен метод рассеивания облаков с помощью искусственного создания нисходящих струй.

Таблица 28

Приток тепла в атмосфере (по Монабе-Мюллеру) и соответствующие им вертикальные движения (сухая атмосфера)

Мы рассмотрели такие основные факторы, как горизонтальная дивергенция и радиационный приток тепла. В приведенных ниже примерах показана роль другого важного фактора горизонтальной бароклинности в динамике вертикальных движений [173].