Физика облаков - Википедия - Cloud physics

Атмосферные науки
ShipTracks MODIS 2005may11.jpg

Физика атмосферы
Атмосферная динамика (категория)

Атмосферная химия (категория)
Метеорология

Погода (категория) · (портал)

Тропический циклон (категория)
Климатология

Климат (категория)
Изменение климата (категория)

Глобальное потепление (категория) · (портал)
Глоссарии
Глоссарий метеорологии  · Глоссарий терминов по тропическим циклонам  · Глоссарий терминов торнадо  · Глоссарий изменения климата
Часть серия на
Погода
Следы глобального тропического циклона-edit2.jpg
Кучевые облака в ясную погоду.jpeg Портал погоды

Физика облаков это изучение физических процессов, которые приводят к образованию, росту и выпадению атмосферных облаков. Эти аэрозоли находятся в тропосфера, стратосфера, и мезосфера, которые в совокупности составляют большую часть гомосфера. Облака состоит из микроскопический капли жидкой воды (теплые облака), крошечные кристаллы льда (холодные облака) или то и другое (облака смешанной фазы). Капли облака первоначально образуются в результате конденсации водяного пара на ядра конденсации, когда перенасыщение воздуха превышает критическое значение по Теория Келера. Облачные ядра конденсации необходимы для образования облачных капель из-за Эффект Кельвина, который описывает изменение давления насыщенного пара из-за искривленной поверхности. При малых радиусах количество пересыщения, необходимое для возникновения конденсации, настолько велико, что этого не происходит естественным образом. Закон Рауля описывает, как давление пара зависит от количества растворенное вещество в растворе. При высоких концентрациях, когда облачные капли маленькие, необходимое пересыщение меньше, чем без зародыша.

В теплых облаках более крупные облачные капли падают с более высокой конечной скоростью; потому что при данной скорости сила сопротивления на единицу веса капли на более мелких каплях больше, чем на больших каплях. Затем большие капли могут сталкиваться с маленькими каплями и объединяться, образуя еще более крупные капли. Когда капли становятся настолько большими, что их скорость падения (относительно окружающего воздуха) больше, чем скорость восходящего движения (относительно земли) окружающего воздуха, капли могут падать как осадки. Столкновение и слияние не так важно в облаках со смешанной фазой, где Процесс Бержерона доминирует. Другие важные процессы, образующие осадки: окантовка, когда капля переохлажденной жидкости сталкивается с твердой снежинкой, и агрегация, когда две твердые снежинки сталкиваются и соединяются. Точный механика Вопрос о том, как облако образуется и растет, полностью не изучен, но ученые разработали теории, объясняющие структуру облаков, изучая микрофизику отдельных капель. Достижения в метеорологический радар и спутник технологии также позволили точно изучить облака в большом масштабе.

История физики облаков

Современная физика облаков началась в 19 веке и описана в нескольких публикациях.[1][2][3] Отто фон Герике возникла идея, что облака состоят из пузырьков воды. В 1847 г. Август Уоллер использовал паутина исследовать капли под микроскопом.[4] Эти наблюдения были подтверждены Уильям Генри Дайнс в 1880 г. и Ричард Ассманн в 1884 г.

Образование облаков: как воздух становится насыщенным

Охлаждение воздуха до точки росы

Развитие облаков менее чем за минуту.
Позднее лето ливень в Дания. Почти черный цвет основания указывает, вероятно, на главное облако на переднем плане. кучево-дождевые облака.

Адиабатическое охлаждение: поднимающиеся пакеты влажного воздуха

Смотрите также: Адиабатический процесс

Когда вода испаряется с некоторой области поверхности Земли, воздух над этой областью становится влажным. Влажный воздух легче окружающего сухого воздуха, что создает нестабильную ситуацию. Когда накопится достаточно влажного воздуха, весь влажный воздух поднимается единым пакетом, не смешиваясь с окружающим воздухом. По мере того, как на поверхности образуется более влажный воздух, процесс повторяется, в результате чего серия дискретных пакетов влажного воздуха поднимается и образует облака.[5]

Этот процесс происходит, когда один или несколько из трех возможных подъемных агентов - циклонический / фронтальный, конвективный или орографический - вызывает воздух, содержащий невидимые водяной пар подняться и остыть к своему точка росы, то температура при котором воздух становится насыщенным. Основным механизмом этого процесса является адиабатическое охлаждение.[6] Атмосферное давление уменьшается с высотой, поэтому поднимающийся воздух расширяется в процессе, который требует энергия и вызывает охлаждение воздуха, в результате чего водяной пар конденсируется в облако.[7] Водяной пар в насыщенном воздухе обычно притягивается ядра конденсации такие как пыль и соль частицы, которые достаточно малы, чтобы удерживаться в воздухе обычными обращение воздуха. Капли воды в облаке имеют нормальный радиус около 0,002 мм (0,00008 дюйма). Капли могут сталкиваться с образованием более крупных капель, которые остаются в воздухе до тех пор, пока скорость поднимающегося воздуха в облаке равна или превышает конечную скорость капель.[8]

Для неконвективного облака высота, на которой начинается конденсация, называется повышенный уровень конденсации (LCL), что примерно определяет высоту нижней границы облака. Свободные конвективные облака обычно образуются на высоте уровень конвективной конденсации (CCL). Водяной пар в насыщенном воздухе обычно притягивается ядра конденсации Такие как соль частицы, которые достаточно малы, чтобы удерживаться в воздухе обычными обращение воздуха. Если процесс конденсации происходит ниже уровень замерзания в тропосфере ядра помогают преобразовывать пар в очень маленькие капли воды. Облака, которые образуются чуть выше уровня замерзания, состоят в основном из капель переохлажденной жидкости, а те, которые конденсируются на больших высотах, где воздух намного холоднее, обычно имеют форму кристаллы льда. Отсутствие достаточного количества конденсированных частиц на уровне конденсации и выше приводит к тому, что поднимающийся воздух становится перенасыщенным, и образование облака имеет тенденцию подавляться.[9]

Фронтальный и циклонный подъемник
Смотрите также: Внетропический циклон, Теплый фронт, Холодный ветер, и Осадки

Фронтальная и циклонический подъем происходят в чистейших проявлениях, когда стабильный воздух, который подвергался незначительному нагреву поверхности или вообще не нагревался, поднимается вверх на погодные фронты и вокруг центров низкое давление.[10] Теплые фронты связанные с внетропическими циклонами, как правило, образуют в основном усиковидные и слоистые облака на обширной территории, если только приближающаяся теплая воздушная масса не является нестабильной; в этом случае скопление кучевых или кучево-дождевых облаков обычно встраивается в основной слой осаждающих облаков.[11] Холодные фронты обычно движутся быстрее и образуют более узкую линию облаков, которые в большинстве своем слоисто-кучевые, кучево-дымчатые или кучево-дождевые, в зависимости от стабильности теплой воздушной массы перед фронтом.[12]

Конвективный лифт
Смотрите также: Атмосферная конвекция

Другой фактор - это всплывающее конвективное движение вверх, вызванное значительным дневным солнечным нагревом на уровне поверхности или относительно высокой абсолютной влажностью.[9] Поступающее коротковолновое излучение, генерируемое Солнцем, переизлучается как длинноволновое излучение, когда достигает поверхности Земли. Этот процесс нагревает воздух, ближайший к земле, и увеличивает нестабильность воздушных масс за счет повышения температуры. градиент от теплого или горячего на уровне поверхности до холодного на высоте. Это заставляет его подниматься и охлаждаться до тех пор, пока не будет достигнуто температурное равновесие с окружающим воздухом в воздухе. Умеренная нестабильность позволяет формировать кучевые облака умеренного размера, которые могут давать легкие ливни, если воздушная масса достаточно влажная. Типичный конвекция восходящие токи могут позволить каплям вырасти до радиуса около 0,015 миллиметра (0,0006 дюйма) до осаждающий как душевые.[13] Эквивалентный диаметр этих капель составляет около 0,03 миллиметра (0,001 дюйма).

Если воздух у поверхности становится чрезвычайно теплым и нестабильным, его движение вверх может стать довольно взрывным, что приведет к образованию высоких кучево-дождевых облаков, которые могут вызвать суровая погода. Как крошечные частицы воды, составляющие облако, группируются вместе, образуя капли дождя, они стягиваются на землю силой сила тяжести. Капли обычно испаряются ниже уровня конденсации, но сильно восходящие потоки амортизирует падающие капли и может удерживать их в воздухе намного дольше, чем в противном случае. Сильные восходящие потоки могут достигать скорости до 180 миль в час (290 км / ч).[14] Чем дольше капли дождя остаются в воздухе, тем больше времени им нужно, чтобы превратиться в более крупные капли, которые в конечном итоге выпадают в виде сильного ливня.

Капли дождя, которые поднимаются значительно выше точки замерзания, сначала переохлаждены, а затем замерзают и превращаются в небольшой град. Замерзшее ледяное ядро ​​может увеличиваться в размере 0,5 дюйма (1,3 см), проходя через один из этих восходящих потоков, и может проходить через несколько восходящих и нисходящих потоков, прежде чем, наконец, стать настолько тяжелым, что оно упадет на землю в виде большого града. Если разрезать градину пополам, видны слои льда, похожие на луковицу, что указывает на определенные моменты времени, когда градина проходила через слой льда. переохлажденный воды. Были найдены камни диаметром до 7 дюймов (18 см).[15]

Конвективный подъем может возникать в нестабильных воздушных массах вдали от любых фронтов. Однако очень теплый нестабильный воздух может также присутствовать вокруг фронтов и центров низкого давления, часто создавая кучевые и кучево-дождевые облака в более тяжелых и более активных концентрациях из-за сочетания фронтальных и конвективных подъемных агентов. Как и в случае нефронтовой конвективной подъемной силы, возрастающая нестабильность способствует росту восходящих вертикальных облаков и повышает вероятность суровой погоды. В сравнительно редких случаях конвективный подъем может быть достаточно мощным, чтобы проникнуть через тропопаузу и вытолкнуть верхушку облака в стратосферу.[16]

Орографический подъемник
Основная статья: Орографический подъемник

Третий источник подъемной силы - это циркуляция ветра, заставляющая воздух преодолевать физический барьер, такой как гора (орографический подъемник ).[9] Если воздух в целом стабильный, не будет образовываться ничего, кроме линзообразных облаков. Однако, если воздух становится достаточно влажным и нестабильным, орографические ливни или грозы может появиться.[17]

Ветреный вечер сумерки усиленный углом Солнца, может визуально имитировать торнадо в результате орографического лифта

Неадиабатическое охлаждение

Наряду с адиабатическим охлаждением, для которого требуется подъемный агент, существуют еще три основных механизма понижения температуры воздуха до точки росы, все из которых происходят вблизи поверхности и не требуют подъема воздуха. Кондуктивное, радиационное и испарительное охлаждение может вызвать конденсацию на уровне поверхности, что приведет к образованию туман.[18] Кондуктивное охлаждение происходит, когда воздух из относительно мягкой области источника вступает в контакт с более холодной поверхностью, например, когда мягкий морской воздух движется по более холодной области суши. Радиационное охлаждение происходит за счет выброса инфракрасная радиация либо по воздуху, либо по поверхности под ним.[19] Этот тип охлаждения обычно используется ночью, когда небо чистое. Охлаждение испарением происходит, когда влага добавляется к воздуху за счет испарения, что заставляет температуру воздуха понижаться до ее уровня. температура по влажному термометру, а иногда и до насыщения.[20]

Добавление влаги в воздух

Есть пять основных способов добавления водяного пара в воздух. Повышенное содержание пара может быть результатом схождения ветра над водой или влажной почвой в области восходящего движения.[21] Осадки или падающая сверху вирга также увеличивает влажность.[22] Дневное отопление вызывает испарение воды с поверхности океанов, водоемов или влажных земель.[23] Транспирация из растений - еще один типичный источник водяного пара.[24] Наконец, прохладный или сухой воздух, проходящий над более теплой водой, станет более влажным. Как и в случае дневного отопления, добавление влаги в воздух увеличивает его теплосодержание и нестабильность, а также помогает запустить те процессы, которые приводят к образованию облаков или тумана.[25]

Пересыщение

Количество воды, которое может существовать в виде пара в данном объеме, увеличивается с температурой. Когда количество водяного пара находится в равновесии над плоской поверхностью воды, уровень давление газа называется насыщением, а относительная влажность составляет 100%. В этом равновесии количество молекул, испаряющихся из воды, равно количеству молекул, конденсирующихся обратно в воду. Если относительная влажность становится больше 100%, это называется перенасыщением. Перенасыщение происходит в отсутствие ядер конденсации.[нужна цитата ]

Поскольку давление насыщенного пара пропорционально температуре, холодный воздух имеет более низкую точку насыщения, чем теплый воздух. Разница между этими значениями - основа образования облаков. Когда насыщенный воздух охлаждается, он больше не может содержать такое же количество водяного пара. Если условия подходящие, избыток воды будет конденсироваться из воздуха до тех пор, пока не будет достигнута нижняя точка насыщения. Другая возможность заключается в том, что вода остается в форме пара, даже если она превышает точку насыщения, что приводит к перенасыщение.[нужна цитата ]

Перенасыщение более 1-2% по отношению к воде в атмосфере наблюдается редко, поскольку обычно присутствуют облачные ядра конденсации.[26] В чистом воздухе возможны гораздо более высокие степени перенасыщения, и они являются основой камера тумана.

Нет приборов для измерения пересыщения облаков.[27]

Переохлаждение

Капли воды обычно остаются жидкой водой и не замерзают даже при температуре ниже 0 ° C (32 ° F). Ядра льда, которые могут присутствовать в атмосферной капле, становятся активными для образования льда при определенных температурах от 0 ° C (32 ° F) до -38 ° C (-36 ° F), в зависимости от геометрии и состава ядра. Без ядер льда, переохлажденная вода капли (как и любая чрезвычайно чистая жидкая вода) могут существовать при температуре примерно до -38 ° C (-36 ° F), при которой происходит самопроизвольное замерзание.[нужна цитата ]

Столкновение-слияние

Основная статья: Коалесценция (метеорология)

Одна из теорий, объясняющих, как поведение отдельных капель в облаке приводит к образованию осадков, - это процесс столкновения-слияния. Капли, взвешенные в воздухе, будут взаимодействовать друг с другом, либо сталкиваясь и отскакивая друг от друга, либо объединяясь с образованием более крупной капли. В конце концов, капли становятся настолько большими, что падают на землю в виде осадков. Процесс столкновения-коалесценции не составляет значительной части образования облаков, поскольку капли воды имеют относительно высокое поверхностное натяжение. Кроме того, возникновение столкновения-коалесценции тесно связано с процессами уноса-перемешивания.[28]

Процесс Бержерона

Основная статья: Процесс Бержерона

Первичный механизм образования ледяных облаков был обнаружен Тор Бержерон. Процесс Бержерона отмечает, что давление насыщенного пара воды или сколько водяного пара может содержать данный объем, зависит от того, с чем этот пар взаимодействует. В частности, давление насыщенного пара по отношению ко льду ниже, чем давление насыщенного пара по отношению к воде. Водяной пар, взаимодействующий с каплей воды, может быть насыщенным на 100%. относительная влажность, при взаимодействии с каплей воды, но такое же количество водяного пара будет перенасыщено при взаимодействии с частицей льда.[29] Водяной пар попытается вернуться в равновесие, поэтому лишний водяной пар будет конденсироваться в лед на поверхности частицы. Эти частицы льда превращаются в ядра более крупных кристаллов льда. Этот процесс происходит только при температуре от 0 ° C (32 ° F) до -40 ° C (-40 ° F). Ниже -40 ° C (-40 ° F) жидкая вода самопроизвольно зарождается и замерзает. Поверхностное натяжение воды позволяет капле оставаться в жидком состоянии при температуре значительно ниже ее нормальной точки замерзания. Когда это происходит, это сейчас переохлажденная жидкость воды. Процесс Бержерона основан на взаимодействии переохлажденной жидкой воды (SLW) с ледяные ядра для образования более крупных частиц. Если ледяных ядер немного по сравнению с количеством SLW, капли не смогут образоваться. Процесс, при котором ученые засевают облако ядрами искусственного льда, чтобы стимулировать выпадение осадков, известен как засева облаков. Это может способствовать выпадению осадков в облаках, которые в противном случае могут не идти. Посев облаков добавляет избыточные зародыши искусственного льда, что сдвигает баланс так, что имеется много ядер по сравнению с количеством переохлажденной жидкой воды. Излишне засеянное облако образует множество частиц, но каждая из них будет очень маленькой. Это можно сделать в качестве превентивной меры для районов, подверженных риску град бури.[нужна цитата ]

Классификация облаков

Основная статья: Список типов облаков

Облака в тропосфера, ближайший к Земле слой атмосферы, классифицируются в зависимости от высоты, на которой они находятся, а также их формы или внешнего вида.[30] Есть пять формы на основе физической структуры и процесса формирования.[31] Cirriform облака высокие, тонкие и тонкие, и наиболее часто они видны по передним краям организованных погодных возмущений. Стратиформный облака неконвективны и выглядят как обширные пластинчатые слои, от тонких до очень толстых со значительным вертикальным развитием. В основном они являются результатом крупномасштабного подъема стабильного воздуха. Нестабильный свободно-конвективный кучевой облака образуют в основном локализованные кучи. Слоисто-кучевые облака ограниченной конвекции демонстрируют смесь кучевых и слоистых характеристик, которые проявляются в виде рулонов или ряби. Сильно конвективный кучево-дождевидный облака имеют сложную структуру, часто включающую усиковидные вершины и слоисто-кучевые дополнительные облака.[нужна цитата ]

Эти формы перекрестно классифицируются по диапазону высот или уровень в десять род типы, которые можно разделить на виды и меньшие типы. Высокие облака образуются на высоте от 5 до 12 километров. Все усиковидные облака классифицируются как высокоуровневые и поэтому составляют единый род облаков. циррус. Стратиформные и слоисто-кучевые облака в верхнем уровне тропосферы имеют приставку цирро- добавлены к их именам, давая роды перисто-слоистый и перисто-кучевые облака. Подобные облака, обнаруженные на среднем уровне (диапазон высот от 2 до 7 километров), имеют приставку альто- в результате чего названия родов высотно-слоистый и высококучевые облака.[32]

Облака низкого уровня не имеют префиксов, связанных с высотой, поэтому слоистые и слоисто-кучевые облака, расположенные на расстоянии около 2 километров или ниже, известны просто как стратус и слоисто-кучевые облака. Маленький кучевые облака облака с небольшим вертикальным развитием (виды humilis) также обычно классифицируются как низкие.[32]

Кучево-кучевые и кучево-почвенные кучи и глубокие слоистые слои часто занимают по крайней мере два тропосферных уровня, и самый большой или самый глубокий из них может занимать все три уровня. Они могут быть классифицированы как низкие или средние, но также обычно классифицируются или характеризуются как вертикальные или многоуровневые. Нимбостратус облака представляют собой слоистые слои с достаточной вертикальной протяженностью, чтобы производить значительные осадки. Возвышающиеся кучевые облака (виды congestus) и кучево-дождевые облака может образовываться где угодно от поверхности до средних высот около 3 километров. Из вертикально развитых облаков кучево-дождевые облака являются самыми высокими и могут практически охватывать всю тропосферу от нескольких сотен метров над землей до тропопаузы.[32] Это облако ответственное за грозы.

Некоторые облака могут формироваться на очень высоких или экстремальных уровнях над тропосферой, в основном над полярными регионами Земли. Полярные стратосферные облака облака видны, но редко зимой на высоте от 18 до 30 километров, а летом серебристый облака иногда образуются в высоких широтах на высоте от 76 до 85 километров.[33] Эти полярные облака имеют некоторые из тех же форм, которые видны ниже в тропосфере.

Типы гомосферы, определяемые перекрестной классификацией форм и уровней.

Формы и уровниСтратиформный
неконвективный		Cirriform
в основном неконвективный		Слоисто-кучевые
ограниченно-конвективный		Кучевой
свободно-конвективный		Кучево-дождевые
сильноконвективный
Экстремальный уровеньЧВК: Серебристый вуалиСеребристые волны или водоворотыСеребристые полосы
Очень высокий уровеньАзотная кислота & воды PSCCirriform перламутровый PSCЧечевицеобразный перламутровый PSC
Высокий уровеньCirrostratusCirrusПеристо-кучевые облака
Средний уровеньАльтостратусВысококучевые облака
Низкий уровеньStratusСлоисто-кучевыеКучевые облака или же перелом
Многоуровневая или умеренная вертикальНимбостратусКучевые средние
Возвышающийся вертикальныйКучевые облакаКучево-дождевые облака

Гомосферные типы включают десять тропосферных родов и несколько дополнительных основных типов над тропосферой. Род кумулюсов включает четыре вида, которые имеют вертикальный размер и структуру.

Определение свойств

Спутники используются для сбора данных о свойствах облаков и другой информации, такой как количество облаков, высота, коэффициент излучения в ИК-диапазоне, видимая оптическая глубина, обледенение, эффективный размер частиц как для жидкости, так и для льда, а также температура и давление верхней части облака.

Обнаружение

Наборы данных о свойствах облаков собираются с помощью спутников, например MODIS, ПОЛЬЗОВАТЕЛЬ, КАЛИПСО или же ATSR. Приборы измеряют сияние облаков, из которых можно получить соответствующие параметры. Обычно это делается с помощью обратная теория.[34]

Метод обнаружения основан на том факте, что облака кажутся ярче и холоднее, чем поверхность земли. Из-за этого возникают трудности с обнаружением облаков выше ярких (очень отражающий ) поверхности, такие как океаны и лед.[34]

Параметры

Значение определенного параметра тем надежнее, чем больше спутников измеряют этот параметр. Это связано с тем, что диапазон ошибок и игнорируемых деталей варьируется от прибора к прибору. Таким образом, если анализируемый параметр имеет одинаковые значения для разных инструментов, считается, что истинное значение лежит в диапазоне, заданном соответствующими наборами данных.[34]

В Глобальный эксперимент по энергетическому и водному циклам использует следующие величины для сравнения качества данных с разных спутников, чтобы установить надежную количественную оценку свойств облаков:[34]

  • в облачность или количество облаков со значениями от 0 до 1
  • в температура облаков на вершина облака от 150 до 340 К
  • в давление облака наверху 1013 - 100 гПа
  • в Высота облака, измеряется над уровнем моря в диапазоне от 0 до 20 км
  • в облако ИК излучательная способность, со значениями от 0 до 1, со средним глобальным значением около 0,7
  • в эффективное количество облаков, количество облаков, взвешенное по коэффициенту ИК-излучения облака, со средним глобальным значением 0,5
  • в облако (видимое) оптическая глубина варьируется в пределах от 4 до 10.
  • в путь облака воды для жидкой и твердой (лед) фаз облачных частиц
  • в эффективный размер частиц облака как для жидкости, так и для льда, от 0 до 200 мкм

Обледенение

Еще одним важным свойством является обледенение различных типов облаков на разных высотах, что может иметь большое влияние на безопасность полета. Методологии, используемые для определения этих характеристик, включают использование данных CloudSat для анализа и извлечения условий обледенения, определение местоположения облаков с использованием геометрических данных и данных отражательной способности, идентификацию типов облаков с использованием данных классификации облаков и определение вертикального распределения температуры вдоль трассы CloudSat. (GFS).[35]

Диапазон температур, при которых могут возникать условия обледенения, определяется в зависимости от типа облаков и уровней высоты:

Слоисто-кучевые и слоистые облака низкого уровня могут вызывать обледенение в диапазоне температур от 0 до -10 ° C.
Для среднеуровневых высококучевых и высокослоистых облаков диапазон составляет от 0 до -20 ° C.
Вертикальные или многоуровневые кучевые облака, кучево-дождевые облака и нимбостатус создают обледенение в диапазоне от 0 до -25 ° C.
Высокие перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые облака обычно не вызывают обледенения, поскольку состоят в основном из кристаллов льда, температура которых ниже -25 ° C.[35]

Сплоченность и растворение

В гомосфере (включая тропосферу, стратосферу и мезосферу) действуют силы, которые могут влиять на структурную целостность облака. Было высказано предположение, что до тех пор, пока воздух остается насыщенным, естественная сила сцепления, удерживающая молекулы вещества вместе, может удерживать облако от разрушения. Однако это предположение имеет логический недостаток в том, что капли воды в облаке не контактируют друг с другом и, следовательно, не удовлетворяют условию, требуемому для действия межмолекулярных сил когезии. Растворение облака может происходить, когда процесс адиабатического охлаждения прекращается и подъем воздуха вверх заменяется на проседание. Это приводит по крайней мере к некоторой степени адиабатического нагревания воздуха, что может привести к тому, что облачные капли или кристаллы снова превратятся в невидимый водяной пар.[36] Более сильные силы, такие как сдвиг ветра и нисходящие потоки, могут воздействовать на облако, но они в значительной степени ограничены тропосферой, где происходит почти вся погода на Земле.[37] Типичное кучевое облако весит около 500 метрических тонн или 1,1 миллиона фунтов, что равно весу 100 слонов.[38]

Модели

Существуют две основные схемы моделей, которые могут представлять физику облаков, наиболее распространенной является модель объемной микрофизики, в которой используются средние значения для описания свойств облаков (например, содержание дождевой воды, содержание льда), свойства могут представлять только первый порядок (концентрацию) или также второго порядка (массового).[39]Второй вариант - использовать схему бункерной микрофизики, которая сохраняет моменты (массу или концентрацию) разными для разных размеров частиц.[40]Модели объемной микрофизики намного быстрее, чем модели бункеров, но менее точны.[41]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Миддлтон, Уильям Эдгар Ноулз (1966). История теорий дождя и других форм осадков. Олдборн. OCLC  12250134.[страница нужна ]
  2. ^ Pruppacher, Hans R .; Клетт, Джеймс Д. (1997). Микрофизика облаков и осадков (2-е изд.). Springer. ISBN  978-0-7923-4211-3.
  3. ^ Паунси, Фрэнсис Дж. (Февраль 2003 г.). «История облачных кодов и символов». Погода. 58 (2): 69–80. Bibcode:2003 Вт ... 58 ... 69P. Дои:10.1256 / wea.219.02.
  4. ^ Бланшар, Дункан С. (2004). От капель дождя до вулканов: приключения с метеорологией поверхности моря. Курьер Дувр. ISBN  978-0-486-43487-2.[страница нужна ]
  5. ^ Харви Вичман (4 августа 1997 г.). «Почему кажется, что облака всегда образуют отдельные сгустки? Почему нет однородного конденсированного тумана, особенно в ветреные дни, когда можно было бы ожидать перемешивания?». Scientific American. Получено 2016-03-19.
  6. ^ Наве, Р. (2013). «Адиабатический процесс». Гиперфизика. Государственный университет Джорджии. Получено 5 февраля, 2018.
  7. ^ "Плохие облака". Государственный колледж Пенсильвании, науки о Земле и минералах. Архивировано из оригинал 16 марта 2015 г.. Получено 5 февраля, 2018.
  8. ^ Хорстмейер, Стив (2008). «Облачные капли, капли дождя». Получено 19 марта 2012.
  9. ^ а б c Элементарная метеорология в Интернете (2013 г.). «Влажность, насыщенность и стабильность». vsc.edu. Архивировано из оригинал 2 мая 2014 г.. Получено 18 ноября 2013.
  10. ^ Элементарная метеорология в Интернете (2013 г.). «Подъем по фронтальным границам». Отделение атмосферных наук (DAS) в Университет Иллинойса в Урбане-Шампейн. Получено 5 февраля, 2018.
  11. ^ "Макрель небо". Погода онлайн. Получено 21 ноября 2013.
  12. ^ Ли М. Гренчи; Джон М. Несе (2001). Мир погоды: основы метеорологии: текст / лабораторное руководство (3-е изд.). Кендалл / Хант Издательская Компания. С. 207–212. ISBN  978-0-7872-7716-1. OCLC  51160155.
  13. ^ Freud, E; Розенфельд, Д. (2012). «Линейная зависимость между концентрацией числа капель конвективных облаков и глубиной при возникновении дождя». Журнал геофизических исследований: атмосферы. 117 (D2): D02207. Bibcode:2012JGRD..117.2207F. Дои:10.1029 / 2011JD016457.
  14. ^ О'Ниелл, Дэн (9 августа 1979 г.). "Град образование". Научный форум Аляски. 328. Архивировано с оригинал 11 июня 2007 г.. Получено 23 мая 2007.
  15. ^ «Найден самый большой град в истории США». 2003.
  16. ^ Лонг, Майкл Дж .; Хэнкс, Ховард Х .; Биби, Роберт Г. (июнь 1965 г.). «ПРОНИКНОВЕНИЕ ТРОПОПАУЗ КУМУЛОНИМБУСНЫМИ ОБЛАКАМИ». Архивировано из оригинал 3 марта 2016 г.. Получено 9 ноября 2014.
  17. ^ Пидвирный, М. (2006). «Процессы образования облаков» В архиве 2008-12-20 на Wayback Machine, глава 8 в Основы физической географии, 2-е изд.
  18. ^ Акерман, п. 109
  19. ^ Глоссарий по метеорологии (2009 г.). «Радиационное охлаждение». Американское метеорологическое общество. Архивировано из оригинал 12 мая 2011 г.. Получено 27 декабря 2008.
  20. ^ Фовелл, Роберт (2004). «Подходы к насыщению» (PDF). Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе. Архивировано из оригинал (PDF) 25 февраля 2009 г.. Получено 7 февраля 2009.
  21. ^ Пирс, Роберт Пенроуз (2002). Метеорология на пороге тысячелетия. Академическая пресса. п. 66. ISBN  978-0-12-548035-2.
  22. ^ Национальная служба погоды Офис, Спокан, Вашингтон (2009). «Вирга и сухие грозы». Национальное управление океанических и атмосферных исследований. Получено 2 января 2009.CS1 maint: несколько имен: список авторов (связь)
  23. ^ Барт ван ден Херк; Элеонора Блит (2008). «Глобальные карты связи Местная Земля-Атмосфера» (PDF). КНМИ. Архивировано из оригинал (PDF) 25 февраля 2009 г.. Получено 2 января 2009.
  24. ^ Рейли, Х. Эдвард; Шрай, Кэрролл Л. (2002). Введение в садоводство. Cengage Learning. п. 40. ISBN  978-0-7668-1567-4.
  25. ^ JetStream (2008 г.). «Воздушные массы». Национальная служба погоды. Архивировано из оригинал 24 декабря 2008 г.. Получено 2 января 2009.
  26. ^ Rogers, R.R .; Яу, М. (1989). Краткий курс физики облаков. Международная серия по естественной философии. 113 (3-е изд.). Elsevier Science. ISBN  978-0750632157.[страница нужна ]
  27. ^ Королев, Алексей V; Мазин, Илья П (2003). «Перенасыщение водяного пара в облаках». Журнал атмосферных наук. 60 (24): 2957–74. Bibcode:2003JAtS ... 60,2957K. Дои:10.1175 / 1520-0469 (2003) 060 <2957: sowvic> 2.0.co; 2.
  28. ^ Лу, Чунсонг; Лю, Янган; Ню, Шэнцзе (2012). «Метод различения и связи турбулентного уноса, перемешивания и столкновения-слияния в слоисто-кучевых облаках». Китайский научный бюллетень. 58 (4–5): 545–51. Bibcode:2013ЧСБУ..58..545Л. Дои:10.1007 / s11434-012-5556-6.
  29. ^ Сирватка, П. "Физика облаков: процесс Бержерона". Колледж DuPage Лаборатория погоды.
  30. ^ Сирватка, П. «Физика облаков: типы облаков». Колледж DuPage Weather Lab.
  31. ^ Э. К. Барретт; C.K. Грант (1976). «Идентификация типов облаков на изображениях LANDSAT MSS». НАСА. Получено 22 августа 2012.
  32. ^ а б c Всемирная метеорологическая организация, изд. (2017). "Определения, Международный атлас облаков". Архивировано из оригинал 27 марта 2017 г.. Получено 30 марта 2017.
  33. ^ Хсу, Джереми (2008-09-03). «Странные облака на краю атмосферы Земли». USA Today.
  34. ^ а б c d Stubenrauch, C.J; Rossow, W. B; Кинне, S; Акерман, S; Cesana, G; Chepfer, H; Ди Джироламо, L; Getzewich, B; Гиньяр, А; Хейдингер, А; Maddux, B.C; Menzel, W.P; Миннис, П; Жемчуг, C; Платник, S; Поульсен, К; Риеди, Дж; Сан-Мак, S; Вальтер, А; Винкер, Д; Цзэн, С; Чжао, Г. (2013). «Оценка наборов данных по глобальным облакам со спутников: проект и база данных, инициированные Радиационной комиссией GEWEX». Бюллетень Американского метеорологического общества. 94 (7): 1031–49. Bibcode:2013БАМС ... 94.1031С. Дои:10.1175 / БАМС-Д-12-00117.1. HDL:2060/20120014334.
  35. ^ а б Секция проверки прогнозов NOAA / ESRL / GSD (2009 г.). «Проверка обледенения WAFS» (PDF). Получено 11 ноября 2014.
  36. ^ Конституция Материи. Вестминстерский обзор. Болдуин, Крэдок и Джой. 1841. с. 43.
  37. ^ Центр естественнонаучного образования UCAR, изд. (2011). «Тропосфера - обзор». Получено 15 января 2015.
  38. ^ Соняк, Мэтт (4 апреля 2013 г.). "Сколько весит облако?". Ментальная нить. Получено 5 февраля, 2018.
  39. ^ Моррисон, H; Карри, Дж. А; Хворостянов, В. I (2005). «Новая двухмоментная параметризация микрофизики для применения в облачных и климатических моделях. Часть I: Описание». Журнал атмосферных наук. 62 (6): 1665–77. Bibcode:2005JAtS ... 62.1665M. Дои:10.1175 / JAS3446.1.
  40. ^ Хаин, А; Овчинников, М; Пинский, М; Покровский, А; Кругляк, H (2000). «Заметки о современном численном моделировании микрофизики облаков». Атмосферные исследования. 55 (3–4): 159–224. Bibcode:2000AtmRe..55..159K. Дои:10.1016 / S0169-8095 (00) 00064-8.
  41. ^ Хаин, А. П; Бехенг, К. Д; Хеймсфилд, А; Королев, А; Кричак, С.О; Левин, З; Пинский, М; Филлипс, V; Прабхакаран, Т; Teller, A; Ван ден Хивер, С. С.; Яно, Ж.-И (2015). «Представление микрофизических процессов в моделях с разрешением облака: спектральная (бин) микрофизика по сравнению с объемной параметризацией». Обзоры геофизики. 53 (2): 247–322. Bibcode:2015RvGeo..53..247K. Дои:10.1002 / 2014RG000468.