Экология СПРАВОЧНИК

Теоретический анализ интенсивности осадков над горами имеет долгую историю. Для вычисления вертикальных скоростей и конденсации, вызванной адиабатическим подъемом над идеализированным склоном, описываемым функциями Фурье, Покелс [77] использовал гидродинамические уравнения для идеального двумерного потока без трения. Он сделал вывод, что интенсивность осадков на наветренном склоне в большей степени зависит от крутизны склона, чем от абсолютной высоты. Вагнер [106] отметил, что в модели Покелса не учитывалось влияние воздушных течений на выпадение осадков. Так, при сильном ветре при выпадении хлопьев снега может вообще не наблюдаться характерный максимум осадков, зависящий от высоты, в то время как крупные капли мало подвержены влиянию ветра. В подтверждение этого положения он привел результаты летних и зимних наблюдений в окрестностях Зоннблика. Оно [70] провел другое аналогичное анализу Покелса теоретическое исследование и проверил его на японских данных.[ ...]

В дальнейшем моделирование орографических осадков основывалось на двух основных подходах. В некоторых теоретических работах для гор произвольной формы использовалось сочетание уравнения Бернулли, уравнений неразрывности и гидростатики. Другие модели основывались на методе возмущений (см. ниже) в применении к горным препятствиям идеализированной формы. В настоящее время большинство моделей двумерны — они построены для данного поперечного разреза через горы, хотя имеется и несколько численных трехмерных моделей. Влага учитывается в моделях весьма разнообразными способами, и этому вопросу уделено значительное внимание, поскольку многие исследования орографических осадков связаны с оценками эффекта засева облаков. В некоторых моделях считается, что вся сконденсированная влага выпадает в виде осадков, в других используются различные коэффициенты «эффективности выпадения осадков»; для «теплых» облаков (с температурами выше —10°С), таких, например, как те, что встречаются над низкими прибрежными хребтами в штате Калифорния, отношение выпадающих осадков к сконденсировавшейся влаге составляет примерно 0,3, а для «холодных» облаков зимних циклонов над горами штата Колорадо это отношение возрастает до 0,6 [64]. В некоторые из новейших моделей, такие, как модели Янга [112], Никерсона и сотр. [68], входят также микрофизические характеристики облаков.[ ...]

Любая модель орографических осадков включают в себя в качестве основных компонентов количественные меры высоты подъема воздуха над препятствием, адиабатического подъема (опускания), конденсации (испарения) и выпадения некоторой доли сконденсировавшейся влаги. Кроме того, может быть важен учет блокирования препятствием воздушного потока на нижних уровнях и влияния подветренных волн.[ ...]

Это соотношение использовал Данар [22]. Для районов Аппалачей [52] и Канадской Арктики [32] были составлены карты вызванных наличием орографии вертикальных движений, которые имеют значения ±(2... 10) см/с при ветрах скоростью 10 м/с. Теоретически уменьшение с высотой скорости вертикальных движений, вызванных наличием орографии, приближенно выражается параболой [9]. Их абсолютные значения на высоте 700 гПа составляют менее половины значения у поверхности.[ ...]

Данные варианта этой модели, разработанного Уокером [107], хорошо согласуются с климатологическими профилями через Британскую Колумбию, где в течение холодного сезона большая часть осадков выпадает при западном или юго-западном тропосферном потоке. Количество осадков вычисляется по оценкам скорости конденсации в насыщенном воздушном потоке [34], переваливающем через идеализированный горный хребет. На рис. 4.16 6 представлены принятые профили температуры воздуха и скорости ветра. Были определены два альтернативных значения интенсивности осадков: одно предполагает мгновенное выпадение с конечными скоростями 5 м/с для дождевых капель и 1 м/с для хлопьев снега, другое — замедленное выпадение с соответствующим слиянием капелек (50 % капелек выпадают через 10 мин при интенсивности дождя 2,5 мм/ч). Предполагается, что осадки выпадают через зону испарения как с потерями, так и без них. Для вычисления средних сезонных профилей была использована повторяемость направлений воздушного потока на уровне 700 гПа в 1956 г. Годовой профиль в сочетании с данными наблюдений повторяемости и количества осадков позволил Уокеру составить уточненные карты средних количеств осадков над югом Британской Колумбии.[ ...]

Саркер [90, 91] независимо использовал как основу такую же модель для Западных Гат в Индии. Согласно его результатам, в дни сильного муссонного потока максимум выпадения осадков, как это и наблюдается в действительности, расположен вблизи линии гребня, а в среднем по этой модели количество осадков составляет примерно 65 % от суммы осадков на побережье. Саркер получил также, что «орографические осадки» переносятся ветрами на подветренный склон на расстояние менее чем 10— 15 км от гребня хребта. Однако этот вывод, возможно, не является общим. На основе вычисленных и наблюдаемых профилей осадков (рис. 4.17) Уокер предполагает, что при опускании линий тока на подветренной стороне испаряются преимущественно более мелкие частицы облаков и осадков. Исследования в Каскадных горах в штате Калифорния показывают, что твердые осадки могут переноситься западным течением вниз по ветру на расстояния до 50—70 км [43, 45]. При этом слипание кристаллов, вероятно, не имеет значения, если число ледяных частиц составляет около 100 л-1 и их рост в основном происходит за счет конденсации, а не обзернения. Это типично для частиц, имеющих низкую плотность и малую скорость падения.[ ...]

На верхнем рисунке по оси ординат отложена интенсивность конденсации в миллиметрах жидкой воды в час в каждом 100-м слое атмосферы.[ ...]

Применение методов численного моделирования и самолетных наблюдений орографических облаков в значительной степени пополнило наши знания о процессах выпадения орографических осадков. Однако до настоящего времени наибольшее внимание уделялось синоптическим исследованиям возможности увеличения осадков путем засева облаков. Климатологическая интерпретация и обобщение этих данных еще практически не осуществлены.[ ...]

Рисунки к данной главе:

Вызванные орографией вертикальные движения в западном воздушном потоке, пересекающем простое по форме горное препятствие. (Из [107].)

Рассчитанная конденсация и осадки (мм/ч) в воздушном потоке, показанном на рис. 4.16 6. (Из [107].)