2.1.4. Зарождение и развитие радиоэхо

Расположение уровня зарождения дождя в конвективных облаках относительно изотермы 0°С определяется, по-видимому, механизмом образования дождя. Предполагается, что причиной образования дождя является или конденсационно-коагуляционный процесс роста капель, или сублимационно-коагуляционный процесс роста твердых частиц. В первом случае следует ожидать, что зарождение радиоэхо, т. е. образование частиц таких размеров, которые обнаруживаются радиолокатором, должно происходить ниже уровня изотермы 0°С, а во втором — выше уровня изотермы . Н. С. Шишкин [202] допускает, что в облаках действует коагуляционный механизм образования осадков и что ливни могут начинаться с образования и выпадения капель. Наиболее же распространено представление о том, что образование ливней совпадает с кристаллизацией крупных облачных капелек в переохлажденной части мощных кучевых облаков.

Радиолокационные исследования, выполненные в тропических и субтропических климатических районах, а также в районах умеренных широт с морским климатом [ показывают, что вероятность зарождения первого радиоэхо при положительных температурах довольно велика. Иными словами, в этих районах велика вероятность образования дождя за счет коагуляции жидких капель. Так, Баттан [225] обнаружил, что примерно в 60% случаев первое радиоэхо появляется ниже уровня изотермы 0° С. Наблюдения в условиях континентального климата показывают, что в большинстве случаев радиоэхо появляется выше уровня изотермы 0° С. В Нью-Мексико (США) первое радиоэхо появляется на высотах с температурой около радиоэхо осадков обнаруживается только в том случае, если вершина конвективных облаков поднимается выше уровня изотермы —12° С [241].

В приведенных выше исследованиях не рассматривался весьма существенный вопрос о дальнейшем развитии радиоэхо. Такое исследование было выполнено Т. Н. Заболоцкой и В. М. Мучником [50] в районе ЭМП УкрНИГМИ (табл. 16).

Таблица 16 (см. скан) Повторяемость радиоэхо в зависимости от температуры воздуха на уровне их зарождения. По Т. Н. Заболоцкой и В. М. Мучнику [50]

Как видно из табл. 16, при положительных температурах радиоэхо облаков в основном не развиваются. Оказалось, что в тех случаях, когда радиоэхо развиваются, у поверхности земли наблюдается только слабый дождь.

Из этих данных следует, что определяющим для возникновения ливней на территории Украины является образование в облаках твердой фазы. Коагуляционный рост капель в кучевых облаках сам по себе может привести к образованию только весьма слабых ливневых дождей, большая часть которых успевает испариться под облаками. Вместе с тем коагуляционный рост капель в верхних, переохлажденных частях кучевых облаков облегчает их кристаллизацию и образование ливня. Образование гроз, которые сопровождаются, как правило, интенсивными ливнями, происходит при возникновении первого радиоэхо в области отрицательных температур.

Р. А. Анчугова [6] изучала для Ленинграда зависимость максимальной высоты Яшах развития радиоэхо от средней температуры на уровне его зарождения. Она получила следующие данные:

Как видно из этих данных, в случаях когда радиоэхо обнаруживается при положительных температурах, его развитие по

вертикали является малоинтенсивным. Только в случаях, когда радиоэхо зарождается при сравнительно низких средних температурах (около —3°С и ниже), оно поднимается до больших высот, что позволяет ожидать выпадения интенсивного грозового ливня. Результаты Анчуговой согласуются с данными Заболоцкой и Мучника.

После обнаружения первого радиоэхо происходит увеличение его размеров во все стороны. Причины подъема границы радиоэхо вверх, опускания вниз и распространения в горизонтальном направлении разные. Так, подъем верхней границы радиоэхо обусловливается восходящими токами, которые поднимают частицы вверх, и ростом ледяных частиц, поэтому скорость подъема границы может превышать скорость восходящих токов. Опускание нижней границы происходит со скоростью, равной алгебраической сумме скоростей вертикальных токов и падения наибольших частиц. Распространение радиоэхо на уровне его образования зависит, по-видимому, от турбулентного переноса ядер кристаллизации и скорости роста ледяных частиц до обнаруживаемых размеров.

Как показывают наблюдения, подъем вершины кучево-дождевых облаков [344], так же как и радиоэхо в них [30], имеет пульсационный характер. Пульсации вершины облаков значительно сильнее выражены, чем пульсации верхней границы радиоэхо. Это объясняется тем, что на верхней границе облаков остановка в развитии происходит вследствие перемешивания влажного облачного воздуха с более сухим над облаком. Внутри облака заток сухого воздуха и перемешивание с ним облачного воздуха менее интенсивны.

В Нью-Мексико (США) средняя скорость подъема радиоэхо составляет 4 м/с [583], а в Пуэрто-Рико 1,9 м/с, т. е. примерно в два раза меньше, чем в умеренных широтах [334]. Баттан [225] для Огайо (США) нашел, что скорость подъема радиоэхо зависит от высоты, до которой она растет. Таким образом, в более мощных облаках должны существовать большие скорости восходящих токов. В некоторых развивающихся кучево-дождевых облаках скорость подъема достигала 15 м/с. Скорость опускания нижней границы радиоэхо составляет в среднем 6 м/с и часто превышает 20 м/с, т. е. она больше скорости подъема верхней границы [225]; по мере приближения границы к поверхности земли скорость опускания уменьшается.

С момента опускания к поверхности земли радиоэхо, обнаруживаемого в виде очага небольших размеров и слабой интенсивности, происходит увеличение как его размеров, так и отражаемости в центре. Затем размеры очага и отражаемость начинают уменьшаться до полного его исчезновения. М. Л. Маркович и др. [113] получили, что горизонтальная площадь очагов и увеличивается, и уменьшается с постоянной скоростью. Средние величины времени и скорости развития и затухания очагов у поверхности земли в районе Киева, заимствованные из [113], приведены ниже:

В районе Киева в 76% случаев скорость роста горизонтальной площади очагов лежит в пределах и только в 11 % случаев она больше Скорости уменьшения горизонтальной площади очагов несколько меньше, чем скорости роста. В 73% случаев скорости уменьшения площади находились в пределах Эти зависимости верны не только для всей площади очага, но и для площади, охватываемой изоэхо любого значения. Обнаружилось также, что подобные зависимости выполняются и на высотах, выбранных произвольно ниже уровня максимальной отражаемости. Так, по Т. Н. Заболоцкой и В. М. Мучнику [49], среднее время развития очагов на высотах равно 12,6 мин.

Линейную скорость расширения кучево-дождевых облаков на основании самолетных данных получил С. М. Шметер [205]. Для растущих облаков среднее значение скорости расширения оказалось равным 0,7 км/мин, а максимальное 1,6 км/мин. При этом расширение происходило во все стороны примерно одинаково.