Атмосферными осадками называется влага, выпавшая на поверхность из атмосферы в виде дождя, мороси, крупы, снега, града. Осадки выпадают из облаков, но не каждое облако дает осадки. Формирование осадков из облака идет за счет укрупнения капель до размеров, способных преодолеть восходящие токи и сопротивление воздуха. Укрупнение капель идет за счет слияния капель, испарения влаги с поверхности капель (кристаллов) и конденсации водяного пара на других.
По агрегатному состоянию выделяют жидкие, твердые и смешанные осадки.
К жидким осадкам относятся дождь и морось.
ü дождь – имеет капли размером от 0,5 до 7 мм (в среднем 1,5 мм);
ü морось – состоит из маленьких капель размером до 0,5 мм;
К твердым относятся снежная крупа и ледяная крупа, снег и град.
ü снежная крупа – округлые ядрышки диаметром 1 мм и более, наблюдается при температурах близких к нулю. Крупинки легко сжимаются пальцами;
ü ледяная крупа – ядрышки крупы имеют обледеневшую поверхность, их трудно раздавить пальцами, при падении на землю они подскакивают;
ü снег – состоит из шестигранных кристаллов льда, образовавшихся в процессе сублимации;
ü град – крупные кусочки льда округлой формы размерами от горошины до 5-8 см в диаметре. Вес градин в отдельных случаях превышает 300 г, иногда может достигать нескольких килограмм. Град выпадает из кучево-дождевых облаков.
Виды осадков: (по характеру выпадения)
- Обложные осадки – равномерные, длительные по продолжительности, выпадают из слоисто-дождевых облаков;
- Ливневые осадки – характеризуются быстрым изменением интенсивности и непродолжительностью. Они выпадают из кучево-дождевых облаков в виде дождя, нередко с градом.
- Моросящие осадки – в виде мороси выпадают из слоистых и слоисто-кучевых облаков.
Суточный ход осадков совпадает с суточным ходом облачности. Выделяются два типа суточного хода осадков – континентальный и морской (береговой). Континентальный тип имеет два максимума (в утренние часы и после полудня) и два минимума (ночью и перед полуднем). Морской тип – один максимум (ночью) и один минимум (днем).
Годовой ход осадков различен на разных широтах и даже в пределах одной зоны. Он зависит от количества тепла, термического режима, циркуляции воздуха, удаленности от побережий, характера рельефа.
Наиболее обильны осадки в экваториальных широтах, где годовое их количество (ГКО) превосходит 1000-2000 мм. На экваториальных островах Тихого океана выпадает 4000-5000 мм, а на подветренных склонах тропических островов до 10 000 мм. Причиной обильных осадков являются мощные восходящие токи очень влажного воздуха. К северу и югу от экваториальных широт количество осадков уменьшается, достигая минимума на 25-35º, где среднегодовое значение не превышает 500 мм и уменьшается во внутриконтинентальных районах до 100 мм и менее. В умеренных широтах количество осадков несколько увеличивается (800 мм). В высоких широтах ГКО незначительно.
Максимальная годовая сумма осадков зарегистрировано в Черрапунджи (Индия) – 26461 мм. Минимальное отмеченное годовое количество осадков – в Асуане (Египет), Икике – (Чили), где в отдельные годы осадков не выпадает вообще.
По происхождению различают конвективные, фронтальные и орографические осадки.
- Конвективные осадки (внутримассовые) характерны для жаркого пояса, где интенсивны нагрев и испарение, но летом нередко бывают и в умеренном поясе.
- Фронтальные осадки образуются при встрече двух воздушных масс с разной температурой и иными физическими свойствами, выпадают из более теплого воздуха, образующего циклонические вихри, типичны для умеренного и холодного поясов.
- Орографические осадки выпадают на наветренных склонах гор, особенно высоких. Они обильны, если воздух идет со стороны теплого моря и обладает большой абсолютной и относительной влажностью.
Типы осадков по происхождению:
I - конвективные, II - фронтальные, III - орографические; ТВ - теплый воздух, ХВ - холодный воздух.
Годовой ход осадков , т.е. изменение их количества по месяцам, в разных местах Земли не одинаков. Осадки по земной поверхности распределяются зонально.
- Экваториальный тип – осадки выпадают довольно равномерно весь год, сухих месяцев нет, лишь после дней равноденствия отмечаются два небольших максимума – в апреле и октябре – и после дней солнцестояния два небольших минимума – в июле и январе.
- Муссонный тип – максимум осадков летом, минимум зимой. Свойствен субэкваториальным широтам, а также восточным побережьям материков в субтропических и умеренных широтах. Общее количество осадков при этом постепенно уменьшается от субэкваториального к умеренному поясу.
- Средиземноморский тип – максимум осадков зимой, минимум – летом. Наблюдается в субтропических широтах на западных побережьях и внутри материков. Годовое количество осадков постепенно уменьшается к центру континентов.
- Континентальный тип осадков умеренных широт – в теплый период осадков в два-три раза больше, чем в холодный. По мере возрастания континентальности климата в центральных областях материков общее количество осадков уменьшается, а разница летних и зимних осадков увеличивается.
- Морской тип умеренных широт – осадки распределяются равномерно в течение года с небольшим максимумом в осенне-зимнее время. Их количество больше, чем наблюдается для этого типа.
Типы годового хода осадков:
1 - экваториальный, 2 - муссонный, 3 - средиземноморский, 4 - континентальный умеренных широт, 5 - морской умеренных широт.
Вода, выпавшая на поверхность Земли в форме дождя, снега, града или осаждающаяся на предметы в виде конденсата как иней или роса, называется атмосферными осадками. Осадки могут быть обложными, связанными с теплыми фронтами, или ливневыми, связанными с холодными фронтами.
Появление дождя обусловлено слиянием мелких капелек воды в облаке в более крупные, которые превозмогая силу тяжести, падают на Землю. В том случае, если в облаке содержатся мелкие частицы твердых тел (пылинки), процесс конденсации протекает быстрее, так как они выступают ядрами конденсации.При отрицательных температурах конденсация водяного пара в облаке приводит к выпадению снега. Если снежинки из верхних пластов облака попадают в нижние с более высокой температурой, где содержится большое количество холодных капель воды, то снежинки соединяются с водой, теряя форму и превращаясь в снежные комочки диаметром до 3 мм.
Образование осадков
Град образуется в облаках вертикального развития, характерными чертами которых является наличие положительных температур в нижнем слое и отрицательных – в верхнем. В данном случае шаровидные снежные комочки с восходящими воздушными потоками поднимаются в верхние участки облака с более низкими температурами и застывают с образованием шаровидных льдинок – градин. Затем под действием силы тяжести градины падают на Землю. Они обычно неодинаковы по размеру и могут быть величиной диаметра от горошины до яйца курицы.
Виды атмосферных осадков
Такие виды осадков, как роса, иней, изморозь, гололед, туман, образуются в приземных слоях атмосферы за счет конденсации водяного пара на предметах. Роса появляется при более высоких температурах, иней и изморозь – при отрицательных. При чрезмерной концентрации водяных паров в приземном атмосферном слое появляется туман. Если туман смешивается с пылью и грязью в промышленных городах, он называется смогом.
Измерение осадков производят по толщине слоя воды в миллиметрах. На нашей планете, в среднем, выпадает примерно 1000 мм осадков в год. Для измерения количества осадков используют такой прибор, как осадкомер. В течение многих лет ведутся наблюдения за количеством выпадающих осадков в разных регионах планеты, благодаря чему были установлены общие закономерности распределения их по земной поверхности.
Максимальное количество осадков наблюдается в экваториальном поясе (до 2000 мм в год), минимальное – в тропиках и полярных областях (200-250 мм в год). В умеренном поясе среднегодовое количество осадков составляет 500-600 мм в год.
В каждом климатическом поясе также отмечается неравномерность в выпадении осадков. Это объясняется особенностями рельефа определенной местности и преобладающим направлением ветра. К примеру, на западных окраинах Скандинавского горного массива выпадает 1000 мм в год, а на восточных – более чем в два раза меньше. Выявлены участки суши, на которых почти полностью отсутствуют осадки. Это пустыни Атакама, центральные области Сахары. В этих регионах среднегодовой уровень осадков составляет менее 50 мм. Огромное количество осадков отмечается в южных районах Гималаев, в Центральной Африке (до 10000 мм в год).
Таким образом, определяющими чертами климата данной местности являются среднемесячное, сезонное, среднегодовое количество осадков, их распределение по поверхности Земли, интенсивность. Эти особенности климата оказывают существенное влияние на многие отрасли хозяйства человека, в том числе сельское.
Похожие материалы:
Исходные данные:
Река Сура, пункт г.Пенза, площадь водосбора F = 15400 км 2 , залесенность 27%, заболоченность 1%. Среднемноголетнее количество осадков х 0 =666 мм.
Таблица 1. Среднемесячные и среднегодовые расходы и модули стока.
Период наблюдений (годы) с 1963 по 1972 год.
|
Сентябрь |
М л/с · км 2 |
М а л/с · км 2 |
|||||||||||||
Бассейн-аналог - река Сура,с.Кадышево
Средняя многолетняя величина годового стока (норма) М о а = 3,7 л/с · км 2 , С v = 0,28
Многолетнее: U бр = 1500 млн. м 3 , Р = 80%, r = 0.
1. Определить среднюю многолетнюю величину (норму) годового стока при наличии данных наблюдений.
У нас имеются исходные данные: среднегодовые расходы воды,при этом для уменьшения объёма расчётов период наблюдений был сокращён до 10 лет.
Нормой гидрологических величин называется среднее арифметическое значение характеристик гидрологического режима за многолетний период такой продолжительности, при увеличении которой полученное среднее значение существенно не меняется.
При наличии длительных (50 - 80 лет) наблюдений и неизмененных физико-географических и хозяйственных условий, а также, если период наблюдений включает не менее двух полных циклов колебаний водности реки, величина среднего многолетнего стока вычисляется по формуле:
где Qi - средний годовой стока за i-й год;
n - число лет наблюдений.
Определяем среднюю многолетнюю величину годовых расходов реки Сура, пункт г.Пенза по данным
Напомним, что расход воды - это объём воды, протекающей через живое сечение потока в единицу времени.
Полученную норму в виде среднего многолетнего расхода воды требуется выразить через другие характеристики стока : модуль, слой, объём и коэффициент стока.
· Модуль стока - количество воды, стекающее с единицы площади водосбора в единицу времени.
Средний многолетний модуль стока вычисляем по соотношению:
л/с · км 2 , (2)
где F - площадь водосбора, км 2 (приложение 1).
· Объём стока - объём воды, стекающей с водосбора за какой-либо интервал времени.
Вычисляем средний многолетний объём стока за год:
где Т - число секунд в году, равное 31,54 · 106 с.
· Слой стока - количество воды, стекающее с водосбора за какой-либо интервал времени, равное толщине слоя, равномерно распределённого по площади этого водосбора. Слой стока выражается в мм.
Средний многолетний слой стока вычисляем по зависимости:
мм/год. (4)
· Коэффициент стока - отношение величины (объёмы или слоя) стока к количеству выпавших на площадь водосбора осадков, обусловивших возникновение стока.
Средний многолетний коэффициент стока:
где х 0 - средняя многолетняя величина осадков в год, мм. Оценка репрезентативности (достаточности) ряда наблюдений определяется величиной относительной средней квадратической ошибки средней многолетней величины (нормы) годового стока, вычисляемой по формуле:
где С v - коэффициент изменчивости (вариации) годового стока; длина ряда считается достаточной для определения Q 0 , если? 510%. Величина среднего стока при этом называется нормой стока.
Определить коэффициент изменчивости (вариации) Сv годового стока.
Коэффициент изменчивости С v характеризует отклонения стока за отдельные годы от нормы стока; он равен:
где? Q - среднеквадратическое отклонение годовых расходов от нормы стока.
Если n < 30, то
Если сток за отдельные годы выразить в виде модульных коэффициентов,
а при n < 30
Составляем таблицу для подсчёта С v годового стока реки Сура пункт г.Пенза
Данные для подсчёта С v
|
Годовые расходы Qi , м3/с |
|||||
Коэффициент изменчивости С v годового стока реки Сура, пункт г.Пенза равен:
Относительная средняя квадратическая ошибка средней многолетней величины годового стока реки Сура за период с 1963 по 1972гг. (10 лет) равна:
Относительная средняя квадратическая ошибка коэффициента изменчивости С v при его определении методом моментов равна:
В рассматриваемом примере
Длина ряда считается достаточной для определения Q 0 и C v , если, а. Величина среднего годового стока при этом условии называется нормой стока.
Вывод : В нашем примере находится в пределах допустимого, а больше допустимой ошибки. Значит, ряд наблюдений недостаточный, необходимо удлинить его.
2. Определить норму стока при недостатке данных методом гидрологической аналогии.
Река-аналог выбирается по:
ь сходству климатических характеристик;
ь синхронности колебаний стока во времени;
ь однородности рельефа, почвогрунтов, гидрогеологических условий, близкой степени покрытости водосбора лесами и болотами;
ь соотношению площадей водосборов, которые не должны отличаться более чем в 10 раз;
ь отсутствию факторов, искажающих сток (строительство плотин, изъятие и сбросы воды).
Река-аналог должна иметь многолетний период гидрометрических наблюдений для точного определения нормы стока и не менее 6 лет параллельных наблюдений с изучаемой рекой.
Строим на миллиметровке график связи модулей исследуемой реки и реки-аналога. За годы параллельных наблюдений наносим точки в виде кружочков диаметром 1мм, справа записываем порядковый номер года. График строим в виде прямой линии усредняющей точки. Зависимости считаются удовлетворительными, если отклонения большей части точек от средней линии не превышают 15%. Затем, зная норму стока реки-аналога М о а = 3,7 л/с · км 2 , определяем норму стока, выраженную через модуль изучаемой реки, и вычисляем норму стока через расход.
По графику связи среднегодовых модулей стока р.Сура, пункт г.Пенза и р.Сура, с.Кадышево М о = 2,9 л/с · км 2 .
Коэффициент изменчивости годового стока вычисляем по формуле
где Cv - коэффициент изменчивости стока в расчётном створе;
C vа - в створе реки-аналога;
М 0а - среднемноголетняя величина годового стока реки-аналога;
А - тангенс угла наклона графика связи.
В рассматриваем примере:
Окончательно принимаем:
М 0 = 2,9 л/с · км 2 ,
Q 0 = 44,66 м 3 /с,
3. Построить и проверить кривую обеспеченности годового стока.
Для характеристики возможных колебаний стока за длительный период и определения расчётных расходов в гидрологии применяют аналитические кривые обеспеченности: биноминальную кривую обеспеченности и кривую трехпараметрического гамма-распределения. Они определяются следующими параметрами:
ь - средней величиной,
ь С v - коэффициентом изменчивости (вариации),
ь С s - коэффициентом асимметрии.
В работе требуется построить кривую обеспеченности годового стока, воспользовавшись кривой трёхпараметрического гамма-распределения. Для этого необходимо рассчитать три параметра:
ь Q 0 - среднюю многолетнюю величину (норму) годового стока,
ь С v - коэффициент изменчивости (вариации) годового стока,
ь С s - коэффициент асимметрии годового стока.
Используя результаты расчётов первой части работы для р.Сура, пункт г. Пенза, имеем Q 0 = 44,66 м 3 /с, С v = 0,35.
Коэффициент асимметрии С s характеризует несимметричность гидрологического ряда и определяется путём подбора, исходя из условия наилучшего соответствия аналитической кривой с точками фактических наблюдений; для рек, расположенных в равнинных условиях, при расчёте годового стока наилучшие результаты дает соотношение С s = 2С v . Поэтому понимаем для р.Сура, пункт г.Пенза: С s = 2С v = 2 · 0,35 = 0,70 с последующей проверкой.
Ординаты кривой определяем в зависимости от коэффициента С v (в примере С v =0,35) по таблицам, составленным С.Н. Крицким и М.Ф. Менкелем для С s = 2С v Для повышения точности кривой необходимо учитывать сотые доли С v и провести интерполяцию между соседними столбцами цифр (таблица 2).
§ для Р = 0,01
§ для Р = 0,1
§ для Р = 1
§ для Р = 5
§ для Р = 10
§ для Р = 25
§ для Р = 50
§ для Р = 75
§ для Р = 80
§ для Р = 90
§ для Р = 95
§ для Р = 99
Таблица 2
|
Обеспеченность, Р % |
|||||||||||||
|
Ординаты кривой |
Обеспеченностью гидрологической величины называется вероятность превышения рассматриваемого значения гидрологической величины среди совокупности всех возможных её значений.
По данным таблицы 2 на миллиметровке форматом 203288 мм 2 строим теоретическую кривую обеспеченности, откладывая по оси абсцисс Р (1 см - 5%), а по оси ординат - К р. Построенная кривая в верхней и нижней частях имеет большую кривизну, что затрудняет пользование ею. Кривая обеспеченности на клетчатке вероятностей (рис.2) имеет более плавный вид и удобна в использовании.
Построив кривую обеспеченности на клетчатке вероятностей, проверяем её данные фактических наблюдений. Для этого модульные коэффициенты годовых расходов (из табл.1, графа 4) располагаем по убыванию в таблице 3 и для каждого из них вычисляем его фактическую обеспеченность по формуле:
Р = m / (n + 1) · 100%, (12)
где Р - обеспеченность члена ряда, расположенного в порядке убывания;
m - порядковый номер члена ряда;
n - число членов ряда.
Таблица 3.
|
Модульные коэффициенты по убыванию К |
Фактическая обеспеченность |
Годы соответствующие К |
|
 |
|||
         |
Вывод: Как видно на рис.2, нанесённые точки усредняют теоретическую кривую; значит, кривая построена правильно и соотношение С s = 2C v соответствует действительности. В противном случае необходимо изменить соотношение С s к C v и вновь построить теоретическую кривую обеспеченности.
4. Рассчитать внутригодовое распределение стока методом компоновки для целей орошения с расчётной вероятностью превышения Р = 80%. Для расчёта используем исходные данные среднемесячные расходы воды (приложение 1). Расчёт делится на две части: межсезонное распределение, имеющее наиболее важное значение; внутрисезонное распределение (по месяцам и декадам), устанавливаемое с некоторой схематизацией. Межсезонное распределение. В зависимости от типа внутригодового распределения стока год делится на два периода: многоводный и маловодный (межень). В зависимости от цели использования один из них назначается лимитирующим. Лимитирующий - это наиболее напряжённый с точки зрения водохозяйственного использования период (сезон). Для целей осушения лимитирующим периодом является многоводный; Для целей орошения, энергетики - маловодный. В период включается один или два сезона. На реках с весенним половодьем для целей орошения выделяются: многоводный период (он же сезон) - весна; и маловодный (лимитирующий) период, включающий в себя сезоны - лето - осень и зима, причём лимитирующим сезоном при орошении является лето - осень (при энергетическом использовании - зима).
Расчёт выполняется по гидрологическим годам, т.е. по годам, начинающимся с многоводного сезона. Сроки сезонов назначаются едиными для всех лет наблюдений с округлением их до целого месяца. Продолжительность многоводного сезона назначается так, чтобы в границах сезона помещалось половодье как в годы с наиболее ранним сроком наступления, так и с наиболее поздним сроком окончания.
В задании продолжительность сезона, можно принять следующий:
- · весна (апрель, май, июнь);
- · лето - осень (июль, август, сентябрь, октябрь, ноябрь);
- · зима (декабрь и январь, февраль, март следующего года).
Величина стока за отдельные сезоны и периоды определяется суммой среднемесячных расходов (таблица 4). В последнем году к расходу за декабрь прибавляются расходы за три месяца (I, II, III) первого года.
При расчёте по методу компоновки внутригодовое распределение стока принимается из условия равенства вероятности превышения стока за год, стока за лимитирующий период и внутри его за лимитирующий сезон. Поэтому необходимо определить расходы заданной проектом обеспеченности (в задании Р = 80%) для года, лимитирующих периода и сезона. Следовательно, требуется рассчитать параметры кривых обеспеченности (Q o , C v и C s) для лимитирующих периода и сезона (для годового стока параметры вычислены в первой части задания). Вычисления производятся методом моментов в табл.4 по схеме, изложенной выше для годового стока (см. табл.1).
Таблица 4. Расчёт внутригодового распределения стока методом компоновки (межсезонное распределение). река Сура, пункт г.Пенза по данным с 1963 по 1972 гг. (10 лет).
|
Расходы за лимитирующий сезон лето - осень |
Сток лето - осень |
Расходы за сезон весна |
Весеннийсток |
|||||||||||
§ Параметры кривой обеспеченности для годового стока.
гидрологический сток орошение
; С s = 2С v = 2 · 0,27= 0,54.
Определяем ординату кривых трехпараметрического гамма-распределения для С v годового стока:
§ Параметры кривой обеспеченности для лимитирующего периода.
С s = 2С v = 2 · 0,18 = 0,36
Определяем ординату кривых трехпараметрического гамма-распределения для С v меженного стока:
§ Параметры кривой обеспеченности для лимитирующего сезона.
; С s = 2С v = 2 · 0,26 = 0,52
Определяем ординату кривых трехпараметрического гамма-распределения для Сv стока лета - осени:
Определяем расчетные расходы по формулам:
годового стока Q рас год = · 12 · Q o , (13)
Q рас год = 0,70 · 12 · 44,66 = 375,144 м 3 /с;
лимитирующего периода Q рас меж = · Q меж, (14)
Q рас.меж = 0,85 · 222,39 = 189,03 м 3 /с;
лимитирующего сезона Q рас ло = · Q ло, (15)
Q рас ло = 0,77 · 121,14 = 93,28 м 3 /с.
Где,- ординаты кривых трехпараметрического гамма-распределения, снятые с таблицы соответственно для С v годового стока, С v меженного стока и С v для лета - осени.
Одним из основных условий метода компоновки, является равенство:
Q рас год = ? Q рас сез.
Однако это равенство нарушится, если расчётный сток за нелимитирующие сезоны определять также по кривым обеспеченности (ввиду различия параметров кривых).
Поэтому расчётный сток за нелимитирующий период (в задании - за весну) определяем по разности:
Q рас вес = Q рас год - Q рас меж (16)
Q рас вес = 375,14-189,03 = 186,11 м 3 /с.
А за нелимитирующий сезон (в задании - зима) определяем по разности:
Q рас зим = Q рас меж - Q рас ло (17)
Q рас зим = 189,03 - 93,28 = 95,75 м 3 /с.
Внутрисезонное распределение - принимается осредненным по каждой из трех групп водности:
- · Многоводная группа, включающая годы с обеспеченностью стока за сезон Р
- · Средняя по водности 33
- · Маловодная Р > 66%.
Для выделения лет, входящих в отдельные группы водности, необходимо суммарные расходы за сезоны расположить по убыванию и подсчитать их фактическую обеспеченность (пример - табл.4). Так как расчетная обеспеченность (Р=80%) соответствует маловодной группе, дальнейший расчет можно производить для лет, входящих в маловодную группу (табл.5).
Для этого в графу «Суммарный сток» выписать расходы по сезонам, соответствующие обеспеченностям Р > 66%, а в графу «Годы» - записать годы, соответствующие этим расходам.
Среднемесячные расходы внутри сезона расположить в убывающем порядке с указанием календарных месяцев, к которым они относятся (табл.5). Таким образом, первым окажется расход за наиболее многоводный месяц, последним - за маловодный месяц.
Для всех лет произвести суммирование расходов отдельно за сезон и за каждый месяц. Принимая сумму расходов за сезон за 100%, определить процент каждого месяца А%, входящего в сезон, а в графу «Месяц» записать наименование того месяца, который повторяется наиболее часто. Если повторений нет, выписать любой из встречающихся, но так, чтобы каждый месяц, входящий в сезон, имел свой процент от сезона.
Затем, умножая расчётный расход за сезон, определённый в части межсезонного распределения стока (табл.4.), на процентную долю каждого месяца А% (табл.5), вычислить расчётный расход каждого месяца. Например:
По данным табл.5 графы «Расчетные расходы по месяцам» на миллиметровке построить расчётный гидрограф Р - 80% изучаемой реки (рис.3).
Таблица 5. Вычисление внутрисезонного распределения стока. р. Сура, пункт г.Пенза.
|
Суммарный сток |
Среднемесячные расходы по убыванию |
||||||||||||
|
За весенний сезон |
|||||||||||||
|
За летнее - осенний сезон |
|||||||||||||
|
За зимний сезон |
|||||||||||||
Расчетные расходы по месяцам
Примечание. Чтобы получить объёмы стока в млн.м 3 , следует расходы умножить: а) для 31-дневного месяца на коэффициент 2,68; б) для 30-дневнего месяца - 2,59; в) для 28-дневнего месяца - 2,42.
5. Определить расчетный максимальный расход талых вод Р = 1% при отсутствии данных гидрометрических наблюдений.
Определяют расчетный максимальный расход талых вод Р = 1% при отсутствии данных гидрометрических наблюдений по формуле:
- § Q p - расчетный мгновенный максимальный расход талых вод заданной обеспеченности Р, м 3 /с;
- § М р - модуль максимального расчетного расхода заданной обеспеченности Р, м 3 /с·км 2 ;
- § h p - расчетный слой половодья, см;
- § F - площадь водосбора, км 2 ;
- § n - показатель степени редукции зависимости
- § К о - параметр дружности половодья;
- § ? 1 и? 2 - коэффициенты, учитывающие снижение максимальных расходов рек, зарегулированных озерами (водохранилищами) и в залесенных и заболоченных бассейнах;
- § ? - коэффициент, учитывающий неравенство статистических параметров слоя стока и максимальных расходов при Р = 1%; ? = 1;
- § F 1 - дополнительная площадь водосбора, учитывающая снижение редукции, км 2 , принимается по приложению 3.
Параметр К о определяется по данным рек - аналогов, в контрольной работе К о выписывается из приложения 3. Параметр n 1 зависит от природной зоны, определяется из приложения 3.
Расчетный слой стока половодья вычисляется по формуле:
h p =К р ·, (20)
- § К р - ордината аналитической кривой трехпараметрического гамма-распределения заданной вероятности превышения, определяется по приложению 2 в зависимости от С v = 0,26 ,при C s =2C v =2 · 0,26 = 0,52 с точностью до сотых интерполяций между соседними столбцами;
- § - средний слой половодья, устанавливается по рекам - аналогам или интерполяцией, в контрольной работе - по приложению 3.
Коэффициент?, учитывающий снижение максимального стока рек, зарегулированных проточными озерами, следует определять по формуле:
1/(1+Сfоз), (21)
- § С - коэффициент, принимаемый в зависимости от величины среднего многолетнего слоя весеннего стока;
- § f оз - средневзвешенная озерность.
Так как в расчетных водосборах нет проточных озер, а расположенная вне главного русла f оз < 2%, принимаем? = 1. Коэффициент? 1 , учитывающий снижение максимальных расходов воды в залесенных водосборах, определяется по формуле:
- § n 2 - коэффициент редукции принимается по приложению 3.
- § ? 1 - коэффициент, зависит от природной зоны, расположения леса на водосборе и общей залесенности f л в %, выписывается по приложению 3.
Коэффициент? 2 , учитывающий снижение максимального расхода воды заболоченных бассейнов, определяется по формуле:
- § ? - коэффициент, зависящий от типа болот, определяется по приложению 3;
- § f ? - относительная площадь болот и заболоченных лесов и лугов в бассейне, %.
По приложению 3, определяем F 1 = 2 км 2 ; = 80 мм; С v = 0,40; n 1 = 0,25; ? = 1, К о =0,022; ? 1 = 1,20; n 2 = 0,20; ? = 0,8;
По приложению 2, определяем: К р = 2,51;
h p = К р ·= 2,51 · 80 = 200 мм;
Дождь, снег или град - со всеми этими понятиями мы знакомы с самого детства. К каждому из них у нас особое отношение. Так, дождь навевает грусть и унылые мысли, снег, наоборот, веселит и поднимает настроение. А вот град, к примеру, мало кто любит, так как он способен нанести огромный ущерб сельскому хозяйству и серьезные травмы тем, кто окажется в это время на улице.
Мы давно научились тому, как по внешним признакам определить приближение тех или иных осадков. Так, если с утра на улице очень серо и облачно, возможны осадки в виде затяжного дождя. Обычно такой дождь не очень сильный, но может продолжаться целый день. Если же на горизонте появились густые и тяжелые облака - возможны осадки в виде снега. Легкие облачка в виде перышек предвещают сильный ливневый дождь.
Следует отметить, что все виды осадков - это результат очень сложных и весьма длительных процессов в земной атмосфере. Так, чтобы образовался обычный дождь, необходимо взаимодействие трех составляющих: солнца, поверхности Земли и атмосферы.
Атмосферные осадки - это...
Атмосферные осадки - это вода в жидком либо в твердом состоянии, выпадающая из атмосферы. Осадки могут либо выпадать на поверхность Земли непосредственно или оседать на ней или на любых других предметах.
Количество выпадаемых осадков на конкретной территории можно измерить. Измеряют их толщиной слоя воды в миллиметрах. При этом твердые виды осадков предварительно растапливают. Среднее количество осадков в год на планете - 1000 мм. В выпадает не более 200-300 мм, а самое сухое место на планете - это где зафиксированное годовое количество выпадаемых осадков - около 3 мм.
Процесс образования
Как они образуются, различные виды осадков? Схема их образования - одна, и она основана на непрерывном Рассмотрим этот процесс более детально.
Начинается все с того, что Солнце начинает прогревать Под действием нагревания водные массы, которые содержатся в океанах, морях, реках, преобразуются в смешиваясь с воздухом. Процессы парообразования происходят в течение всего дня, постоянно, в большей или меньшей степени. Объемы парообразования зависят от широты местности, а также от интенсивности солнечного излучения.
Далее влажный воздух нагревается и начинает, по незыблемым законам физики, подниматься вверх. Поднявшись на определенную высоту, он охлаждается, а влага, находящаяся в нем, постепенно превращается в капли воды или в кристаллики льда. Этот процесс называется конденсацией, и именно из таких водных частиц состоят облака, которыми мы любуемся в небе.
Капли в тучах растут и укрупняются, принимая в себя все большее количество влаги. В итоге они становятся настолько тяжелыми, что уже не могут удерживаться в атмосфере, и падают вниз. Так и рождаются атмосферные осадки, виды которых зависят от конкретных метеоусловий на определенной местности.
Выпавшая на поверхность Земли вода со временем стекает ручьями в реки и моря. Затем природный цикл в повторяется снова и снова.
Атмосферные осадки: виды осадков
Как уже здесь упоминалось, существует огромное количество разновидностей атмосферных осадков. Метеорологи выделяют несколько десятков.
Все виды осадков можно разделить на три основные группы:
- моросящие;
- обложные;
- ливневые.
Осадки также могут быть жидкими (дождь, морось, туман) или твердыми (снег, град, иней).
Дождь
Это разновидность жидких осадков в виде капель воды, выпадающих на землю под действием силы тяжести. Размеры капель могут быть разными: от 0,5 до 5 миллиметров в диаметре. Капли дождя, падая на водную поверхность, оставляют на воде расходящиеся круги идеально круглой формы.
В зависимости от интенсивности, дождь может быть моросящим, обложным или ливневым. Также выделяют такой вид осадков, как дождь со снегом.
Это особый вид атмосферных осадков, которые бывают при минусовых температурах воздуха. Не следует путать их с градом. Ледяной дождь представляет собой капли в виде небольших замерзших шариков, внутри которых находится вода. Падая на землю, такие шарики разбиваются, а вода из них вытекает, приводя к образованию опасного гололеда.
Если интенсивность дождя слишком высокая (около 100 мм в час), то его называют ливнем. Ливни образуются на холодных атмосферных фронтах, в пределах неустойчивых масс воздуха. Как правило, они наблюдается на очень небольших по площади территориях.
Снег
Эти твердые осадки выпадают при минусовой температуре воздуха и имеют вид снежных кристалликов, в просторечии именуемых снежинками.
Во время снега значительно снижается видимость, при сильном снегопаде она может составлять менее 1 километра. Во время сильных морозов слабый снег может наблюдаться даже при безоблачном небе. Отдельно выделяется такая разновидность снега, как мокрый снег - это осадки, выпадающие при небольших плюсовых температурах.
Град
Эта разновидность твердых атмосферных осадков образуется на больших высотах (не менее 5 километров), где температура воздуха всегда ниже - 15 о.
Как получается град? Он формируется из капель воды, которые то опускаются, то резко поднимаются в вихрях холодного воздуха. Таким образом образуются крупные ледяные шарики. Размер их зависит от того, настолько долго происходили эти процессы в атмосфере. Бывали случаи, когда на землю выпадали градины весом до 1-2 килограмм!
Градина по своей внутренней структуре очень напоминает луковицу: она состоит из нескольких слоев льда. Можно даже сосчитать их, подобно тому, как считают кольца на спиленных деревьях, и определить, сколько раз капли осуществляли стремительные вертикальные путешествия в атмосфере.
Стоит отметить, что град - это настоящая беда для сельского хозяйства, ведь он запросто может уничтожить все растения на плантации. К тому же определить приближение града заранее практически невозможно. Он начинается моментально и бывает, как правило, в летний сезон года.
Теперь вы знаете, как образуются атмосферные осадки. Виды осадков могут быть самыми разными, что и делает нашу природу прекрасной и неповторимой. Все процессы, проходящие в ней - простые, и в то же время гениальные.
Осадки на территории России
На территории России, за исключением крупных островов Северного Ледовитого океана, в среднем выпадает 9653 км 3 осадков, которые условно могли бы покрыть ровную поверхность сушу слоем 571 мм. Из этого количества на испарение затрачивается 5676 км 3 (336 мм) осадков.
В формировании годовых сумм атмосферных осадков обнаруживаются четко выраженные закономерности, характерные не только для конкретных территорий, но и для страны в целом (рис. 1.4). В направлении с запада на восток происходит последовательное уменьшение количества атмосферных осадков, наблюдается их зональное распределение, которое изменяется под воздействием рельефа местности и теряет свою четкость на востоке страны.
Во внутригодовом распределении на большей части страны наблюдается преобладание осадков летнего периода. В годовом разрезе наибольшее количество осадков приходится на июнь, наименьшее - на вторую половину зимы. Преобладание осадков холодного периода характерно в основном для юго-западных районов - Ростовской, Пензенской, Самарской областей, Ставропольского края, низовьев р. Терека.
В июне-августе (календарные летние месяцы) на европейской территории выпадает более 30% годового слоя осадков, в Восточной Сибири - 50%, в Забайкалье и бассейне р. Амура - 60-70%. Зимой (декабрь-февраль) в европейской части выпадает 20-25% осадков, в Забайкалье - 5%, Якутии - 10%.
Осенние месяцы (сентябрь-октябрь) отличаются относительно равномерным распределением осадков по всей территории (20-30%). Весной (март-май) от западных границ до р. Енисея выпадает до 20% годового количества осадков, восточнее р. Енисея - в основном 15-20%. Наименьшее количество осадков в это время наблюдается в Забайкалье (около 10%).
Самое общее представление о характере изменений атмосферных осадков на территории РФ во второй половине ХХ и начале XXI столетия дают временные ряды пространственно осредненных средних годовых и сезонных аномалий атмосферных осадков.
Рис. 1.5 иллюстрирует изменения среднегодовых осадков, осредненных по всей территории России, а рис. 1.6 - аналогичный ход сезонных осадков.
Рис. 1.5. Средние за год (январь-декабрь) аномалии осадков (мм/месяц), осредненные по территории России, за 1936-2007 гг.
Аномалии рассчитаны как отклонения от среднего за 1961-1990 гг.; кривая линия соответствует 11-летнему сглаживанию; линейный тренд за 1976-2007 гг. показан прямой линией (по данным ИГКЭ Росгидромета и РАН)
Рис. 1.6. Сезонные аномалии осадков (мм/месяц), осредненные по территории РФ, 1936-2007 гг.
(усл. обозначения - см. рис. 1.5)
Сезонные и годовые осадки представляют собой средние из месячных сумм за месяцы рассматриваемого сезона/года. Временные ряды осадков приведены за период 1936-2007 гг., в течение которого основная сеть метеорологических наблюдений на территории России уже существенно не менялась и не могла серьезно влиять на межгодичные колебания пространственно осредненных величин. На всех временных рядах показаны тенденции (линейные тренды) изменений за период 1976-2007 гг., которые больше других характеризуют антропогенные изменения современного климата.
Отметим сложный характер межгодичных колебаний количества осадков, особенно с середины 60-х гг. ХХ в. Можно выделить периоды увеличения осадков - до 60-х и после 80-х гг., а между ними примерно два десятилетия разнонаправленных флуктуаций.
В целом по территории России и в ее регионах (кроме Приамурья и Приморья) отмечается некоторое увеличение средних годовых осадков, наиболее заметное в Западной и Средней Сибири. Тренд среднегодовых осадков за 1976-2007 гг. в среднем по России составляет 0,8 мм/месяц/10 лет и описывает 23% межгодичной изменчивости.
В среднем для России наиболее заметной особенностью является рост весенних осадков (1,74 мм/месяц/10 лет, вклад в дисперсию 27%), по-видимому, за счет сибирских регионов и европейской территории. Еще один заметный факт - убывание зимних и летних осадков в Восточной Сибири, летних и осенних - в Приамурье и Приморье, которое, однако, не проявилось в тенденциях осадков для России в целом, так как компенсировалось ростом осадков в Западной Сибири.
На рис. 1.7 приведены пространственные распределения локальных коэффициентов линейного тренда осадков, дающие более детальную (в пространстве) картину современных тенденций в изменении режима осадков на территории России за 1976-2007 гг. Оценки трендов получены по точечным (станционным) данным об осредненных за год/сезон аномалиях месячных сумм осадков.
Рис. 1.2.5. Среднегодовые аномалии осадков (мм/месяц) для регионов России за 1936-2007 гг. (усл. обозначения - см. рис. 1.5)(по данным ИГКЭ Росгидромета и РАН)
Коэффициенты трендов, рассчитанные в мм/месяц/10 лет, затем нормированы на соответствующие сезонные/годовые «нормы» осадков (полученные осреднением месячных «норм») и выражены в результате в процентах от нормы за десятилетие. Все оценки выполнены постанционно.
Количественные оценки линейного тренда регионально осредненных атмосферных осадков за 1976-2007 гг. приведены в табл. 1.7 . Здесь b - коэффициенты линейного тренда, а d - вклад тренда в суммарную дисперсию ряда (коэффициент тренда означает среднюю скорость линейного изменения осадков на рассматриваемом отрезке времени и выражен в мм/мес. за 10-летие, мм/мес./10 лет). Вклад тренда в дисперсию характеризует долю (в %) суммарной межгодичной изменчивости. Оценки получены по данным станционных наблюдений, осредненных за год и по календарным сезонам.
Таблица 1.7. Оценки линейного тренда пространственно осредненных среднегодовых и сезонных аномалий атмосферных осадков для территории России и регионов России за период 1976-2007 гг.:
b (мм/месяц/10 лет) - коэффициент тренда, d (%) - вклад тренда в полную дисперсую (по данным ИГКЭ Росгидромета и РАН)
|
Физико-географический регион |
||||||||||
|
Европейская часть |
||||||||||
|
Средняя Сибирь |
||||||||||
|
Прибайкалье и Забайкалье |
||||||||||
|
Восточная Сибирь |
||||||||||
|
Приамурье и Приморье |
||||||||||
В результате, коэффициенты линейного тренда (рис. 1.8) выражены в процентах от локальной сезонной/годовой нормы осадков за десятилетие и характеризуют среднюю скорость локальных изменений атмосферных осадков на территории России в течение 1976-2007 гг.
 |
|
 |
 |
 |
 |
Рис. 1.8. Пространственные распределения локальных коэффициентов линейного тренда годовых и сезонных аномалий атмосферных осадков за 1976-2007 гг. на территории России
(%/10 лет): год, зима, весна, лето, осень (по данным ИГКЭ Росгидромета и РАН)
Распределения оценок трендов подтверждают основные региональные и сезонные особенности, отмеченные выше при анализе регионально осредненных рядов осадков. Так, прослеживается рост весенних осадков в Западной Сибири и, заметно слабее, уменьшение летних осадков на европейской территории России. Обращает внимание северо-восточный регион, где наблюдается уменьшение зимних и летних осадков и рост весенних осадков.
Таким образом, в период 1976 - 2007 гг. на территории России в целом и во всех ее регионах (кроме Приамурья и Приморья) в изменениях годовых сумм осадков отмечалась тенденция к их увеличению, хотя по величине эти изменения были небольшими. Наиболее существенные сезонные особенности: рост весенних осадков в регионе Западная Сибирь и убывание зимних осадков в регионе Восточная Сибирь.
Испаряемость
Годовая испаряемость на равнинах России колеблется от 150-200 мм в сибирских провинциях тундр до 1000 мм в полупустынях и пустынях Прикаспийской низменности. В тайге наиболее характерные величины испаряемости составляют 450-500 мм, в провинциях смешанных лесов - 600-700 мм, в степях - 800-900 мм.
Рассматривая распределение фактического испарения с поверхности суши в пределах России (рис. 1.9 ), следует отметить, что его значения возрастают от северных широт к южным.
Так, средний годовой слой испарения в пределах арктических пустынь составляет лишь 100-150 мм, в то время как в центральных и центрально-черноземных областях, а также в Краснодарском крае он достигает 400-500 мм. В Центральной и Восточной Сибири испарение меньше, чем на тех же широтах Русской равнины. Это обусловлено влиянием вечной мерзлоты, меньшим количеством атмосферных осадков, горным характером и общим значительным повышением отметок местности. Снижение величины испарения к северу от зоны смешанных лесов связано в основном с уменьшением количества тепла, а к югу - с недостатком осадков.
Потери на испарение с водной поверхности водохранилищ в среднем составляют 1,9% прихода, причем по некоторым крупным водохранилищам пределы колебаний могут составлять от 1,2 до 9%. Наибольшие потери на испарение характерны для водохранилищ южных районов Европейской территории.
Увлажнение территории определяется по соотношению между количеством выпадающих атмосферных осадков и испаряемостью (рис. 1.10). При этом если осадки превышают испаряемость, возникает избыточное увлажнение и часть выпавшей влаги удаляется из данной местности в виде стока. Недостаточное увлажнение территории связано с тем, что осадков выпадает меньше, чем может испариться.