2.1.8. Модель зрелого кучево-дождевого облака

В результате исследований распределения скоростей восходящих и нисходящих токов был предложен целый ряд моделей развитых (зрелых) кучево-дождевых облаков — от сравнительно простых (Бейерс и Брейем [255], Вихман [570]) до весьма сложных (Браунинг и Ладлем [250], Ч. Ньютон и X. Ньютон [459]). Однако и сейчас нет оснований полагать, что такого рода модели уже в достаточной степени разработаны. Это объясняется большой сложностью распределения воздушных токов, недостаточностью сведений о строении этих облаков и главным образом наличием сложных обратных связей между скоростью потоков, укрупнением частиц, электрическими силами и т. д. Надо отметить также, что в зависимости

от степени своего развития кучево-дождевые облака, по-видимому, значительно отличаются друг от друга, и для их описания требуется не одна модель, а несколько. Возможность ответить на этот вопрос появится только при накоплении достаточного материала наблюдений за развитием кучево-дождевых облаков в разные сезоны в сильно отличающихся географических районах.

Рис. 35. Модель кучево-дождевого облака в стадии зрелости.

По С. М. Шметеру [2051.

1 — направление токов, 2 — нисходящие токи, вызванные испарением облачных элементов, 3 — участки интенсивного турбулентного обмена, 4 — участки интенсивной болтанки самолетов вне облака, 5— частицы осадков. Слева показан вертикальный профиль относительной скорости ветра область максимальных скоростей восходящих токов.

Для дальнейшего рассмотрения вопроса об образовании и разделении электрических зарядов в грозовых облаках примем модель воздушных токов, разработанную С. М. Шметером [205], которая, с нашей точки зрения, наиболее верно представляет в общем виде распределение токов в зрелом кучево-дождевом облаке (рис. 35). Ниже приводится в сокращенном виде описание модели согласно С. М. Шметеру.

Восходящий ток образуется в передней части облака. Нисходящий ток находится перед тыловой частью облака. Внутри облака скорость нисходящего тока растет вследствие понижения температуры при испарении гидрометеоров и увлечения воздуха при их падении. Кроме основного нисходящего тока, существуют еще узкие зоны нисходящих токов по обе стороны от боковых границ облака, образующиеся вследствие испарения облачных частиц. Наблюдаются также нисходящие токи внутри предвершинной части облака из-за вовлечения воздуха через вершину облака. Горизонтальные

токи возникают в результате мезомасштабных горизонтальных токов и турбулентности.

На основании приведенных в разделе 2.1.3 данных можно выделить два типа грозовых облаков в умеренных широтах: 1) облака с вершиной между 6 и 9 км, из которых выпадает крупнокапельный ливневый дождь; 2) облака с вершиной выше 9 км, из которых выпадает град. По-видимому, какие-либо существенные различия в механизме образования этих облаков отсутствуют. В обоих типах облаков существуют твердые гидрометеоры (ледяная крупа и градины), но в первом восходящие токи, высота и как результат размеры твердых гидрометеоров меньше, чем во втором. Вследствие этого градины, зарождающиеся в грозовых облаках первого типа, успевают полностью растаять при своем падении ниже уровня изотермы 0°С, тогда как при облаках второго типа они достигают поверхности земли.