Рассмотрим качественно рост частицы в кучево-дождевом облаке в начальной стадии его развития.[ ...]
В струях восходящих токов создаются благоприятные условия для образования крупных облачных капель. В этих струях возможны большие отклонения водности, электрических зарядов на капельках и полей от средних по облаку, что должно привести к значительному увеличению скорости коагуляции капелек. И. М. Имя-нитов и др. [74] назвали такие области «питомниками» крупных капель.[ ...]
При подъеме крупных капель вверх и их переохлаждении до температуры, как правило, ниже —10° С возникает вероятность их замерзания за счет ядер кристаллизации или засева ледяными кристаллами сверху. Замерзание капелек сопровождается вырыванием из их поверхности ледяных кристаллов, причем коэффициент размножения, по-видимому, больше единицы. Кристаллизация капель приводит к их электризации. Появление ледяных частиц обусловливает также возможность их контакта с капельками, сопровождающегося электризацией. В результате создаются условия для появления значительных зарядов и полей, что немедленно должно сказаться на скорости роста частиц.[ ...]
При сухом росте ледяной частицы в области низких температур замерзание капелек на ее поверхности происходит весьма быстро, что приводит к нарастанию слоя льда малой плотности. Кроме того, возможна также коагуляция с ледяными частицами (кристаллами, снежинками и т. п.). В результате в начальной стадии сухого роста образуется снежная крупа малой плотности. При падении ледяные частицы попадают в слои с большой водностью и, следовательно, соударяются с более крупными капельками, замерзание которых происходит уже не столь быстро, а самые крупные из них при соударении растекаются по поверхности; поэтому при падении частицы ее плотность должна расти. В общем плотность ледяной частицы должна зависеть от водности и температуры облачного воздуха, а также от ее радиуса. Так как водность, температура и радиус частиц при падении растут, плотность частиц увеличивается. При мокром росте ледяных частиц вода засасывается в капиллярные поры, вследствие чего происходит дальнейший рост ее плотности. Образуется губчатый, пропитанный водой лед.[ ...]
В области сухого роста образование зарядов на частицах возможно благодаря контактной электризации, обмену зарядами при контактах частиц в электрическом поле и выбрасыванию ледяных частиц при замерзании капелек на поверхности ледяных частиц. Сравнительно большая скорость падения крупы обусловливает достаточно быстрое разделение зарядов и усиление вследствие этого электрического поля. Таким образом, в области сухого роста уже появляются заряды и электрические поля, которые могут увеличить скорость коагуляционных процессов. В области мокрого роста могут играть роль механизмы электризации при частичном замерзании воды на градинах, при срывании капель с градин и соударениях между ними в электрическом поле. Заряды на частицах и электрические поля в области мокрого роста весьма велики и могут оказать существенное влияние на рост градин.[ ...]
Рост ледяных частиц возможен только до уровня изотермы 0°С. Ниже этого уровня происходит таяние ледяных частиц вследствие притока тепла в основном за счет конденсации водяного пара и теплопроводности воздуха. Интенсивность таяния частиц зависит от скоростей восходящих и нисходящих токов, в которых они падают. Расчеты показывают, что в восходящих токах время падения настолько велико, что градины, которые имеют диаметр около 1 см на уровне изотермы 0°С, успевают полностью растаять до момента выпадения на землю. В нисходящих токах время падения сравнительно невелико, и градины достигают поверхности земли.[ ...]
Ледяной кристалл в вершине кучево-дождевого облака должен находиться во взвешенном состоянии, так как скорость его падения мала, а скорость восходящих токов уменьшается с увеличением высоты. Вследствие этого в вершине должна существовать большая концентрация ледяных кристаллов. Тем самым увеличивается вероятность их соударения друг с другом и с переохлажденными капельками, а также возможность образования агрегатов. При падении агрегат из ледяных кристаллов продолжает расти за счет соударения с ледяными частицами и переохлажденными капельками. В результате образуется снежная крупа, размеры и плотность которой растут по мере падения. Достигая уровня мокрого роста, снежная крупа превращается в ледяную, а затем и в град.[ ...]
Таким образом, независимо от причины образования зародышей града можно считать, что эти зародыши растут в области сухого и мокрого роста примерно одинаковым образом. Для определения электризации частиц в областях сухого и мокрого роста нет необходимости рассматривать заряды, которые могут образоваться на них во время роста при подъеме вверх до максимальной высоты. При любом возможном механизме электризации заряд на крупе радиусом до 0,5 мм пренебрежимо мал по сравнению с зарядами на гидрометеорах в грозовых облаках. Исходя из этого будем рассматривать рост, а затем и электризацию зародышей радиусом 0,5 мм при падении в облаках.[ ...]
Наблюдатель, находящийся на поверхности земли, различает два типа грозовых облаков — ливневый и градовый. Многочисленные наблюдения позволяют считать, что на высотах в грозовых облаках почти всегда имеются твердые гидрометеоры — крупа и град. Только в облаках первого типа они успевают растаять до достижения поверхности земли, а в облаках второго типа не успевают растаять и выпадают в виде града. Представляет интерес рассмотреть рост частиц в моделях грозовых облаков, соответствующих обоим типам. В дальнейшем для простоты мы будем эти две модели называть грозовой и градовой соответственно.[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Рост сферических гидрометеоров при падении в кучеводождевом облаке. |
 |