Разновидности и синоптические условия возникновения метелей

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Метели. Их разновидности и синоптические условия возникновения

метель гололёд обледенение синоптический

Метелью называется атмосферное явление, состоящее в переносе снега более или менее сильным ветром.

Метель - очень сложное природное явление. Ветровой поток с включением снега ведет себя иначе, чем чистый ветер, так как метелевые снежинки влияют на скорость и турбулентность ветра. В метели принимают участие как снег, отложенный на поверхности земли, так и зародившийся в облаках и еще не достигший земли. Проведение и закономерности метелей существенно зависят от рельефа (орографии) местности. Наконец, действие метели определяется силой ветра, массой поднятого им снега и характером движения метелевых снежинок.

Метель -- перенос ветром снега, поднятого с поверхности земли.

На официальных метеорологических станциях отмечают позёмок, низовую метель и общую метель.

Позёмок -- перенос снега ветром с поверхности снежного покрова в слое высотой 0.5-2 м, не приводящий к заметному ухудшению видимости (если нет других атмосферных явлений -- снегопада, дымки и т. п. -- горизонтальная видимость на уровне 2 м составляет 10 км и более). Может наблюдаться как в малооблачную погоду, так и при снегопаде. Возникает обычно при сухом несмёрзшемся снежном покрове и скорости ветра 5-6 м/с и более.

Низовая метель -- перенос снега ветром с поверхности снежного покрова в слое высотой несколько метров с заметным ухудшением горизонтальной видимости (обычно на уровне 2 м она составляет от 1 до 9 км, но в ряде случаев может снижаться до нескольких сотен метров). Вертикальная видимость при этом вполне хорошая, так что возможно определить состояние неба (количество и форму облаков). Как и позёмок, может наблюдаться как в малооблачную погоду, так и при снегопаде. Возникает обычно при сухом несмёрзшемся снежном покрове и скорости ветра 7-9 м/с и более.

Общая метель -- интенсивный перенос снега ветром в приземном слое атмосферы, достаточно развитый по вертикали, так что невозможно определить состояние неба (количество и форму облаков) и невозможно установить, выпадает ли снег из облаков или переносится только снег, поднятый с поверхности снежного покрова. Горизонтальная видимость на уровне 2 м обычно составляет от 1-2 км до нескольких сотен и даже до нескольких десятков метров. Возникает обычно при сухом несмёрзшемся снежном покрове и скорости ветра 10 м/с и более.

Перед метелью или после неё (при ослаблении ветра), а также при отдалённой метели, когда поднятые в воздух частицы снега переносятся ветром на большое расстояние, может наблюдаться снежная мгла.

Некоторые авторы относят к метели перенос ветром снега, выпадающего из облаков, и ещё не коснувшегося земной поверхности. Они выделяют так называемую верховую метель -- снегопад при ветре, когда снежинки движутся вместе с потоком воздуха до момента касания ими земной поверхности, где они остаются лежать неподвижно. На официальных метеостанциях верховая метель не отмечается.

Метели относятся к неблагоприятным метеорологическим явлениям, а сильные метели (ветер со скоростью 15 м/с и более, при видимости 500 м и меньше и продолжительностью 12 ч и более) относятся к опасным явлениям.

Метели вызывают следующие неблагоприятные последствия:

Снежные заносы на железных и автомобильных дорогах, которые могут привести к нарушению регулярности сообщений.

Затрудняют работу авиации, образуя сугробы на взлетно-посадочной полосе и ухудшая видимость.

Наносят вред сельскому хозяйству, сдувая снег с полей с озимыми культурами.

Метеорологические условия характерные для метелей:

Умеренный или сильный ветер.

Снегопад при сильном ветре (общая метель).

Сухой рыхлый снежный покров, особенно образовавшийся на ледяной корке (насте), или выпадающий на ледяную корку.

Синоптические условия образования метелей:

Пограничные зоны между циклонами и антициклонами, где велик горизонтальный барический градиент и наблюдаются сильные ветры.

Зоны атмосферных фронтов (особенно перед теплым фронтом после морозной погоды при наличии сухого снежного покрова).

Тыловые (северо-западные и западные) части циклонов, где в неустойчивой воздушной массе при сильном ветре возникает низовая метель, а при ливневом снеге - общая. Однако такие общие метели непродолжительны, хотя и могут многократно повторяться.

Прогноз метелей базируется на прогнозе развития синоптических процессов и сводится к прогнозу снегопада и сильного ветра при отрицательных температурах с учетом состояния снежного покрова.

Общие метели связаны обычно с зонами фронтальных осадков преимущественно в системе углубляющихся циклонов. Главная роль принадлежит при этом теплым фронтам или фронтам окклюзии, более редко -- холодным фронтам. Метели отмечаются также в неустойчивых воздушных массах при ливневых снегопадах с сильными ветрами. В этих случаях возникают сильные, но кратковременные общие метели (заряды), перемежающиеся с периодами хорошей видимости, иногда с поземками.

Низовые метели и поземки (нередко переходящие друг в друга) наблюдаются преимущественно в тылу циклонов и на периферии антициклонов (особенно на юго-западной и западной) при больших горизонтальных градиентах давления, т. е. при сильных ветрах, после выпадения сухого снега. Такие метели могут быть очень продолжительными и вызывать большие снежные заносы. При мокром снежном покрове, а также при интенсивном его уплотнении поземки и низовые метели исключены.

Наиболее благоприятные условия для развития метелей создаются в районах, где циклон приближается к продолжающемуся еще усиливаться антициклону или отрогу. Вследствие сближения изаллобарических областей разного знака происходит увеличение барических градиентов, а следовательно, и усиление ветра, иногда до штормового. В этих районах при наличии снегопадов развивается интенсивная общая метель. Такие же метели могут возникать при оттеснении малоподвижного циклона усиливающимся и расширяющимся по площади антициклоном (например, распространение сибирского антициклона к западу).

В северной половине ETC наиболее часто сильные метели возникают при перемещении циклонов с запада на восток, а также при «ныряющих» циклонах, перемещающихся с северо-запада к юго-востоку и затем к востоку. Чем круче к югу проходят траектории ныряющих циклонов, и чем лучше циклоны оформлены в барическом поле, тем вероятнее распространение метели и на южную половину ETC. При этом процессе кратковременные метели в зоне холодных фронтов могут наблюдаться даже на побережьях Черного и Азовского морей.

Весьма интенсивные метели, как в европейской части СССР, так и в Казахстане и Западной Сибири вызываются так называемыми южными циклонами, т. е. циклонами, перемещающимися к северу и северо-востоку из районов Балкан, Средиземного, Черного и Каспийского морей и с верховьев Амударьи. Зарождаясь в южных широтах, эти циклоны обладают большой термодинамической энергией. Кроме того, над Европейской территорией СССР и Западной Сибирью они нередко регенерируют на арктических фронтах, следовательно, получают добавочную энергию и углубляются. Наиболее интенсивные метели наблюдаются в основном в зоне теплых фронтов этих циклонов при восточных и северо-восточных ветрах.

На Средней Волге и в Предуралье с указанными циклонами бывают связаны наиболее продолжительные метели, особенно: при смещении южных циклонов, когда на Средний Урал, Каму .или Верхнюю Волгу распространяется отрог сибирского антициклона. Происходит значительное увеличение барических градиентов вследствие сближения области падения давления в передней части циклона с областью роста в отроге. Усилению метелей в Предуралье способствует также повышение местности с запада на восток. Наиболее интенсивные метели в Предуралье наблюдаются при перемещении циклонов с Амударьи или юга Каспийского моря и их регенерации. Сильные метели в этом районе отмечаются в тех случаях, когда вслед за переваливающим через Урал циклоном развивается антициклон, что вызывает увеличение 'барических градиентов и усиление ветра.

Непосредственно к востоку от Урала метели, преимущественно низовые, наблюдаются в основном при северных ветрах -- в тылу циклонов. Наиболее продолжительные метели связаны с регенерацией в Зауралье южных и юго-западных циклонов. При развитии циклона над северной частью Каспийского моря, а антициклона или отрога сибирского антициклона над Нижним Поволжьем в Западном Казахстане наблюдаются метели.

Где зимой преобладает антициклоническая безоблачная погода со слабыми ветрами, метелей бывает мало. Они наблюдаются лишь изредка при прохождении холодных фронтов в тех районах, где бывает местное усиление ветра.

2. Условия образования гололеда

Основными видами наземного обледенения являются следующие.

1. Гололед -- слой плотного льда, нарастающего на предметах при выпадении переохлажденного дождя или мороси, при тумане и перемещении низких слоистых облаков при отрицательной температуре воздуха у поверхности Земли, близкой к 0°С. Чем меньше капли и чем ниже температура воздуха, тем более слоистым и менее плотным оказывается гололед. При температурах, близких к нулю, он бывает стекловидно-прозрачным и очень плотным. Плотность отложений гололеда колеблется от 0,5 до 0,9 г/м3, а масса 1 погонного метра гололедного станка -- от нескольких грамм до 400--500 г.

Температура воздуха у поверхности Земли при гололеде чаще всего находится в пределах от +0,5 до --3°С, в отдельных случаях -- от --8 до -- 10°С.

2. Изморозь:

а) зернистая изморозь -- снеговидный осадок в виде рыхлого, зернистого льда, часто по внешнему виду зернистая изморозь близка к гололеду; плотность 0,1--0,4 г/см3. Образуется вследствие намерзания на предмет капель переохлажденного тумана, в основном при температуре от --3 до --8 °С. Отлагается преимущественно с наветренной стороны предметов;

б) кристаллическая изморозь -- белый осадок, состоящий из ясно различимых кристаллов, свободных или имеющих незначительное количество оледеневших капель тумана; плотность 0,01-0,05 г/см3. Возникает в результате сублимации водяного пара при дымке или тумане при температуре воздуха в пределах от - 11 до --25 °С. Для районов Сибири характерно образование изморози при температуре ниже --25 °С, когда воздух близок к насыщению.

3.Обледенелый мокрый снег -- ледяная масса, по внешнему виду напоминающая очень плотную изморозь. Образуется в результате быстрого замерзания мокрого снега, выпадение которого происходит при положительной температуре воздуха от 0,1 до 2 °С, при скорости ветра до 6 м/с. По размерам отложения может превосходить гололед, поэтому является обычно опасным видом обледенения.

4. Гололедица -- все виды наземного обледенения твердых горизонтальных покрытий независимо от причин их образования. В узком смысле слова гололедица -- корка льда на земной поверхности, образовавшаяся в результате замерзания дождевой или талой воды.

5. Твердый налет -- сплошной ледяной налет, образующийся при быстром потеплении после устойчивых морозов на предметах, обладающих значительной температурной инерцией (скалы, каменные строения, крупные металлические сооружения, мощеные и асфальтированные дороги и т. п.).

Повторяемость наземного обледенения зависит от климатических и орографических условий. Так, наибольшая повторяемость гололеда, зернистой изморози и твердого налета наблюдается в тех районах, которые подвержены резким изменениям погоды от сильного мороза к оттепели и наоборот, наименьшая -- там, где зимой преобладает устойчивая морозная погода. Большое значение имеет относительная высота пункта, т. е. превышение его над окружающей местностью, а также форма рельефа. Наибольшая повторяемость гололеда и плотной изморози наблюдается на возвышенностях, на вершинах холмов, относительная высота которых над окружающей местностью превышает 50 м, а также на наветренных склонах гор. Наименьшая повторяемость гололеда отмечается в долинах рек и низинах. Повторяемость кристаллической изморози больше в тех районах, где в холодную половину года преобладает антициклонический характер погоды с радиационными туманами.

Степень опасности наземного обледенения принято характеризовать толщиной слоя льда, который образуется за время нарастания ледяного отложения.

Гололедно-изморозевые отложения будут тем больше, чем дольше продолжается выпадение переохлажденного дождя, мороси, чем дольше наблюдаются низкие слоистые облака или адвективный и радиационный туман.

Гололед обычно образуется при адвекции теплого и влажного воздуха.

Внутримассовый и фронтальный гололед

Гололед бывает внутримассовый и фронтальный.

Внутримассовый гололед возникает в зонах адвекции тепла и влаги на западной и северной периферии стационарных антициклонов, а также на восточной и южной периферии стационарных циклонов. В этих случаях в пограничном слое атмосферы чаще всего наблюдается инверсия температуры, начинающаяся на высоте 500--1000 м от поверхности Земли и распространяющаяся до высоты 1200--1500 м. Благоприятные условия для образования гололеда создаются, когда достаточно мощная слоистая облачность располагается не только под инверсией, но и в самом слое инверсии, где температура часто достигает положительных значений. Если в процессе образования гололеда слоистые облака снижаются, достигая земной поверхности (адвективный туман), или проходят над более возвышенными местами, то гололед может возникать и без моросящих осадков, в результате оседания на предметы капель адъвективного тумана.

Фронтальный гололед в основном наблюдается перед теплыми фронтами, перемещающимися со скоростью 20--30 км/ч, в зоне шириной 100--200 км, где выпадает переохлажденный дождь. Если при этом температура у поверхности Земли отрицательная (близкая к 0°С), то вероятность образования гололеда большая. Фронтальный гололед представляет особенно большую опасность для народного хозяйства.

Иногда гололед образуется и при смене теплых воздушных масс холодными, обычно это наблюдается на медленно перемещающихся (со скоростями 10--20 км/ч) холодных или квазистационарных фронтах на юге Украины, в Крыму и на Северном Кавказе. Наиболее благоприятными метеорологическими условиями образования гололеда являются:

- переохлажденный дождь, морось, туман или низкая слоистая облачность в различном их сочетании;

- мощные слои инверсии в пограничном слое атмосферы;

- температура воздуха у Земли--от 0,5 до -- 3°С, на уровне 850 гПа от 5 до -- 5°С;

- температура воздуха на нижней границе первого от Земли слоя инверсии -- от --0,5 до --8 °С;

- суммарный дефицит точки росы в слое Земля- 850 гПа 3--5°С и менее;

- очаг теплого воздуха на поверхности 850 гПа;

- умеренные и сильные ветры в пограничном слое атмосферы.

Рис.1. Зависимость образования гололеда от температуры у поверхности земли (Tз) и температуры на поверхности 850 гПа (T850)

Рис.2. Зависимость интенсивности гололедообразования от температуры у поверхности земли (Tз) и высоты изотермы - 10 °С (H- 10 °С)

Графический метод прогноза гололеда (рисунок 1) разработан для юго-востока Западной Сибири, но применяется и в других районах страны; заблаговременность 12--36 ч.

Если в холодное полугодие ожидается адвекция теплого и влажного воздуха, вызванная перемещением в район прогноза теплых атмосферных фронтов, фронтов окклюзии, волновых возмущений и т. д., то по графику дается альтернативный прогноз гололеда, а по графику на рисунке 2 определяется его интенсивность. Если по одному из графиков прогнозируется гололед, а по другому -- его отсутствие, в прогнозе указывается возможность слабого гололеда.

Образование гололедицы -- ледяной пленки или корки льда на дорогах -- зависит не только от атмосферных условий, но и от свойств подстилающей поверхности, на которой они образуются. Если температура поверхности дорог несколько ниже нуля, а температура воздуха положительна (но близка к нулю), то при выпадении дождя или мороси на поверхности дорог происходит отложение льда.

Наиболее опасные отложения льда на дорожных покрытиях образуются при замерзании жидкой влаги. В этих случаях появляется тонкая стекловидная и прозрачная (реже матовая) ледяная пленка с гладкой поверхностью, значительно ухудшающая условия движения автотранспорта.

Отложение льда, связанное с зернистой изморозью, представляет ледяную корку матово-белого цвета, также опасную для движения автотранспорта.

Обледенение дорог, которое возникает вследствие выпадения твердых осадков (снежный накат и оледенелый снег), не всегда приводит к сильному скольжению на дорогах, поэтому оно менее опасно по сравнению с другими видами обледенения. Атмосферные процессы, которые приводят к образованию гололедицы, характеризуются адвекцией теплого и влажного воздуха. При этом наиболее благоприятными синоптическими и метеорологическими условиями гололедицы являются те же, что и для образования гололеда, зернистой изморози и других видов обледенения.

Рис. 3 График для прогноза голлоледицы: T - температура воздуха, T - Td - дефицит точки росы у поверхности Земли

Графический метод прогноза гололедицы разработан для Европейской территории СССР; заблаговременность 12--36 ч. Если ожидается адвекция теплого и влажного воздуха, температура поверхности почвы несколько ниже 0 °С и одно из явлений-- дождь, снег, мокрый снег, ледяные зерна, морось, туман, дымка или низкие слоистые облака -- и на поверхности почвы имеется дождевая или талая вода, то по графику на рисунке дается прогноз гололедицы. Основным прогностическим признаком прекращения гололедицы является повышение температуры поверхности ночвы до положительных значений.

Что такое обледенение самолетов и в чем его опасность?

Обледенение самолета, то есть отложение льда на его поверхности или на отдельных деталях конструкций на входных отверстиях некоторых приборов, происходит чаще всего во время полета в облаках или дожде, когда переохлажденные капли воды, содержащиеся в облаке или осадках, сталкиваясь с самолетом, замерзают. Реже бывают случаи отложения льда или изморози на поверхности самолета вне облачности и осадков, так сказать в <чистом небе>. Такое явление может иметь место во влажном воздухе, который теплее наружной поверхности самолета.

Для современных самолетов обледенение уже не представляет серьезной опасности, так как они оснащены надежными антиобледенительными средствами (электрообогрев уязвимых мест, механическое скалывание льда и химическая защита поверхностей). Кроме того, лобовые поверхности самолетов, летящих со скоростью более 600 км/ч, сильно нагреваются вследствие торможения и сжатия воздушного потока, обтекающего самолет. Это так называемый кинетический нагрев деталей самолета, из-за которого температура поверхности самолета сохраняется выше точки замерзания воды даже при полете в облачном воздухе со значительной отрицательной температурой.

Однако интенсивное обледенение самолета при вынужденном длительном полете в переохлажденном дожде или в облаках с большой водностью представляет реальную опасность и для современных самолетов. Образование плотной корки льда на фюзеляже и оперении самолета нарушает аэродинамические качества воздушного судна, так как происходит искажение обтекания поверхности самолета воздушным потоком. Это лишает самолет устойчивости полета, снижает его управляемость. Лед на входных отверстиях воздухозаборника двигателя уменьшает тягу последнего, а на приемнике воздушного давления - искажает показания приборов воздушной скорости и т. д. Все это очень опасно при несвоевременном включении антиобледенительных средств или при отказе последних.

По статистике ИКАО, из-за обледенения ежегодно происходит около 7% всех авиационных катастроф, связанных с метеорологическими условиями. Это немногим меньше 1% всех авиакатастроф вообще.

Размещено на Allbest.ru