Горизонтальний розподіл водності у хмарах різних типів
Систематизовано дані вимірів водності в горизонтальному просторі хмар різних форм: шаруватих, шарувато-купчастих, шарувато-дощових, високошаруватих і висококупчастих. Розраховано флуктуації водності в чотирьох прошарках (0,01-0,25, 0,26-0,50, 051-0,75, 0,76-0,99) кожної хмари відносно її нижньої меж...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту |
|---|---|
| Datum: | 2009 |
| Hauptverfasser: | , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут МНС та НАН України
2009
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18271 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Горизонтальний розподіл водності у хмарах різних типів / Т.М. Заболоцька, Т.М. Шпиталь // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту: Зб. наук. пр. — 2009. — Вип. 258. — С. 106-113. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859741356375670784 |
|---|---|
| author | Заболоцька, Т.М. Шпиталь, Т.М. |
| author_facet | Заболоцька, Т.М. Шпиталь, Т.М. |
| citation_txt | Горизонтальний розподіл водності у хмарах різних типів / Т.М. Заболоцька, Т.М. Шпиталь // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту: Зб. наук. пр. — 2009. — Вип. 258. — С. 106-113. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту |
| description | Систематизовано дані вимірів водності в горизонтальному просторі хмар різних форм: шаруватих, шарувато-купчастих, шарувато-дощових, високошаруватих і висококупчастих. Розраховано флуктуації водності в чотирьох прошарках (0,01-0,25, 0,26-0,50, 051-0,75, 0,76-0,99) кожної хмари відносно її нижньої межі. Визначено тип розподілу флуктуацій водності та масштаб неоднорідності.
Систематизированы измерения водности в горизонтальном пространстве облаков различных форм: слоистых, слоисто-кучевых, слоисто-дождевых, высокослоистых и высококучевых. Рассчитаны флуктуации водности в четырех слоях (0,01-0,25, 0,26-0,50, 0,51-0,75, 0,76-0,99) каждого облака относительно его нижней границы. Определены тип распределения флуктуаций водности и масштаб неоднородности.
Systematized measurements of liquid-water content horizontal space of clouds of various forms: stratus, stratocumulus, nimbostratus and altostratus. Fluctuations of liquid-water content intended in four layers (0,01-0,25, 0,26-0,50, 0,51-0,75, 0,76-0,99) of each cloud relative to its lower limit. The type of distribution of fluctuations and scale of dissimilarity are specified.
|
| first_indexed | 2025-12-01T17:09:18Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 551. 576. 1
Т.М. Заболоцька, Т.М. Шпиталь
ГОРИЗОНТАЛЬНИЙ РОЗПОДІЛ ВОДНОСТІ У ХМАРАХ
РІЗНИХ ФОРМ
Систематизовано дані вимірів водності в горизонтальному просторі
хмар різних форм: шаруватих, шарувато-купчастих, шарувато-
дощових, високошаруватих і висококупчастих. Розраховано флуктуації
водності в чотирьох прошарках (0,01-0,25, 0,26-0,50, 051-0,75, 0,76-
0,99) кожної хмари відносно її нижньої межі. Визначено тип розподілу
флуктуацій водності та масштаб неоднорідності.
Вступ
Дані про мікрофізичний стан хмар різних форм потрібні для
вирішення таких глобальних задач, як побудова теорії взаємозв'язку хмар
і сонячної радіації, моделей загальної циркуляції атмосфери та змін
клімату, а також для розв'язання прикладних проблем, а саме: для
розрахунків обледеніння літаків, технології супутникових спостережень
за хмарами, прогнозу хмар, оцінки поглинання електромагнітного
випромінювання та ін. Без надійної інформації про мікроструктуру хмар
різних форм неможливо уявити механізм утворення опадів.
Кожна хмара є дуже неоднорідним дисперсним середовищем, у
якому неоднорідність властива всім її показникам. Тому їх визначення і
подальше використання можливе завдяки аналізу великого обсягу
спостережень. Проте в літературі існує небагато робіт, в яких визначення
закономірностей просторового розподілу мікрофізичних параметрів
виконано на достатньому статистичному матеріалі спостережень. У [2] на
базі накопичених у 1977-1984 рр. експериментальних даних про
мікрофізичний стан шаруватоподібних хмар рекомендовано
параметризацію вертикального розподілу водності. Автори вважають
свою роботу найбільш забезпеченою експериментальними даними, проте
слід зауважити, що для збільшення об'єму вибірки об'єднувались дані,
отримані в різних фізико-географічних умовах (Прибалтика, окремі
райони ЄТР, Середня Азія, Далекий Схід) та в різний час (від березня до
листопада). Крім того, в одну групу включали дані зондувань, виконані в
шаруватих і висококупчастих хмарах.
106 Наук. праці УкрНДГМІ, 2009, Вип. 258
В Україні накопичено значну кількість вимірів мікрофізичних
параметрів хмар різних форм завдяки літаковому зондуванню атмосфери
протягом 30 років (1960-1990 рр.). Зондування виконувались практично
над одним і тим самим районом (центральні райони України), тобто не
було фізико-географічного впливу, тому визначені параметри можна
вважати відповідальними за фізичні процеси, що відбуваються у хмарах.
Матеріали та метод досліджень
Однією з найбільш важливих характеристик мікроструктури хмар
різних форм є водність. Для побудови вертикального профілю водності та
його параметризації важливе значення має оцінка неоднорідності
розподілу водності в горизонтальному просторі, оскільки під час
вертикального зондування хмар літак по горизонталі пролітає у 20-50
разів більший шлях, ніж по вертикалі.
Визначаючи просторову неоднорідність розподілу водності,
використовували виміри на горизонтальних площадках, які здійснювали
на різних рівнях у хмарі. Загалом було створено бази даних для хмар
різних форм: шаруватих (St), шарувато-купчастих (Sc), шарувато-
дощових (Ns), високошаруватих (As) і висококупчастих (Ac), в яких
кожна хмара була представлена такими характеристиками, як межі хмари,
температура на них, товщина, рівні вимірів водності, визначені відносно
нижньої межі, розраховані флуктуації водності та відстань між
послідовними вимірами.
У роботі використано матеріали вертикальних зондувань з вимірами
водності на горизонтальних площадках в шаруватих хмарах, шарувато-
купчастих, шарувато-дощових, високошаруватих і висококупчастих
(табл. 1).
Таблиця 1
Квантілі (50 % чисельник, 90 % знаменник) розподілу товщини
температури на нижній межі хмар різних форм
Форма хмар
Товщина,
км
Температура
на нижній
межі, оС
Кількість
вимірів
водності
Кількість
зондувань
St 0,40 / 0,80 -2 / -7 2680 249
Sc 0,35 / 0,75 -4 / -10 1210 165
Ns 0,90 / 2,0 -1 / -7 760 95
As, Ac 0,40 / 1,0 -7 / -16 194 34
107
Щоб збільшити статистику, дані вимірів водності у As і Ac
об'єднали в одну групу, тим більше, що середні значення товщини (∆H) і
температури на нижній межі (Тнг) незначно відрізняються між собою. Всі
зондування виконано в холодний період року, з листопада до березня
включно, саме в цей час спостерігають найбільшу повторюваність
шаруватоподібних хмар. Медіанні значення товщини (50 % квантіль) для
St, Sc і As-Ac близькі між собою і становлять 0,35-0,40 км, для Ns удвічі
більше – 0,9 км. У 90 % випадків товщина шаруватих та шарувато-
купчастих хмар не перевищувала 0,8 км, високошаруватих та
висококупчастих – 1,0 км і шарувато-дощових – 2,0 км (табл. 1).
Температура на нижній межі шаруватих і шарувато-дощових хмар
практично однакова, у межах -1…-7°С, шарувато-купчастих – -4…-10°С і
високошаруватих та висококупчастих – -7...-16°С. На нижній межі хмар
(крім As-Ac) фіксували й позитивну температуру (від 0 до 5°С): у Sc –
15%, St і Ns – 25 % випадків. Затримуючі прошарки (ізотермія та інверсія)
спостерігали тільки у хмарах нижнього ярусу поблизу верхньої межі: у
шаруватих хмарах – 46 % випадків, шарувато-купчастих – 42 %,
шарувато-дощових – 11 %.
За даними [3], флуктуації водності в шаруватоподібних хмарах
існують завжди з масштабом близько 1,0 км. На дещо більші значення
масштабу неоднорідності, визначені за оптичною густиною, вказують у
[1]: для St, Sc – 1,4 км, Ns – 1,6-1,7 км, As,Ac – у межах 0,85-1,2 км.
Виміри водності на горизонтальних площадках в Україні переважно
виконували з дискретністю 10-20 сек. Усього було виконано близько 5000
вимірів (у St – 2680, Sc – 1210, Ns – 760 і As-Ac – 194). Всі виміри далі
було згруповано за чотирма прошарками відносно нижньої межі хмари:
H-Ннг/∆H = 0,01-0,25, 0,26-0,50, 0,51-0,75 і 0,76-0,99. У St, Sc, As-Ac
вимірів у першому прошарку було 15 % від загальної кількості, другому і
третьому – 30 %, четвертому – 25 %. У Ns кількість вимірів була майже
однаковою у всіх прошарках (від 22 до 28 %). Дані вимірів водності на
горизонтальних площадках можна вважати репрезентативними, оскільки,
за попередніми дослідженнями [3], значення параметрів мікроструктури є
такими, якщо здійснюється не менше ніж 20 вимірів у кожній хмарі.
Дослідження та їх аналіз
Аналіз даних вимірів водності через значну їх мінливість
проводили в декількох напрямах: а) розподіл флуктуацій водності (∆W)
залежно від її середнього значення в горизонтальному просторі, тому що
108
довжина площадок була різною; б) розподіл горизонтального градієнта
водності; в) розподіл горизонтального градієнта водності залежно від
товщини хмари; г) розподіл горизонтального градієнта водності за умови
нормування кожного виміру водності на її середнє значення на площадці.
Всі напрями досліджень було опрацьовано на базі даних шаруватих
хмар, оскільки саме в них виконано найбільшу кількість вимірів. У
варіанті а) було виділено три групи хмар із середніми значеннями
водності: < 0,10, 0,11-0,20, > 0,20 г/м3. На рис. 1 представлено розподіл
∆W у хмарах із середньою водністю < 0,10 г/м3, який можна віднести до
біноміального типу.
0
5
10
15
20
25
30
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09
г/м3
%
Рис. 1. Розподіл флуктуацій водності за її середнім значенням < 0,10 г/м3
Подібний тип розподілу спостерігався і у двох інших групах хмар,
проте були й відмінності. Вони полягали в тому, що зі збільшенням
середньої водності розподіл стає більш пологим, тобто зменшується
максимум, який властивий ∆W = 0,01 г/м3 та розширюється спектр:
Середня водність, г/м3 Максимум, % Розмах, г/м3
< 0,10 26 0 – 0,09
0,11 – 0,20 16 0 – 0,14
> 0,20 14 0 – 0,25
Розподіл горизонтального градієнта водності (варіант б) також
можна віднести до біноміального. Подібний тип розподілу зберігається і у
хмарах різної товщини: ∆H ≤ 300, 301-600, > 600 м (варіант в). Градієнт
109
розраховано на 1 км шляху і для зручності аналізу збільшено на 102
(табл. 2).
Таблиця 2
Повторюваність (%) горизонтального градієнта водності
(г/м3 км-1 102) в шаруватих хмарах різної товщини
Товщина, м 0 0…1 1…5 5…10
≤ 300 16 31 29 24
301 – 600 8 38 34 20
> 600 6 33 42 19
Дані табл. 2 свідчать, що зі збільшенням ∆H зменшується
повторюваність 0-х значень градієнта (відповідно 16, 8, 6 %).
Максимальна повторюваність його для хмар товщиною ≤ 300 і 301-600 м
припадає на градацію 0…1, а для хмар з ∆H > 600 м – на градацію 1…5.
Розподіл горизонтального градієнта водності за умови нормування
кожного виміру водності на її середнє значення на площадці (варіант г )
також має біноміальний тип розподілу (рис. 2).
0
5
10
15
20
25
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
1/км
%
Рис. 2. Повторюваність (%) горизонтального градієнта нормованої водності
Водність у будь-якій хмарі нерівномірно змінюється по вертикалі,
тому розподіл ∆W було розглянуто в горизонтальному просторі чотирьох
прошарків за висотою відносно нижньої межі шаруватих хмар (0,01-0,25,
0,26-0,50, 0,51-0,75, 0,76-0,99). У цілому тип розподілу ∆W по горизонталі
у всіх прошарках є біноміальним. Малі значення флуктуацій водності (0 і
110
0,01 г/м3) мають найбільшу повторюваність, проте вона зменшується від
нижньої межі до верхньої (відповідно 35, 23, 24, 17,5 %). Ширина спектра
також збільшується. Таким чином, флуктуації водності менші в першому
прошарку (поблизу нижньої межі) і найбільші в четвертому (біля верхньої
межі хмар); у другому і третьому прошарках параметри розподілу
практично однакові.
Розподіл значень ∆W для всіх форм хмар (за вибіркою у 95 %) є
однаковим – біноміальним (рис. 3). Максимум розподілу приходиться на
малі значення флуктуацій водності (0, 0,01 г/м3): St – 26, Sc – 29, Ns – 19,
As-Ac – 22 %. Ширина спектра збільшується від St, Sc до Ns, As-Ac: St –
0...0,19, Sc – 0...0,17, Ns – 0...0,30, As-Ac – 0...0,39 г/м3.
0
2
4
6
8
10
12
14
0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0,12 0,14 0,16 0,18 0,2
г/м3
%
Рис. 3. Повторюваність (%) флуктуацій водності (г/м3) у шаруватих хмарах
Відповідні квантілі розподілу ∆W (г/м3) у хмарах різних форм:
Квантілі, % St, Sc Ns, As-Ac
50 0,03 – 0,04 0,05
75 0,06 – 0,07 0,13 – 0,15
90 0,12 – 0,13 0,24 – 0,30
Таким чином, для шаруватих і шарувато-купчастих хмар характерні
менші значення флуктуацій водності.
Спектр відстаней (L, км), на яких фіксували значення водності,
найвужчий у St, далі від Sc до As-Ac він розширюється. Проте більша
частина (90 % від загальної кількості) вимірів водності на горизонтальних
111
площадках у St здійснювали на відстанях до 3,6 км, Sc – 3,9, Ns – 4,1, As-
Ac – 4,5 км. Якщо зважити, що за вертикальним зондуванням атмосфери
вимір водності здійснюється на шляху у 5-10 км, то для кожної форми
хмар за визначенням водності на певній висоті враховуються існуючі
флуктуації у горизонтальному просторі (табл. 3).
Таблиця 3
Квантілі (n,%) розподілу масштабу неоднорідності (км) для різних
значень флуктуацій водності (г/м3)
Форма
хмар
n,
%
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09-
0,10
0,11-
0,13
St 50
75
90
1,85
2,50
3,45
1,80
2,45
3,50
1,80
2,60
3,70
1,80
2,60
3,70
1,85
2,80
3,50
1,80
2,30
3,20
1,75
2,50
3,70
1,75
2,25
3,90
1,65
2,25
2,75
Sc 50
75
90
1,80
2,50
3,50
1,95
2,90
3,65
1,80
2,90
4,0
1,85
3,20
4,10
1,80
2,50
3,20
2,10
2,75
3,70
1,80
2,75
4,0
Ns 50
75
90
2,80
3,90
5,60
2,25
3,0
4,80
2,30
3,35
4,8
2,15
3,0
3,80
2,45
4,10
5,20
2,25
3,50
4,65
2,35
3,05
4,60
2,35
3,45
4,30
2,50
3,30
4,75
2,35
3,95
5,20
2,20
3,90
5,45
As-Ac 50
75
90
2,85
4,50
6,0
3,10
4,90
7,20
Масштаб неоднорідності в кожній формі хмар визначено для
основного діапазону флуктуацій водності: у St – 0-0,08, Sc – 0-0,06, Ns –
0-0,13 і As-Ac – 0-0,15 г/м3. Через невелику кількість вимірів водності у
As-Ac її флуктуації представлено двома групами: 0-0,05 і 0,06-0,15 г/м3.
Дані свідчать, що у St з імовірністю 50 % основну частину спектра
флуктуацій водності можна спостерігати на відстані до 1,8 км, з
імовірністю 75 % – 2,4-2,5 км, а з імовірністю 90 % – до 3,5 км.
Така тенденція характерна кожній формі хмар, тільки масштаб
неоднорідності різний. Якщо розглядати тільки ті значення флуктуацій
водності, що мають максимальну повторюваність 0 і 0,01 г/м3 (тобто
майже однорідні ділянки), то з імовірністю 90 % у St їх можна
спостерігати на відстані до 3,4-3,5 км, Sc – 3,5-3,7, Ns – 4,8-5,6 і As-Ac –
5,2 км.
112
Висновки
Розподіл флуктуацій водності в горизонтальному просторі всіх
форм хмар є біноміальним.
Тип горизонтального розподілу флуктуацій водності зберігається на
різних рівнях відносно нижньої межі хмар.
Спектр розподілу флуктуацій водності збільшується від шаруватих
(St) та шарувато-купчастих (Sc) до шарувато-дощових (Ns) і далі до
високошаруватих (As) і висококупчастих (Ac) хмар.
Флуктуації водності з імовірністю 75 % у шаруватих хмарах існують
у межах 0…0,08 г/м3, шарувато-купчастих – 0…0,06 г/м3, шарувато-
дощових – 0…0,13 г/м3, високошаруватих і висококупчастих –
0…0,15 г/м3.
* *
1. Косарев А.Л., Мазин И.П., Невзоров А.Н., Шугаев В.Ф. Оптическая
плотность облаков // Тр. ЦАО. – 1976. – Вып. 124. – 169 с.
2. Мазин И.П., Монахова Н.А., Шугаев В.Ф. Вертикальное распределение
водности и оптических характеристик в континентальных облаках слоистых
форм // Метеорология и гидрология. – 1996. – № 9. – С. 14-34.
3. Минервин В.Е. Флуктуации водности в облаках слоистых форм // Тр. ЦАО. –
1966. – Вып. 71. – С. 92-111.
Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут, Київ
Т.Н. Заболоцкая, Т.М. Шпиталь
Горизонтальное распределение водности в облаках различных форм
Систематизированы измерения водности в горизонтальном пространстве
облаков различных форм: слоистых, слоисто-кучевых, слоисто-дождевых,
высокослоистых и высококучевых. Рассчитаны флуктуации водности в
четырех слоях (0,01-0,25, 0,26-0,50, 0,51-0,75, 0,76-0,99) каждого облака
относительно его нижней границы. Определены тип распределения
флуктуаций водности и масштаб неоднородности.
T.M. Zabolotska, T.M. Shpital
Horizontal distribution of liquid-water content in different cloud forms
Systematized measurements of liquid-water content horizontal space of clouds of
various forms: stratus, stratocumulus, nimbostratus and altostratus. Fluctuations
of liquid-water content intended in four layers (0,01-0,25, 0,26-0,50, 0,51-0,75,
0,76-0,99) of each cloud relative to its lower limit. The type of distribution of
fluctuations and scale of dissimilarity are specified.
113
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-18271 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | XXXX-0054 |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2025-12-01T17:09:18Z |
| publishDate | 2009 |
| publisher | Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут МНС та НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Заболоцька, Т.М. Шпиталь, Т.М. 2011-03-19T19:41:30Z 2011-03-19T19:41:30Z 2009 Горизонтальний розподіл водності у хмарах різних типів / Т.М. Заболоцька, Т.М. Шпиталь // Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту: Зб. наук. пр. — 2009. — Вип. 258. — С. 106-113. — Бібліогр.: 3 назв. — укр. XXXX-0054 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18271 551. 576. 1 Систематизовано дані вимірів водності в горизонтальному просторі хмар різних форм: шаруватих, шарувато-купчастих, шарувато-дощових, високошаруватих і висококупчастих. Розраховано флуктуації водності в чотирьох прошарках (0,01-0,25, 0,26-0,50, 051-0,75, 0,76-0,99) кожної хмари відносно її нижньої межі. Визначено тип розподілу флуктуацій водності та масштаб неоднорідності. Систематизированы измерения водности в горизонтальном пространстве облаков различных форм: слоистых, слоисто-кучевых, слоисто-дождевых, высокослоистых и высококучевых. Рассчитаны флуктуации водности в четырех слоях (0,01-0,25, 0,26-0,50, 0,51-0,75, 0,76-0,99) каждого облака относительно его нижней границы. Определены тип распределения флуктуаций водности и масштаб неоднородности. Systematized measurements of liquid-water content horizontal space of clouds of various forms: stratus, stratocumulus, nimbostratus and altostratus. Fluctuations of liquid-water content intended in four layers (0,01-0,25, 0,26-0,50, 0,51-0,75, 0,76-0,99) of each cloud relative to its lower limit. The type of distribution of fluctuations and scale of dissimilarity are specified. uk Український науково-дослідний гідрометеорологічний інститут МНС та НАН України Наукові праці Українського науково-дослідного гідрометеорологічного інституту Фізика атмосфери, метеорологія і кліматологія Горизонтальний розподіл водності у хмарах різних типів Горизонтальное распределение водности в облаках различных форм Horizontal distribution of liquid-water content in different cloud forms Article published earlier |
| spellingShingle | Горизонтальний розподіл водності у хмарах різних типів Заболоцька, Т.М. Шпиталь, Т.М. Фізика атмосфери, метеорологія і кліматологія |
| title | Горизонтальний розподіл водності у хмарах різних типів |
| title_alt | Горизонтальное распределение водности в облаках различных форм Horizontal distribution of liquid-water content in different cloud forms |
| title_full | Горизонтальний розподіл водності у хмарах різних типів |
| title_fullStr | Горизонтальний розподіл водності у хмарах різних типів |
| title_full_unstemmed | Горизонтальний розподіл водності у хмарах різних типів |
| title_short | Горизонтальний розподіл водності у хмарах різних типів |
| title_sort | горизонтальний розподіл водності у хмарах різних типів |
| topic | Фізика атмосфери, метеорологія і кліматологія |
| topic_facet | Фізика атмосфери, метеорологія і кліматологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18271 |
| work_keys_str_mv | AT zabolocʹkatm gorizontalʹniirozpodílvodnostíuhmarahríznihtipív AT špitalʹtm gorizontalʹniirozpodílvodnostíuhmarahríznihtipív AT zabolocʹkatm gorizontalʹnoeraspredelenievodnostivoblakahrazličnyhform AT špitalʹtm gorizontalʹnoeraspredelenievodnostivoblakahrazličnyhform AT zabolocʹkatm horizontaldistributionofliquidwatercontentindifferentcloudforms AT špitalʹtm horizontaldistributionofliquidwatercontentindifferentcloudforms |