Лекция 1. Тема:Атмосферные осадки

Тема: Атмосферные осадки

Рассматриваемые вопросы: Формирование. Влияние поверхностных факторов. Вертикальный плювиометрический градиент. Зональное распределение. Формирование дождевого стока. Характеристики ливневых осадков. Редукция дождевых осадков. Редукция осадков по зонам.

Образование атмосферных осадков.

Водяной пар в атмосферу попадает с поверхности Земли, и основная его часть содержится в нижнем слое. В нижнем 5-километровом слое содержится 90 % всего пара. Водяной пар переходит в жидкое состояние, если его упругость достигает возможно максимального значения при данной температуре. Чем ниже температура воздуха, тем меньше в нем может содержаться пара, поэтому при понижении температуры повышается вероятность конденсации водяного пара.

Понижение температуры происходит, в частности, при восходящих движениях (адиабатический процесс). Восходящие движения воздушных масс происходят при: а) конвективных движениях в результате прогрева земной поверхности, б) при скольжении теплого воздуха по клину холодного, в) при поднятии по неровностям земной поверхности. При быстром поднятии осадкообразование происходит бурно, формируются ливни. При медленном процессе образуются обложные осадки.

Влияние подстилающей поверхности. Влагоперенос происходит с океана на сушу, поэтому важное значение имеет положение территории на материке. На большей части евразийского материка перенос влаги происходит с запада на восток.

Огромное влияние оказывает рельеф. С поднятием по горному склону количество осадков увеличивается. Количественный показатель этого увеличения Х=f(Н) – вертикальный плювиометрический градиент, чаще всего он выражается в мм на 100 м высоты. Он различен в разных горных системах. Кроме того, у гор стационируют атмосферные фронты, это также приводит к увеличению осадков.

Но возмущение и восхождение воздушных масс происходит не только в высоких горах, но и вообще при повышенной шероховатости водной поверхности. В итоге осадки заметно увеличены и в холмистом рельефе и на залесенной поверхности.

Непосредственно над значительными водоемами осадки уменьшаются – во-первых, в связи с пониженной шероховатостью водной поверхности, во-вторых, в связи с инверсиями температуры над водой.

Распределение по территории. На территории СНГ количество осадков возрастает с севера на юг – до южной части лесной зоны, и уменьшается вглубь территории – с запада на восток. На северном побережье выпадает всего 100-300 мм осадков в год. В умеренной зоне России их миниммум – в Якутии и Забайкалье. На западе СНГ годовое количество осадков 600-700 мм, в центральном ЭТС – 500-600 мм. В Арало-Каспийской низменности выпадает всего 100-150 мм. В горах осадки повышены – до 2000-3000 мм и даже до 5000 мм (Кавказ).

В Казахстане годовое количество осадков колеблется от 10 до 2000-2500 мм. На север Казахстана приходят преимущественно бедные влагой арктические массы. В лесостепной зоне выпадает в год выпадает 300-400 мм. В степной зоне – 250-300 мм. В Прибалхашье, на Устюрте, Кызылкумах местами количество осадков снижается до 10-75 мм в год. В горах годовые осадки могут превосходить 1000-2000 мм в год.

Стокоформирующие дожди. Чтобы дождевые осадки сформировали сток, влага сначала должна смочить земную поверхность, заполнить поры почвы, смочить растительность, заполнить микропонижения поверхности. На это уходит слой начальных потерь. Дождевые осадки вызывают сток в двух случаях: либо интенсивность дождя должна превосходить интенсивность впитывания влаги почвой (ливневые дожди), либо в течение длительного времени должно выпасть много осадков, которые превосходят слой начальных потерь (обложные дожди).

Продолжительность осадков может доходить до 5 суток. Так, в Аргентине, в провинции Формоса за 5 суток выпало 1200 мм осадков. Средняя интенсивность некоторых дождей продолжителностью в часы достигает 1-2 мм/мин. При коротких ливнях интенсивность достигает 3-4 мм/мин. Но если рассчитать по центру дождя, то его интенсивность может быть значительно больше. В штате Мэриленд в США зафиксирована интенсивность ливня 31,2 мм/мин.

Таким образом, чем за меньший промежуток времени мы рассчитываем максимальную интенсивность ливня, тем больше эта интенсивность, хотя суммарный слой будет, естественно, меньше. Это – редукция слоя дождя по времени. Интенсивность ливня в центре дождя больше, чем на какой-то площади. Это – редукция дождя по площади. Соответствующие характеристики используются при расчетах максимального дождевого стока.

Режим стока определяется в результате сложного взаимодействия физико-географических факторов, среди которых обычно выделяют две главные группы. Первая – метеорологические (климатические) факторы: осадки, испарение, солнечная радиация, температура воздуха и почвы и направление ветра. Вторая группа – факторы подстилающей поверхности: геологическое строение водосбросов, почвы, растительный покров, расчлененность рельефа, озера, болота, форма водосборной площади и т.п.

Для измерения атмосферных осадков применяется осадкомер Третьякова с приемной площадью 200 см² и лепестковой защитой, которая защищает в основном твердые осадки от выдувания ветром. Осадки, выпадающие на сушу, делятся на жидкие (дожди, роса) и твердые (снег, иней, изморозь, град). Количество воды, выделяющееся из воздуха в виде инея, изморози и росы, невелико по сравнению с дождями и снегом. В питании рек, находящихся в южных странах, огромную роль играют осадки, выпадающие в горах выше снеговой линии, образующие здесь ледники.

Жидкие осадки характеризуются продолжительностью t (обычно в часах) и интенсивностью i – высотой слоя, выпадающим на горизонтальную поверхность в единицу времени (обычно в мм/мин). Для условий СНГ существуют следующие категории дождей, которые определяются этими двумя параметрами и временем года. К первой относятся ливни умеренного пояса – дожди большой интенсивности и малой продолжительности, выпадающие в летнее время.

Чем выше расположена местность в горах над уровнем океана, тем больше выпадает осадков. Так, по данным на высоте 2000 м над уровнем океана количество осадков увеличивается в 2-3 раза по сравнению с количеством, выпадающим на прилегающих к горной местности равнинах. Объясняется это тем, что поднимающийся по склонам гор воздух охлаждается, тем самым создаются благоприятные условия для конденсации водяных паров и выпадения осадков. Однако восходящий поток воздуха на своем пути расходует большую часть своих запасов влаги, поэтому на отметках выше 3000-3500 м наблюдается уменьшение количества выпадающих осадков. По данным наблюдений за осадками вычисляют средние многолетние слои, которые наносятся на карты, и строятся линии равных высот. Следует обратить внимание на некоторую условность, имеющую место при определении средних значений высот слоя осадков, их продолжительности при построении изогиет. Прежде всего, осадки фиксируются сравнительно негустой сетью метеорологических станций. Тучи, из которых они выпадают, неоднородны, поэтому при прохождении над метеостанцией периферийной части тучи в дождемер попадает меньшее количество осадков, чем их выпадает в ее центре. Далее, осадки выпадают из движущихся туч, отсюда их продолжительность, фиксируемая на метеостанции, зависит от скорости ветра. Следовательно, речь идет о пространственно-временном осреднении, для реализации которого необходим достаточно длительный период времени наблюдений. Как было отмечено выше, интенсивность ливней из-за особенностей строения ливневых туч уменьшается с увеличением их продолжительности и величины орошаемой площади.

В частности, такой характер зависимости интенсивности ливней от продолжительности был обнаружен при специальном методе обработки плювиограмм – кривых зависимости высоты слоя осадков от времени, получаемых в специальных приборах-самописцах-плювиографах. Метод был разработан в ГГИ Г.А.Алексеевым; он заключался в том, что на плювиограммах выделяем только ту часть, которая относилась к ливням в соответствии с таблицей Берга. Следовательно, при заданной продолжительности принимались во внимание осадки максимальной интенсивности.

Дата добавления: 2014-01-11