Облачность и ограниченная видимость, как основные факторы, определяющие сложность метеорологических условий

Низкая облачность. Структура низкой облачности

При осуществлении посадки самолета для оценки видимости большое значение имеет наличие или отсутствие облаков, их форма, высота нижней границы, особенности структуры нижней границы низких облаков, а также соотношение наклонной и горизонтальной видимости.

По экспериментальным данным Е. И. Гоголевой (5), полученным с неподвижного аэростата, были выявлены некоторые закономерности в соотношении горизонтальной видимости у земной поверхности и наклонной видимости при низкой слоистой облачности:

Высота облаков не больше 100 м. Дальность наклонной видимости составляет 25−45% дальности горизонтальной видимости у земли. Если видимость у земли равна 1000 — 2000 м, наземные объекты обнаруживаются с высоты 50 м в 40% случаев, а при видимости у земли более 2000 м — уже в 100% случаев.

При высоте нижней границы облаков меньше 100 м дальность наклонной видимости иногда может быть меньше 1000 м даже тогда, когда у земли горизонтальная видимость равна 2 — 3 км.

Высота нижней границы облаков 100 — 200 м. Дальность наклонной видимости при выходе из облаков составляет 40 — 70% дальности горизонтальной видимости у земли. С повышением облаков дальность наклонной видимости увеличивается. При высоте 100 — 150 м она составляет 40 — 50% горизонтальной видимости у земли, а при высоте 150 — 200 м — от 60 до 70%.

Высота нижней границы облаков больше 200 м. В этом случае наклонная видимость в подоблачном слое близка к горизонтальной видимости у земли.

Влияние низкой облачности на полеты обусловлено не только расположением ее на небольшой высоте, но и сложным строением нижней границы облаков.

Основными формами нижней облачности являются облака слоистые (St) и слоисто-кучевые (Sc).Несмотря на их внешнее различие, они очень близки по условиям формирования и по микроструктуре. Разновидностями St являются разорванно-слоистые (St fr) и разорванно-дождевые (Frnb) облака, наблюдающиеся обычно в зонах фронтальных осадков и предфронтального падения давления.

Нижняя граница St и Sc не является резко очерченной поверхностью, а представляет собой некоторый слой постепенного уплотнения по высоте облака и ухудшения видимости, аналогично переходу от дымки к густому туману. Такая структура нижней кромки объясняется, прежде всего, неоднородным строением низких слоистообразных облаков. В самой нижней своей части эти облака обычно состоят из очень мелких капелек, с высотой количество и размер капель увеличиваются. В связи с этим понятие «нижняя граница» облачности является в известной мере условным. Толщина переходного слоя нижней кромки облаков зависит от ряда факторов, в первую очередь, от турбулентности. В целом она больше у слоистых облаков, чем у слоисто-кучевых, нижняя граница которых выражена более отчетливо (6, 9, 11).

Исследования, проведенные в ЦАО (12, 13) показали, что нижнее основание облачности представляет собою поверхность, которая быстро меняет свои очертания, как во времени, так и в пространстве. Во время исследований были проведены сравнения одновременных замеров высоты облаков в двух точках, расположенных на расстоянии 500 м. Сравнение показало, что колебания нижней границы облачности высотой 100 м и ниже в 67% случаев не превышает 0.1 своей высоты, в 27% случаев изменения достигают 0.3 и только 6% случаев половины своей высоты. При этом отмечено, что изменение высоты нижней границы облаков на большом расстоянии и в короткий срок может быть весьма различным.

Уровень, принимаемый условно за высоту нижней границы облаков будет несколько различным при измерении его разными способами.

По наблюдениям с самолета обычно получаются более низкие значения высоты облаков, чем по данным шаропилотных и инструментальных наблюдений. Наибольшие различия бывают в случаях St или St fr при слабом приземном ветре и при малых вертикальных градиентах температуры в подоблачном слое, когда у поверхности Земли наблюдается ухудшенная видимость из-за дымки или из-за осадков. При Sc, а также при хорошей видимости у земной поверхности наблюдения летчиков почти не расходятся с данными шаропилотных и инструментальных наблюдений.

В общем случае колебание высоты нижней границы облаков в данной точке складывается из систематических, периодических и случайных ее изменений. Систематические изменения определяются общей тенденцией изменения высоты, связанной с постепенной перестройкой поля влажности нижнего слоя атмосферы. Они обусловлены синоптическими процессами или суточным ходом.

Периодические изменения имеют волновую природу и определяются характером поля воздушных течений на малых высотах. Случайные изменениянеупорядоченные колебания флуктуационного характера, вызванные преимущественно турбулентностью. Все названные виды колебаний могут проявляться одновременно и обуславливать значительную временную и пространственную изменчивость высоты нижней границы облаков.

Для анализа изменений высоты нижней границы облаков, а также ее структуры во времени и пространстве в районе аэродрома Кемерово был произведен ряд расчетов.

За период с 2002 по 2004 гг. наблюдалось 1123 случая облачности с высотой 200 м и ниже. За один случай принималось понижение облачности до высоты 200 м и менее. Если в течение 1 часа и более наблюдалось повышение облачности выше 200 м, а затем вновь происходило ее понижение, то это считалось самостоятельным случаем. Иногда в течение одного случая с низкой облачностью наблюдалась ни одна форма облаков. Все это учитывалось в общем подсчете различных сочетаний низких облаков с другими формами облаков.

В результате исследования было установлено, что за этот трехлетний период наблюдались низкие облака: разорванно-дождевые (Frnb) в сочетании со слоисто-дождевой (Ns) и кучево-дождевой (Cb), слоистые (St), разорванно-слоистые (St fr) под слоистой облачностью. Все случаи были распределены в три группы и для каждой группы подсчитана повторяемость за трехлетний период (таблица 1).

Таблица 1.1 — Повторяемость различных форм низких облаков в аэропорту Кемерово, в процентах.

Чаще всего наблюдались облака Frnb под общей массой Cb (54%). Примерно в равной степени происходило образование облаков Frnb под Ns (24%) и St, St fr под St (22%).

В годовом ходе наибольшая повторяемость низких облаков наблюдалась в осенние месяцы — в октябре (11.8%), ноябре (16.9%), а также весной — в апреле (10.2%).

В мае отмечалось всего 4 случая с низкими облаками, в июне — 36, что соответствует минимумам повторяемости в годовом ходе: 0.2% - в мае, 3.2% - в июне.

Таблица 1.2 — Годовой ход повторяемости высоты облаков 200 м и ниже в аэропорту Кемерово, в процентах

Если рассматривать годовой ход низких облаков по выделенным нами типам (таблица 3), то можно сделать вывод, что Frnb под общей массой Cb наблюдаются во все месяцы год и имеют 2 максимума: в марте (81 сл.) и ноябре (119 сл.).

Таблица 1.3 — Годовой ход повторяемости (число случаев) низких облаков различных форм.

Frnb с Ns — не наблюдались в период с мая по сентябрь. В остальные месяцы года повторяемость этих облаков имеет плавный ход с небольшим максимумом в ноябре (63 сл.) и минимумом в марте (20 сл.).

Для формирования слоистых (St) и разорванно-слоистых (St fr) облаков наиболее благоприятными были условия в июле и августе (64 сл.), что связано с наличием плотных, высоких туманов в эти месяцы, образующимися после выпадения дневных ливней, а также, связанными с прохождением теплых фронтов.

Для всех случаев с низкой облачностью была рассчитана общая непрерывная продолжительность, средняя и максимальная продолжительность низких облаков для всех сезонов года. Результаты представлены в таблице 4.

Наибольшая непрерывная продолжительность низкой облачности характерна для осеннего периода (299 час) и зимнего (246.5 час). Весной и летом число случаев уменьшается, непрерывная продолжительность низких облаков в эти периоды составляет соответственно 179 и 188 часов.

Таблица 1.4 — Повторяемость непрерывной продолжительности низкой облачности (от 0 до 200м) для сезонов года, в процентах.

Низкая облачность в районе аэропорта Кемерово может сохраняться от 1 до нескольких часов в сутки. В большинстве случаев непрерывная продолжительность существования низких облаков колеблется в пределах около 1 часа и 2 — 3 часов во все сезоны, но чаще всего отмечается понижение облачности с продолжительностью в пределах 1 часа. Исключение составляет лето, когда наибольшая повторяемость приходится на непрерывную продолжительность от 2 до 3 часов. Число случаев низких облаков с непрерывной продолжительностью от 7 до 12 часов невелико (4 — 6), но осенью их несколько больше (8).

За весь трехлетний период было выявлено по одному случаю в каждом сезоне, когда низкая облачность сохранялась более 13 часов: в январе (17 часов 23 минуты), апреле (14 часов), августе (18 часов), октябре (13 часов 30 минуты).

Средняя продолжительность зимой, весной, осенью мало отличается по значениям друг от друга (от 2.4 до 2.8 час). Летом средняя продолжительность составляет 3.1 часа.