Зародышем крупы может быть, по-видимому, любой кристалл льда независимо от его природы, образовавшийся или занесенный в вершину кучево-дождевого облака. Соударения кристалла как с сильно переохлажденными капельками, так и с другими кристаллами могут привести к образованию частицы только малой плотности, что характерно для крупы. При небольших скоростях падения растущей частицы и низкой температуре замерзание переохлажденных капелек будет происходить весьма быстро, так что они должны слабо расплываться. Браунскомб и Халлет [251] получили, что при скоростях соударения, близких к конечным, капельки при замерзании остаются сферическими. С увеличением размеров и скорости соударения и с повышением температуры деформация капелек увеличивается (деформация определяется как отношение радиуса расплывшейся по поверхности льда капельки к ее начальному радиусу). Исследования строения отложений льда показали, что при низких температурах переохлаждения и малых скоростях соударения плотность «упаковки» замерзших капелек мала [407 и др.]. При температуре —16,5° С и скорости соударения 2 м/с плотность льда оказалась равной 280 кг/м3, тогда как при —4° С и 11,4 м/с плотность льда 890 кг/м3.[ ...]
Снежная крупа обычно имеет сферическую или коническую форму и диаметр от 2 до 5 мм с максимумом 10 мм [53]. Иногда наблюдается снежный град размером более 10 мм. Плотность крупы, по измерениям у поверхности земли, находится в основном в пределах 100—200 кг/м3 [53], в среднем она равна 120 кг/м3 [453]. По данным [425], плотность конической крупы в Японии изменяется от 300 до 500 кг/м3, составляя в среднем 396 кг/м3. Крупа чаще всего наблюдается у поверхности земли при температурах, близких к 0° С, а в высоких горах — при температурах, как правило, не ниже —10° С в основании облаков [257].[ ...]
При дальнейшем росте крупа превращается в град. Условиями, благоприятными для образования града, являются большая водность, более высокая температура воздуха и большая скорость падения крупы. При определенном сочетании этих параметров тепло, выделяющееся при замерзании капелек, не успевает освободиться с поверхности градин, и их замерзание будет частичным. В результате часть воды сохранится в жидком состоянии и заполнит поры, образуя так называемый губчатый лед [399]. По заполнении пор избыточная вода будет срываться с градин потоком воздуха. Зародышами градин могут служить и крупные капли, поднятые восходящими токами до такой высоты, где они замерзают. Многочисленные наблюдения показывают, что сердцевина градин состоит как из снежной крупы, так и из замерзших капель. Ч. Найт и Н. Найт [364] из рассмотрения 400 градин получили, что 60% зародышей имели коническую форму (крупа), 25% зародышей были сферическими и прозрачными (капли), 10% —сферическими и губчатыми (крупа или капли).[ ...]
Если выступ на градине будет совпадать с направлением электрического поля, то должно усилиться оседание капелек на нем. Чем больше выступ по сравнению с градиной, тем интенсивнее коагуляция капелек под действием аэродинамических и электрических сил. Рост выступа на градине приобретает черты процесса с обратной связью, т. е. должен происходить со все большей скоростью. Изучение структуры градин привело Браунинга [248] и др. к выводу, что градины «кувыркаются» при падении, причем сравнительно быстро. Поэтому должен происходить ускоренный рост выступов в результате как аэродинамических, так и электрических сил.[ ...]
Уже давно было обнаружено, что градины имеют слоистую структуру, заключающуюся в чередовании слоев прозрачного и мутного льда. Как правило, обнаруживается всего несколько таких слоев. Например, на Северном Кавказе градины диаметром 1—2 см обычно состоят из трех слоев мутного и прозрачного льда [174]. Однако встречаются случаи, когда число слоев достигает 20 [48].[ ...]
Предпринималось много попыток объяснить слоистую структуру градин. Большинство авторов считало, что причиной слоистости градин являются повторные подъемы градин восходящими токами. Однако нет достаточных оснований считать, что в грозовых облаках существуют условия для многократного подъема градин. Были выдвинуты предположения о том, что причиной слоистости градин следует считать мелкомасштабное неоднородное распределение водности в кучево-дождевых облаках [48]. Но многочисленные исследования [399, 408, 251 и др.] показали, что на структуру слоев льда в градинах оказывает большое влияние не только водность, но и микроструктура и термодинамические условия в облаках.[ ...]
Плотность градин зависит от условий их роста и может изменяться в широких пределах. Измерения, выполненные в Канаде, показали, что плотность градин находится в пределах 500— 900 кг/м3 [48]. Наиболее полные данные о плотности градин были получены Виттори и Капориаччо [555, 556] в Италии. Они получили, что градины имеют плотность, которая в основном лежит в пределах 800—910 кг/м3 независимо от их размеров. Высокая плотность градин часто обусловливается тем, что они состоят из губчатого льда, насыщенного водой. Наблюдения в Кении и США показали, что в 90% случаев в градинах содержится меньше 4% воды в жидком виде с максимумом 11—16% [310]. По измерениям в Восточной Грузии, содержание жидкой воды в градинах может быть весьма большим — до 46% по объему [114].[ ...]
Форма градин может быть самой разнообразной, но большинство из них имеет форму, близкую к сферической. С увеличением размеров чаще встречаются градины особых форм: конические, сплющенные и вообще неправильной формы. Во Франции около 10% всех градин с размерами более 2 см имеет особые формы [48]. Разнообразие форм градин указывает на существование больших различий в условиях их образования в кучево-дождевых облаках. Известны попытки объяснить образование сплющенных градин аэродинамическими условиями их таяния; это объяснение получило экспериментальное подтверждение [31].[ ...]
Спектр размеров градин сравнительно узкий. Исследования М. Т. Абшаева и О. И. Чеповской [2] распределения града по размерам для Кавказа, Англии и Канады показали, что существуют как одновершинные, так и двухвершинные спектры, которые с хорошим приближением аппроксимируются гамма-функциями, причем двухвершинные — суммой гамма-функций. Обычно максимальные размеры градин лежат в пределах 2—5 см, однако имеются сообщения о случаях выпадения градин диаметром больше 10 см. Максимальные размеры градин на Северном Кавказе достигали 9 см [197], а в Карпатах 10 см [152]. На Украине наблюдались градины весом до 0,5 кг [84].[ ...]
М. Т. Абшаев [1] по данным о спектре размеров крупы и града в горных районах Кавказа пришел к выводу, что концентрация крупы колеблется от 50 до 500 м 3, а града — от 5 до 22 м 3. Он подсчитал, что «градовая водность» составляет (2 7) • 10 3кг/м3.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Деформация при соударении крупных капель с поверхностью льда в электрическом поле. Температура переохлаждения ■—16° С. По Т. Г. Габарашвили и др. [25]. |
![Деформация при соударении крупных капель с поверхностью льда в электрическом поле. Температура переохлаждения ■—16° С. По Т. Г. Габарашвили и др. [25].](/static/pngsmall/358205062.png) |