Как узнать высоту облаков
Измерение нижней границы высоты облаков при помощи ДВО-2.
Как известно, многие из отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспортные службы очень сильно зависят от оперативности, своевременности и надежности прогнозов федеральной метеорологической службы. Заблаговременное оповещение об опасных и особо опасных явлениях погоды, своевременность подачи штормовых предупреждений – всё это необходимые условия для успешной и безопасной работы многих отраслей хозяйства и транспорта. Так, например, долгосрочные метеорологические прогнозы имеют решающий вес при организации сельхоз производств.
Одним из самых важных параметров, определяющих возможность прогнозирования опасных погодных условий, является такой показатель, как высота нижней границы облаков.
Для понимания важности проведения исследований по определению высоты облаков, следует упомянуть тот факт, что облака могут быть разных типов. Для различных типов облаков высота их нижней границы может варьироваться в некоторых пределах, причем, выявлено среднее значение высоты облаков.
Итак, облака могут быть:
— Слоистые облака (средняя высота 623 м.)
— Дождевые облака (средняя высота 1527 м.)
— Кучевые (вершина) (1855)
— Кучевые (основание) (1386)
— Грозовые (вершина) (средняя высота 2848 м.)
— Грозовые (основание) (средняя высота 1405 м.)
— Ложные перистые (средняя высота 3897 м.)
— Слоисто-кучевые (средняя высота 2331 м.)
— Высокие кучевые (ниже 4000 м.) (средняя высота 2771 м.)
— Высокие кучевые (выше 4000 м.) (средняя высота 5586 м.)
— Перисто-кучевые (средняя высота 6465 м.)
— Низкие перисто-слоистые (средняя высота 5198 м.)
— Высокие перисто-кучевые (средняя высота 9254 м.)
— Перистые (средняя высота 8878 м.)
Как правило, измеряют высоту облаков нижнего и среднего ярусов, не превышающую 2500 м. При этом, определяют высоту самых нижних облаков из всего их массива. При тумане, считают, что высота облаков равна нулю, и, в данном случае, в аэропортах измеряется “вертикальная видимость”.
Для определения высоты нижней границы облаков используется метод светолокации. В России, для этих целей выпускается измеритель ДВО-2, в котором в качестве источника импульсов и света используется импульсная лампа.
Высота нижней границы облаков методом светолокации с использованием ДВО-2 определяется при помощи замера времени, которое требуется световому импульсу для прохождения пути от излучателя света до облака и обратно, а также преобразования полученного значения времени в пропорциональное ему значение высоты облаков. Таким образом, световой импульс посылается излучателем и, после отражения, принимается приемником. При этом, излучатель и приемник должны быть расположены в непосредственной близости друг от друга.
Конструктивно измеритель ДВО-2 представляет собой комплекс из нескольких отдельных приборов:
— передатчика и приёмника,
Измеритель высоты облаков ДВО-2 может работать автономно с блоком измерительным, в комплекте с дистанционным пультом и в составе автоматизированных метеорологических станций.
Передатчик состоит из импульсной лампы, питающих её конденсаторов и параболического отражателя. Отражатель вместе с лампой и конденсаторами установливается в кардановом подвесе, заключенном в корпусе с открывающейся крышкой.
Приемник состоит из параболического зеркала, фотоприемника, фотоусилителя, также установленных в кардановом подвесе и находящихся в корпусе с открывающейся крышкой.
Передатчик и приемник должны быть размещены вблизи основного пункта наблюдений. На взлетно-посадочных полосах, передатчик и приемник устанавливаются на ближайших приводных радиомаяках с обоих концов полосы.
Блок измерительный, предназначающийся для сбора и обработки информации, состоит из измерительной платы, высоковольтного блока и блока питания.
Пульт дистанционный включает плату клавиатуры и индикации и плату управления.
Измеритель высоты облаков ДВО-2 может работать или непрерывно или по мере необходимости. Пульт дистанционный имеет последовательный интерфейс RS-232, предназначающийся для работы с компьютером. Информация от измерителей ДВО-2 может передаваться по линии связи на дистанции до 8 км.
Обработка результатов измерения на измерительном блоке ДВО-2 включает:
— осреднение результатов по 8-ми измеренным значениям;
— исключение из числа замеров тех результатов, в которых наблюдается кратковременное пропадание отраженного сигнала. Т.е. исключение фактора «разрыва в облаках»;
— выдачу сигнала об «отсутствии облаков» в случае, если среди 15 проведенных наблюдений не набирается 8 значимых;
Измерители высоты облаков ДВО-2 изготавливаются в соответствие с ТУ 4313-027-46252540-2004.
10 основных типов облаков в зависимости от их высоты
Всемирная Метеорологическая Организация признает более ста различных типов облаков. Они, однако, могут быть отсортированы в один из 10 родов (базовые типы) на основе их общей формы и высоты, где они появляются.
Стандартная основа, на которой различные облака классифицированы и названы, называется номенклатурой Люка Говарда, которая была первоначально предложена Люком Говардом, британским химиком, еще в 1802 году. Метод, основанный на их конвективной активности, сортирует облака на пять групп и перекрестно классифицирует их с тремя высотными уровнями.
Вы также должны знать, что каждый род можно подразделить на виды, а затем далее на разновидности.
Облака низкого уровня
10. Слоистые облака
Слоистые облака в основном плоские, безликие и сероватого вида. Эти облака образуются немного над землей на более низкой высоте либо из-за стихания более холодного воздуха, либо из-за подъема утреннего тумана над регионом. Они также известны как облака «высокого тумана».
Что они могут сказать вам
Образование слоистых облаков обычно указывает на длительный облачный покров со слабым дождем и небольшим количеством снегопада. Эти облака гораздо более устойчивы в антициклонических условиях. Хотя может выпасть небольшой дождь, это облако не указывает на большую метеорологическую активность.
9. Кучевые облака
Мы все были знакомы с кучевыми облаками в раннем детстве. Пухлый или пушистый вид кучевых облаков был тем, что представляло собой слово «облако», не так ли?
Кучевые облака обычно образуются в ясные дни ниже 2000 метров над уровнем моря. Они имеют четко определенные ребра и появляются либо в кластерах, либо в сетках.
Что они могут сказать вам
Хотя кучевые облака не сильно связаны с осадками, погодные факторы, такие как влажность и градиент температуры, могут привести к их быстрому превращению в кучево-дождевые облака, что приведет к сильному дождю и грозам.
8. Слоисто-кучевые облака
Слоисто-кучевые облака в основном представляют собой более крупную и менее гладкую версию кучевых облаков. Они обычно встречаются в больших участках ниже 2000 м над уровнем моря. Слоисто-кучевые облака довольно распространены в субтропических и полярных регионах.
Что они могут сказать вам
Слоисто-кучевые облака часто приводят только к небольшому дождю или снегопаду. Интересно, однако, что они почти всегда появляются до или после экстремальных погодных условий, таких как грозы и порывы ветра.
Кроме того, эти облака несут ответственность за сумеречные лучи, солнечные лучи или расщепленный свет, который светит сквозь облака в дневное время. Они также могут вызвать эффект короны, который мы иногда наблюдаем ночью вокруг Луны.
7. Кучево-дождевые облака
Кучево-дождевые облака, также известные как возвышающиеся вертикальные кучево-дождевые облака, представляют собой большие и плотные облака, образованные мощными восходящими воздушными потоками. Кучево-дождевые облака очень похожи на кучевые облака, из которых они на самом деле происходят, за исключением того, что они образуют высокую фигуру.
Что они могут сказать вам
Облака среднего уровня
6. Слоисто-дождевые облака (лат. Nimbostratus)
Nimbostratus представляет собой темное и в основном бесформенное облако, которое зарождается на средних высотах и простирается вертикально до низких и высоких уровней. Их можно найти где-нибудь ниже 3000 метров над уровнем моря.
Что они могут сказать вам
5. Высокослоистые облака (лат. Altostratus)
Altostratus характеризуется как облако с однородными сероватыми слоями, состоящими в основном из кристаллов льда. Кроме этого, они безликие. Облака Altostratus имеют гораздо более светлый оттенок, чем у облаков nimbostratus.
Конденсация водяного пара из большой устойчивой воздушной массы, когда они достигают средних высот, приводит к образованию этих облаков. Они часто распространяются по большой части неба, и их толщина может варьироваться.
Что они могут сказать вам
Облака Altostratus могут вызвать дождь, как правило, когда он сгущается. В большинстве случаев он начинается как легкий ливень, а затем постепенно перерастает в умеренный дождь. Они переклассифицированы как nimbostratus как только дождь стал более последовательным.
4. Высококучевые облака (лат. Altocumulus)
Высококучевые облака, пожалуй, самый распространенный тип облаков в средних широтах. Их отличают близко расположенные серые или белые пятна.
Часто трудно выделить высококучевые облака из слоисто-кучевых облаков, поскольку они почти идентичны (у высококучевых облаков гораздо меньшая индивидуальная насыпь, чем у слоисто-кучевых облаков).
Что они могут сказать вам
Высококучевые облака обычно сопровождаются грозами, хотя они не связаны с дождем. Из-за их нестабильности высококучевые облака признаны одними из самых потенциально опасных облаков для авиации.
Облака высокого уровня
3. Перистые облака
Вместо водяных паров перистые облака состоят из тонкого льда (выше 5500 м, водяной пар подвергается осаждению).
Они вносят значительный вклад в парниковый эффект на Земле. В то время как перистые облака отражают лишь небольшую часть поступающего солнечного излучения, они блокируют около половины выходящего инфракрасного излучения из атмосферы планеты.
Что они могут сказать вам
Достаточно обширного покрытия перистых облаков, чтобы указать на турбулентность в верхних слоях атмосферы и возможное образование циклонов в регионе.
Еще в конце 1800-х метеорологи использовали для наблюдения за этими облаками, чтобы предсказать ураганы. Аналогичная система прогнозирования ураганов была разработана Бенито Виньесом, президентом колледжа Белен в Гаване, Куба, в 1870 году.
2. Перисто-слоистые облака (лат. Cirrostratus)
Что они могут сказать вам
Обычно перистые облака сигнализируют о приближении теплого фронта к региону и вместе с ним приносят осадки. Эти облака при формировании над полярными областями могут нести азотную кислоту.
1. Перисто-кучевые облака (лат. Cirrocumulus)
В отличие от двух других основных высокогорных типов облаков, а именно Cirrostratus и Cirrus, в облаках Cirrocumulus содержится небольшое количество переохлажденной жидкой воды, а не льда.
Что они могут сказать вам
Нечасто перисто-кучевые облака приводят к осадкам. Но в некоторых случаях, когда они появляются с перистыми или перистыми облаками, возможен дождь.
Определения облаков
Высота, высота над уровнем моря, вертикальная мощность
Ярусы
Облака обычно можно встретить на разных высотах: от уровня моря до верхней части тропосферы (тропопаузы). Тропосферу можно разделить по вертикали на три уровня, или яруса: высокий, средний и низкий. Каждый ярус определяется диапазоном высот, на которых чаще всего возникают облака того или иного рода. Ярусы частично перекрывают друг друга, а их пределы варьируются в зависимости от высоты (см. табл. 6 и рис. 1).
Таблица 6. Приблизительные высоты каждого яруса и роды облаков, возникающих в них
Cirrus
Cirrocumulus
Cirrostratus
3–8 км
(10 000–25 000 футов)
5–13 км
(16 500–45 000 футов)
6–18 км
(20 000–60 000 футов)
Altocumulus
Altostratus
Nimbostratus
2–4 км
(6 500–13 000 футов)
2–7 км
(6 500–23 000 футов)
2–8 км
(6 500–25 000 футов)
Stratus
Stratocumulus
Cumulus
Cumulonimbus
От поверхности земли до 2 км
(0–6 500 футов)
От поверхности земли до 2 км
(0–6 500 футов)
От поверхности земли до 2 км
(0–6 500 футов)
В основном облака не выходят за пределы своих ярусов, но есть следующие хорошо известные исключения:
a) высокослоистые облака обычно встречаются в среднем ярусе, но зачастую выходят выше;
b) слоисто-дождевые облака практически всегда встречаются в среднем ярусе, но обычно заходят в два других яруса;
c) у кучевых и кучево-дождевых облаков основание обычно находится в нижнем ярусе, но из-за значительной вертикальной мощности их вершины зачастую выходят в средний и верхний ярусы.
При известной высоте того или иного облака понятие ярусов может помочь наблюдателю в его определении. Род облака можно определить, выбрав один из тех, что обычно встречаются на соответствующей высоте.
Рисунок 1. Десять родов в соответствующих ярусах
Текст, который дается в рамках серого цвета, как в этом случае, представляет собой дополнение I к Техническому регламенту (ВМО-№ 49) и имеет правовой статус стандартной практики и процедур.
Шесть типов облаков, которые нужно знать – и что они рассказывают о погоде
Современные прогнозы погоды основаны на сложных компьютерных симуляциях. Эти симуляции используют физические уравнения, описывающие атмосферу, включая движение воздуха, солнечное тепло, формирование облаков и дождя. Постепенное улучшение прогнозов со временем означает, что сегодняшние пятидневные прогнозы настолько же точны, насколько 20 лет назад были точны трёхдневные.
Но вам не нужен суперкомпьютер для предсказания того, как изменится погода у вас над головой в ближайшие несколько часов – подобные приметы известны в разных культурах уже много тысяч лет. Следя за небом и обладая некоторыми знаниями по формированию облаков, можно предсказать, будет ли дождь.
Более того, небольшое понимание физики формирования облаков подчёркивает сложность атмосферы и проливает свет на причины того, почему предсказание погоды на срок, больший, чем несколько дней, оказывается такой сложной задачей.
Вот шесть видов облаков, которые можно увидеть, и то, как они могут помочь вам понять погоду.
1) Кучевые облака
Небольшие белые пушистые облака
Облака появляются, когда воздух охлаждается до точки росы, температуры, при которой воздух уже не справляется с содержащимся в нём водяным паром. При этой температуре водяной пар конденсируется и формирует капельки жидкой воды, которые мы видим, как облако. Чтобы это произошло, воздух необходимо заставить подняться в атмосфере, или же влажный воздух должен войти в контакт с холодной поверхностью.
В солнечный день лучи греют землю, которая греет воздух, расположенный прямо над ней. Нагретый воздух благодаря конвекции поднимается вверх и формирует кучевые облака. Эти облака «хорошей погоды» похожи на вату. Если посмотреть на небо, заполненное кучевыми облаками, можно увидеть, что у них плоское дно, расположенное на одном уровне для всех облаков. На этой высоте воздух, поднявшийся с уровня земли, охлаждается до точки росы. Из кучевых облаков дождь обычно не идёт – а значит, погода будет хорошей.
2) Кучево-дождевые облака
Небольшие кучевые облака дождём не проливаются, но если они увеличиваются и растут по высоте, это признак того, что скоро будет сильный дождь. Это часто случается летом, когда утренние кучевые облака днём превращаются в кучево-дождевые.
Недалеко от земли кучево-дождевые облака чётко оформлены, но с высотой они начинают становиться более дымчатыми по краям. Такой переход указывает на то, что облако состоит уже не из капель воды, а из кристаллов льда. Когда порывы ветра выдувают капли воды за пределы облака, те быстро испаряются в более сухом окружении, из-за чего у водяных облаков очень резко очерчены края. Ледяные кристаллы, выносимые за пределы облака, не испаряются так быстро, из-за чего края такого облака выглядят более дымчатыми.
Кучево-дождевые облака часто имеют плоскую верхушку. Внутри такого облака происходит конвекция воздуха, и он постепенно охлаждается, пока не достигнет температуры окружающей атмосферы. В этот момент он теряет плавучесть и уже не может подниматься выше. Вместо этого он распространяется в стороны, образуя характерную форму наковальни.
3) Перистые облака
Перистые облака могут знаменовать приближение тёплого фронта и дождя
Перистые облака формируются в очень высоких слоях атмосферы. Они дымчатые, поскольку полностью состоят из кристаллов льда, падающих в атмосфере. Если перистые облака переносят ветра, движущиеся с разными скоростями, они приобретают характерную загнутую форму. И только на очень больших высотах или на высоких широтах перистые облака выдают дождь, достигающий земли.
Но если вы заметили, что перистые облака начинают покрывать большую площадь неба, становятся ниже и толще, то это верный признак приближения тёплого фронта. В тёплом фронте встречаются тёплые и холодные воздушные массы. Более лёгкий тёплый воздух поднимается над холодным, что приводит к формированию облаков. Опускание облаков говорит о приближении фронта, и о том, что в следующие 12 часов пойдёт дождь.
4) Слоистые облака
Слоистые облака: мрачно
Слоистые облака – низко расположенная, непрерывная облачная простыня, покрывающая небо. Слоистые облака формируются медленно восходящим воздухом или несильным ветром, покрывающим влажным воздухом холодную землю или поверхность моря. Слоистые облака тонкие, поэтому, несмотря на мрачную картину, дождь из них вряд ли пойдёт, максимум небольшая морось. Слоистые облака идентичны туману, поэтому, если вы когда-нибудь шли по горной местности в туманный день, вы находились внутри облака.
5) Лентикулярные облака
Два последних типа облаков не помогут вам предсказывать погоду, но дадут первичное представление о чрезвычайно сложных движениях атмосферы. Гладкие и линзообразные лентикулярные облака формируются, когда воздух выдувается вверх и через горную гряду.
Перевалив через гору, воздух спускается до прежнего уровня. В это время он разогревается и облако испаряется. Но он может проскочить и дальше, в результате чего воздух вновь поднимется вверх и сформирует ещё одно лентикулярное облако. Это может привести к появлению цепочки облаков, простирающихся далеко за границы горной гряды. Взаимодействие ветра с горами и другими особенностями поверхности – одна из множества деталей, которые необходимо учитывать в компьютерных симуляциях для получения точных предсказаний погоды.
6) Кельвина — Гельмгольца
И, наконец, мои любимые. Облака Кельвина – Гельмгольца напоминают ломающуюся океанскую волну. Когда воздушные массы на разных высотах двигаются по горизонтали с разными скоростями, их состояние становится нестабильным. Граница между воздушными массами начинает покрываться рябью и формирует крупные волны.
Такие облака встречаются довольно редко – лично я видела их единственный раз над Ютландией, западной Данией – поскольку мы можем наблюдать этот процесс в атмосфере, только если в нижней воздушной массе есть облако. Тогда оно может обрисовать ломающиеся волны и обнаружить запутанные движения, происходящие у нас над головой, которые обычно не видны.
Методы и приборы определения нижней границы облаков
Для определения высоты нижней границы облаков на аэродроме используют инструментальные, инструментально-визуальные, расчетные и визуальные методы. К инструментальным методам относятся: измерения, которые производятся с помощью измерителя высоты облаков (ИВ0-1М), регистратора высоты облаков (ИВ0-2), триангуляционного измерителя (М-105), лазерного измерителя высоты облаков (ЛИВО), метеорологического радиолокатора (МРЛ-1, УРЛ-2, МРЛ-5 и др.). К инструментально-визуальным методам можно отнести измерения, производимые с помощью потолочного прожектора (ПИ-45), шара-пилота, воздушного судна. К расчетным методам относятся способы определения высоты нижней границы по данным радиозондирования атмосферы или по данным измерения метеорологических параметров у земли. Визуальный метод используется тогда, когда не представляется возможным использовать инструментальные и инструментально-визуальные методы (например, при количестве облаков менее 5-6 баллов, при интенсивных осадках). Визуальные наблюдения помогают скорректировать инструментальные наблюдения, которые носят случайный характер.
Наземный импульсный световой измеритель высоты нижней границы облаков (ИВО-1М) и приставка ДВ-1М.Принцип действия прибора заключается в измерении времени прохождения световым импульсом расстояния от передатчика (излучателя) до нижней границы облаков и обратно до приемника световых импульсов. Время прохождения светового импульса пропорционально высоте облаков.
Измерение высоты облаков осуществляется в диапазоне 50—150м с погрешностью (0,1Н + 5)м; а в диапазоне 150-500м с погрешностью (0,07Н+10)м.
Предельная инструментальная погрешность измерения высоты нижней границы облаков «Н» в диапазоне от 10 до 150 м составляет 15 м, от 150 до 300 м 0,1Н, от 300 до 1000 м 0,2Н.
Лазерный измеритель высоты облаков (ЛИВО).Прогресс, достигнутый в области конструирования оптических квантовых генераторов (ОКГ), обусловил их применение в лазерных измерителях высоты облаков. Вследствие большой мощности излучения по сравнению с мощностью излучения светолокаторов типа ИВ0-1М, ЛИВО обладает большим радиусом действия. ЛИВО включает в себя передатчик, приёмник синхронизатор, индикатор и пульт управления.
Метеорологические радиолокаторы.Метеорологические радиолокаторы (МРЛ-1, МPЛ-2, MPЛ-5) позволяют получать вертикальный пространственный разрез облаков при работе в режиме сканирования по углу места от 0 до 100° в направлении выбранного азимута. Нижняя граница облаков среднего и верхнего ярусов определяется с инструментальной погрешностью от 20 до 50% от измеряемой величины. Принцип действия МРЛ такой же, как любого радиолокатора. Также как и радиолокаторы, они состоят из передатчика, генерирующего электромагнитную энергию, антенны, излучающей эту энергии и принимающей эхо-сигналы, а также приемника, который усиливает и преобразует эхо-сигналы в видеоимпульсы, индикаторов, обеспечивающих визуальное наблюдение эхо-сигналов и их регистрацию.
Потолочный прожектор ПИ-45.В некоторых аэропортах наряду с основными комплексами, такими как ИВ0-1М, используются устаревшие потолочные прожекторы, которые позволяют только в ночное время измерить высоту облаков. Установка (рис.36) состоит из направленного вертикально вверх прожектора 1, оптического визира 2 и кабеля для подключения прожектора к электрической сети. Для определения нижней границы облаков включается (дистанционно) источник света, находящийся в фокусе параболического зеркала прожектора. Луч света, сформированный прожектором, достигает облака и оставляет на его нижней границе световое пятно. С помощью визира, расположенного на удалении от 100 до 500 м от прожектора, наблюдатель определяет угол, под которым видно световое пятно. Зная длину базы от наблюдателя до прожектора и вертикальный угол, вычисляется высота нижней границы облаков.
Определение высоты облаков с помощью шаров-пилотов
Метод определения высоты нижней границы облаков применяется при облачности более 5 баллов. Измерение заключается в определении времени между выпуском шара-пилота и моментом, когда шар-пилот начинает «туманиться» при входе в облачность.
Определение высоты пилотом с воздушного судна
Определение высоты пилотом осуществляется по высотомеру, который установлен на давление аэродрома в момент потери пилотом горизонтальной видимости. Эти данные уточняют инструментальные измерения, а иногда, например, при интенсивных осадках, являются наиболее надёжным способом измерения нижней границы облаков.
Точность измерения высоты по самолету не превышает (0,15Н).
Расчетные и визуальные способы определения высоты облаков.
При расчете высоты нижней границы облаков используются данные наблюдений с помощью радиозондов и эмпирические формулы. При подъеме радиозонда его датчик влажности фиксирует и передает на землю относительную влажность.