Радиациялық тұмандардың болжамы

Жұмыс түрі: Курстық жұмыс
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 41 бет
Таңдаулыға:

Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі

әл-Фараби атындағы Қазақ ұлттық университеті

География және табиғатты пайдалану факультеті

Гидрология және метеорология кафедрасы

КУРСТЫҚ ЖҰМЫС

тақырыбы: Алматы қаласының әуежайында тұманның пайда болу жағдайлары

5В061200 Метеорология

Орындаған:_________________________ ______________Мырзабекова А.М.

Ғылыми жетекші: аға оқытушы_______________________Сулей менова Ғ.Т.

Қорғауға жіберілді:

Хаттама № , __________20___ж.

Кафедра меңгерушісі________________________ __________Полякова С.Е.

Норма бақылаушы__________________________ __________Дапен І.Е.

Алматы, 2020 ж.

Мазмұны

б

Кіріспе
3
1
ӘДЕБИЕТТЕРГЕ ШОЛУ
5
1.1
Тұман және оның жіктелуі
5
1.2
Тұман пайда болуының аэросиноптикалық жағдайлары
10
1.2.1
Радиациялық тұман
10
1.2.2
Адвективті тұман
11
1.2.3
Адвективті-радиациялық тұман
13
1.2.4
Орографиялық тұмандар
13
1.2.5
Булану тұманы
14
1.2.6
Елді-мекендер мен әуеайлақтардың аязды тұмандары
15
1.3
Тұман болжамы
16
1.3.1
Радиациялық тұмандардың болжамы
17
1.3.2
Адвективті тұмандардың болжамы
18
1.3.3
Булану тұмандарының болжамы
20
1.3.4
Аязды тұмандардың болжамы
21
1.4
Қазақстан бойынша тұманның таралуы
22
1.5
Әуеайлақтағы тұманның алдын - алу шаралары
28
2
АЛМАТЫ ҚАЛАСЫНЫҢ ӘУЕЖАЙЫНЫҢ ФИЗИКА - ГЕОГРАФИЯЛЫҚ СИПАТТАМАСЫ
31
3
АЛМАТЫ ҚАЛАСЫНЫҢ ӘУЕЖАЙЫНДА ТҰМАННЫҢ МЕТЕОРОЛОГИЯЛЫҚ ҚАЛЫПТАСУ ЖАҒДАЙЛАРЫ
33

Қорытынды
41

Пайдаланылған әдебиеттер
42

Кіріспе

Авиация үшін қауіпті ауа райы құбылыстарын болжау авиацияны метеорологиялық қамтамасыз етудегі басты мәселе болып табылады. Азаматтық авиацияның жаңа аспаптармен жабдықталған қазіргі заманғы ұшақтары күрделі метеорологиялық жағдайларда ұшуды жүргізеді. Алайда, ұшақтың ұшуы мен қонуы жауапты кезең болғанымен, олар әлі күнге дейін көзбен шолып жүзеге асырылады. Ұшу-қону жолағының (ҰҚЖ) жай-күйі болжамы авиацияны метеорологиялық қамтамасыз етудегі өзекті мәселе болып қалатын метеорологиялық құбылыстарға айтарлықтай байланысты. Көлденең көріну қашықтығы әуеайлақтардағы ұшу жағдайын анықтайтын маңызды метеорологиялық факторлардың бірі болып табылады. Ұшақтар мен тікұшақтардың ұшуы мен қонуы, олардың жайлылығы мен ұшу қауіпсіздігі, ұшу міндеттерін орындау тиімділігі көбінесе көрінуге байланысты. Көрінудің төмендеуі ұшақты төмен биіктікте ұшуды қиындатады және кейбір жағдайларда ұшудың ерекше қиын жағдайларын жасайды. Көріну туралы нақты мәліметтер әуе кемесінің қонуынан кейін де рульдеуді қамтамасыз ету үшін ұшқыштарға қажет.
Тәжірибелер көрсеткендей, минимумға жақын қиын ауа райында ұшқыштар ұшу қателіктерін 25 % жағдайда көрінудің шектеулі болуына байланысты жібереді. Болжанатын және бақыланатын көріну мүмкіндігі авиация жұмысында қандай маңызға ие екенін осыдан көруге болады. Горизонтальды көріну қашықтығының айтарлықтай төмендеуінің негізгі себебі - тұман болып табылады. Тұманның кеңістіктік-уақыттық таралуының сипаттамалары жер бетінің жылу тепе-теңдігі, атмосфераның төменгі қабаттарының ластануы, биік және гелиотехникалық құрылыстардың құрылысы мәселелерін зерттеуде қолданылады. Тұман көліктің барлық түрлерін қиындатады және тіпті тоқтатады.
Тұмандар авиация үшін ең үлкен практикалық қызығушылық тудырады. Тұманға байланысты метеорологиялық көріну ауқымын шектеу авиация үшін ауа райын кешенді талдау мен болжауда маңызды орындардың бірін алады, сондықтан тұманды климатологиялық тұрғыдан да, болжау тұрғысынан да зерттеудің маңыздылығы зор.
Жұмыстың өзектілігі тұмандардың әуе айлағындағы әуе кемелерінің ұшу тұрақтылығы мен қауіпсіздігіне, жұмысына айтарлықтай зиян келтіретіндігіне, метеорологиялық көріну қашықтығының шектелуіне, соқтығысу қауіпін арттыруына, қозғалыс жылдамдығын едәуір төмендететіндігіне негізделген. Сондықтан әуеайлақта тұмандардың пайда болу себептерін зерттеу олармен байланысты материалдық және физикалық шығындарды азайтуға және алдын алуға мүмкіндік береді.
Зерттеу нысаны: Алматы қ. әуежайында байқалған тұмандар.
Жұмыстың мақсаты: Алматы әуежайындағы тұманның пайда болу жағдайларын сипаттау және талдау.
Жұмыстың міндеттері:
Тұманның пайда болу жағдайларын зерттеу;
Тұманның бірқатар метеожағдайларға тәуелділігіне талдау жасау;
Алматы әуежайының физикалық - географиялық және климаттық ерекшеліктерін талдау;
Алматы әуежайындағы тұманның территория бойынша және уақыт бойынша таралуын талдау.

Әдебиеттерге шолу

Тұман және оның жіктелуі

Тұмандар - ауаның төменгі қабатындағы су буының конденсациясынан пайда болатын ауадағы ең кішкентай су тамшыларының немесе мұз кристалдарының жиналуының нәтижесі, онда көлденең көріну қашықтығы 1 км-ден аз болады. 1 км-ден 10 км-ге дейінгі көріну кезіндегі тамшылар мен кристалдар жиынтығы түтін деп аталады.
Тұманның шығу тегі жер асты бетінің жылуына және оған келетін суық ауа массасына қатысты температура айырмашылығына, осы ауа массасындағы кідірту қабатының төменгі шекарасының биіктігіне, 2 м биіктіктегі шық нүктесінің жетіспеушілігіне және оның тәуліктік жүрісіне, сондай-ақ 10 м биіктіктегі желдің жылдамдығына байланысты. Тұман пайда болған кезде ауаның абсолютті ылғалдылығы әдетте 100 % дейін көтеріледі. Бірақ бұл тек жылы уақытта, өйткені теріс температурада тұман кез-келген ылғалдылықта пайда болуы мүмкін.
Тұман барлық маусымда да қалыптаса береді, бірақ ең тығыз жабын жазда тамшылардың шаң бөлшектерін тарту қабілетіне байланысты қалыптасады. Нәтижесінде олардың мөлшері артып, бұлт түрін құрайды. "Тұман" термині әдетте "бұлт" деген жалпы терминнен одан төмен орналасқандығымен ерекшеленеді және тұмандағы ылғал көбінесе жергілікті түрде, яғни көл немесе мұхит сияқты жақын су қоймасынан, жақын ылғалды жерден немесе батпақтардан пайда болады. Құрлықтардың үстінде тұман негізінен күзде, мұхиттар мен теңіздердің үстінде - көктемде, су беті жеткілікті суық болған кезде пайда болады.
Көріну қашықтығына байланысты тұманның қарқындылығы 1-кесте бойынша бағаланады.

1-кесте
Тұман қарқындылығы

Қарқындылығы
Көріну қашықтығы
Әлсіз тұмша
4 - 10 км
Қалыпты
4 - 2 км
Күшті
1 - 2 км
Әлсіз тұман
500 - 1000 м
Қалыпты
200 - 500 м
Күшті
50 - 200 м
Өте күшті
50 м-ден төмен

Ұшуды метеорологиялық қамтамасыз ету үшін тұманның пайда болу уақытын, оның қарқындылығы мен ұзақтығын дұрыс болжау қажет, ал тұманды сәтті болжау үшін тұманның жіктелуі мен сипаттамаларын білу қажет.
Қойылған міндеттерге байланысты тұман классификациясы әртүрлі болып келеді.
судың агрегаттық күйіне сәйкес барлық тұмандарды тамшылы, мұзды және аралас деп жіктеуге болады. Тұманның көп бөлігі тіпті төмен температурада да майда тамшылы болып келеді.Тұмандардағы ең көп қайталанушылық радиусы 5-15 мкм тамшыларда болады;
тұман пайда болатын синоптикалық жағдайға сәйкес олар фронтальды және ішкімассалық болып бөлінеді, олардың пайда болуы фронтальды бөлімдер саласындағы термодинамикалық процестермен және ішкі массалармен байланысты. Біртекті ауа массасында пайда болса - ішкімассалық, ал атмосфералық фронттарда пайда болса - фронтальды деп аталады;
көлденең көрінудің нашарлау дәрежесі бойынша тұмандарды әлсіз (көріну 500-1000 м), орташа (көріну 50-500 м) және күшті (50 м-ден аз көріну) деп бөледі.
Тұмандарды болжау үшін жіктеудің негізгі принциптері - бұл тұманның пайда болуына әкелетін физикалық процестердегі айырмашылықтар. Тұманның пайда болуына әкелетін атмосфераның беткі қабатындағы су буының конденсациясымен ауаның қанығу күйіне жету екі негізгі процестің нәтижесінде пайда болады: ауа температурасының төмендеуі және оның ылғал құрамының жоғарылауы. Осылай пайда болу себептеріне байланысты тұман екі негізгі түрге бөлінеді: суыну тұмандары және булану тұмандары. Одан бөлек бұл қатарға аралас тұмандарды да жатқызуға болады [3].
Қысқа мерзімді болжау әдістерін әзірлеу міндетінде қатысты тұмандардың генетикалық жіктелуі үлкен маңызға ие. Ауа температурасының төмендеуі жер бетіне жақын жерде де, еркін атмосферада да су буының конденсациясының негізгі себептерінің бірі болып табылады. Температураның төмендеуіне байланысты суыну тұмандары келесідей жіктеледі:
радиациялық;
адвективті;
орографиялық.
Радиациялық тұман күн батқаннан кейін инфрақызыл жылу сәулесімен жердің салқындауы және турбулентті алмасу нәтижесінде пайда болады. Содан кейін салқындаған жер жылу өткізгіштікке байланысты қоршаған ауаны салқындатады. Нәтижесінде ауа температурасы төмендеп, тұман пайда болады. Радиациялық тұман ішінде вертикальды ұзындығына байланысты тұмандар келесідей бөлінеді:
жер асты (жоғарғы шекарасы 2 м-ге дейін);
төмен (жоғарғы шекарасы 2-ден 10 м-ге дейін);
жоғары (жоғарғы шекарасы 100 м-ден асатын).
Адвективті тұмандар жылы ауа массасында пайда болады, ол жылы ауаның суық жер беткейіне ауысқан кездегі суынуымен байланысты. Суық бетке ауысқан ауа массасында температураның инверсиялық таралуы орнатылады. Су буының конденсациясы жер бетінен басталып, инверсияның жоғарғы шекарасына дейін созылады. Адвективті тұман бір уақытта үлкен кеңістікті көлденеңінен жауып, ұзақ уақыт сақталады. Авиация үшін ең үлкен қауіп - адвективті тұмандар, уақыт бойынша ең ұзақ, ең жоғары тік қуатқа ие және тәуліктің кез келген уақытында пайда болуы мүмкін.
Адвективті тұмандар өз кезегінде келесідей бөлінеді:
суық төселетін бетке жылы ауа массасының адвекциясы салдарынан пайда болған тұмандар;
қабатты бұлттардың жер деңгейіне түсуі кезінде пайда болған тұмандар;
тұманды массаның олардың памйда болу орындарынан жылжуының нәтижесі болып табылатын тұмандар.
Ауа температурасының төмендеуі салыстырмалы түрде суық жер бетіне ауысқан кезде одан әрі оның салқындауы радиациялық салқындаған жер бетінің әсерінен күшейген жағдайда, әдетте адвективті - радиациялық деп аталатын тұман пайда болуы мүмкін. Мұндай тұмандардың пайда болуында жылы ауаның адвекциясы да, радиациялық салқындау да маңызды рөл атқарады. Мұндай тұмандарға сонымен қатар, жер бетінен біршама биіктікте қатпарлы бұлт түрінде пайда болып, кейін біртіндеп жер бетіне түсетін тұмандар да жатады.
Таулар мен төбелердің беткейлерінің жел жағы көбінесе тұманмен жабылып жатады, оның пайда болуы беткей бойымен көтерілген ауаның адиабаттық салқындауынан болады. Мұндай тұмандар аз градиентті барикалық алқапта пай болатын орографиялық тұмандар деп аталады. Бұл тұмандар таза түрде, әдетте таулардың ең биік бөлігінде байқалады, ал төменгі деңгейлерден байқағанда олар бұлт ретінде қабылданады. Орта Азияның, Оңтүстік Қазақстанның, Солтүстік Кавказдың таулы аймақтарында тұмандар әдетте суық фронттан кейін суық ауаның басып кіруімен пайда болады [1].
Тұман әр түрлі температура мен ылғалдылықтағы екі ауа массасының араласуы нәтижесінде де пайда болуы мүмкін. Бұл тұмандар аралас тұмандар деп аталады.
Булану тұмандары булану беткейінің температурасы жер бетіндегі ауа қабатының температурасынан жоғары болған кезде ғана пайда болады. Булану тұманына су үсті тұмандары және фронтальды тұман жатады. Фронтальды тұманның пайда болуы жылы ауа массасынан түсетін жаңбыр тамшыларының булануына байланысты; оңтүстік аймақтардан қозғалатын суық ауа температурасының адвективті төмендеуі; қысымның фронтальды төмендеуімен ауаның адиабатикалық салқындауы. Ал су үсті тұмандары су беткейі температурасы ауа температурасынан жоғары болған жағдайда пайда болады [1].
Фронтальды тұман фронтальды бұлт сияқты қалыптасып, фронтармен бірге қозғалады. Мұндай тұмандар фронт сызығының алдында, фронт сызығының өзінде және фронт сызығының артында қалыптасуы мүмкін. Көбінесе мұндай тұмандар құрлық үстінде жылдың суық жартысында жылы фронттар мен окклюзия фронттары аймағында пайда болады. Авиация үшін ең үлкен қиындық - жылы фронттың алдында пайда болатын тұман. Бұл тұман бір жерде 4-5 сағатқа созылады; ол жылы фронттан өткеннен кейін бірден жоғалады.
Су буының қанығуының қосымша көзі болған жағдайда қатты аяздарда аязды тұмандар пайда болады. Мұндай қосымша көз - газ тәрізді және сұйық көмірсутекті отынның (табиғи газ, керосин, бензин және т.б.), сондай-ақ көмір және шымтезектің жану өнімдері болуы мүмкін. Қатты аяз кезінде тұманның пайда болуы пештерде, қазандықтарда, электр станцияларында, авиациялық қозғалтқыштарда және т.б. отын жанған кезде ауаны су буымен байытуға ықпал етеді. Мұз тұмандары әуеайлақтарда сұйық отынның ең көп мөлшері жұмсалған кезде, авиациялық қозғалтқыштардың жұмысы кезінде жиі байқалады.
Бұршақ тұманы төмен температура мен жоғары ылғалдылықтың салдарынан бұршақтың едәуір жиналуының жанында пайда болады, бұл жер бетіне жақын өте жұқа қабаттағы қанығуға әкеледі. Көбінесе бұл жағдай бұршақтың үстінде жылы, дымқыл қабат және әлсіз жел болған кезде орын алады. Бұл тұман бұршақ түскеннен кейін бұршақ ауаны салқындатып, жылуды сіңіріп, еруі және булануы кезінде пайда болады.
Түтін - бұл дәстүрлі атмосфералық құбылыс, онда шаң, түтін және басқа да құрғақ бөлшектер аспанды бұлыңғыр етеді. Алыстан қараған кезде (мысалы, жақындап келе жатқан ұшақ) және күннің көзқарасына байланысты түтін қоңыр немесе көкшіл болып көрінуі мүмкін, ал тұман әдетте көкшіл - сұр болады. Түтін көбінесе құрғақ ауада пайда болса, тұманның пайда болуы ылғалды ауа құбылысы болып табылады. Алайда, түтін бөлшектері конденсация ұрықтары ретінде әрекет етіп, содан кейін тұман тамшыларының пайда болуына ықпал етеді: тұманның мұндай формалары "дымқыл тұман"деп аталады.
Метеорологиялық әдебиеттерде "түтін" сөзі әдетте көрінуді төмендететін дымқыл типтегі аэрозольдерге қатысты қолданылады . Мұндай аэрозольдер, әдетте, жанған кезде пайда болатын күкірт диоксиді газы күкірт қышқылының кішкентай тамшыларына айналған кезде пайда болатын күрделі химиялық реакциялар нәтижесінде пайда болады. Реакциялар күн сәулесінің, жоғары салыстырмалы ылғалдылықтың және тұрақты ауа ағынының қатысуымен күшейеді.
Тұманның сулылығы - олардың ең маңызды сипаттамасы болып табылады. Тұмандардың абсолютті сулылығы - бұл ауаның бірлік көлемінде (көбінесе 1м3) болатын су тамшылары мен мұз кристалдарының массасы. Нақты ылғалдылық - бұл 1 г ауадағы су тамшылары мен мұз кристалдарының массасы. Тұмандардың сулылығы кең диапазонда өзгеріп отырады: мыңдық үлестерден 1.5 - 2 гм3 дейін. Тұманның сулылығы оның қарқындылығының жоғарылауымен артады. Оң температурадан теріс температураға ауысқан кезде бірдей қарқындылықтағы тұманның сулылығының максималды мәні азаяды. Температураның жоғарылауымен суыну тұмандарының сулылығы ғана артуы мүмкін (радиациялық және адвективті). Су буының ағынының әсерінен пайда болатын булану тұмандарының сулылығы, керісінше, ауа температурасының жоғарылауымен төмендейді.
Көп жағдайда тұманның тігінен таралуы біркелкі болып келеді. Өлшеу деректері бойынша 2 м және 20 м биіктіктегі адвективті тұмандардың сулылығының орташа мәні тиісінше 0.21 гм3 және 0.18 гм3 тең болған. Сонымен қатар, жағдайлардың шамамен жартысында осы биіктіктегі сулылық мәні іс жүзінде бір-біріне тең болып келеді. Алайда радиациялық тұмандардың сулылығының таралуы даму сатысына байланысты. Жаңадан пайда болған тұманда максимум сулылық жер бетіне жақын жерде байқалады. Дамудың орташа кезеңінде максималды сулылық қабаттың ортасына ауысады. Соңғы кезеңінде радиациялық тұманның таралуы адвективті тұманмен бірдей болады.
Тұманның сулылығынан бөлек оның негізгі сипатталамаларына келесілер жатады:
дисперстілігі;
сандық концентрациясы;
массалық концентрациясы.
Тұманның дисперстілігі тұманның тамшыларының өлшемімен анықталады. Егер тұман тамшылардың бірдей радиустарынан құралса көпдисперсті, әр түрлі радиустан құралса полидисперсті деп аталады. Тұман тамшылары кең диапазонда өзгеріп отырады: 5 · 10 -10 м-ден бастап 10 -5 м-ге дейін. Табиғи тұман үшін дисперстілік немесе тамшылардың орташа радиусы көбінесе 7 - 15 мкм аралығында болады.
Тұманның сандық концентрациясы - бірлік ылғалды ауаның көлеміндегі су тамшыларының саны (N). Атмосферада әлсіз тұман N = 0.5 · 108...1· 108 м-3 аралығында, қалың тұман N = 0.5 · 108...6 · 108 м-3 аралығында кездеседі. Табиғатта да, лабораториялық тәжірибеде де тұманның сандық концентрациясы уақыт бойынша өзгеріп отырады. Майда тамшылардың пайда болуы кезінде ол жаңа тамшылардың әсерінен үлкейіп отырса, дәл сол уақытта коагуляция әсерінен кішірейіп отырады.
Nүлестік =1К0 , (1)

мұндағы К0 - коагуляция контстантасы, К0 ≈ 10 -10.
Тұманның массалық концентрациясы - бірлік ылғалды ауа көлеміндегі тамшылардың массасы, G әрпімен белгіленеді.

G = MphRпT . (2)
Көп жағдайда тұманның массалық концентрациясының мәні үлкен емес, сондықтан тұман бөліктерінің қалыптасуы кезіндегі конденсация жылуы аз және оны ескермесе де болады.

1.2 Тұман пайда болуының аэросиноптикалық және метеорологиялық жағдайлары

Зерттеулердің нәтижесінде, тұмандар көп жағдайда бір-біріне ұқсас болып келетін белгілі бір синоптикалық жағдайларда пайда болатындығы анықталды. Дегенмен, олар бөлек аудандардың физика - географиялық және орографиялық жағдайларына байланысты біршама айырмашылықтарымен ерекшеленеді. Мысалы, таулы аймақтардағы антициклональды ауа райында көбінесе көрші төбелерден ағып келетін суық ауа аңғарларда тоқтап, одан әрі салқындауға ұшырайды. Бұл процесс радиационды тұмандардың пайда болуына айтарлықтай әсер етеді.
Суық ауа массасында тұманның қалыптасуы үш негізгі процестермен байланысты:
1) неғұрлым жылы төселме беткейден булану (ылғалды топырақтан, еріген қар жамылғысынан немесе су бетінен);
2) суық ауа массасының төселме беткейден төменгі қабатқа қарай жылу мен су буын турбулентті тасымалдаумен;
3) күндіз күн радиациясымен төселме беттің жылынуы және оның түнде ұзын толқынды сәулелену жолымен салқындануы.
Ылғалды топырақтың үстіндегі суық ауа массасында тұманның пайда болуы еріген қар жамылғысы мен су бетіне қарағанда біршама ерекшеленеді. Айырмашылық топырақ бетінің температурасы күндіз айтарлықтай көтеріліп, түнде төмендейтіндігімен анықталады, ал еріген қар жамылғысы мен су қоймаларындағы судың беткі қабатының температурасы тәулік ішінде өзгермейді.
Тұманның шығу тегі жер асты бетінің жылуына және оған келетін суық ауа массасына қатысты температура айырмашылығына, осы ауа массасындағы кідірту қабатының төменгі шекарасының биіктігіне, 2 м биіктіктегі шық нүктесінің жетіспеушілігіне және оның тәуліктік жүрісіне, сондай-ақ 10 м биіктіктегі желдің жылдамдығына байланысты [2].

1.2.1 Радиациялық тұман

Радиациялық тұманның пайда болуының негізгі себебі әлсіз турбулентті жылу алмасу кезінде аз қозғалыссыз ауа қабатындағы температураның төмендеуімен байланысты болып келетін су буының конденсациясы болып табылады.
Радиациялық тұманның пайда болуы үшін қолайлы жағдайлар:
- түнгі уақытта радиациялық салқындауға ықпал ететін бұлтсыз немесе бұлтты емес ауа райы;
- 50-100 м қабаттағы әлсіз жел, бұл ауаның жер беткі қабатындағы әлсіз турбулентті алмасуды қамтамасыз етеді, 50-100 м қабаттарындағы температура инверсиясын қалыптастыруға және оның түні бойы күшеюіне ықпал етеді;
- жер бетінен температураның жер бетіндегі инверсиясының жоғарғы шекарасына дейінгі қабаттағы кешкі сағаттарда шық нүктесінің шағын бастапқы тапшылығы (жоғары салыстырмалы ылғалдылық):
- құрғақ топырақ, бұл төмен жылу өткізгіштікті және нәтижесінде тереңдіктен топырақ бетіне әлсіреген жылу ағынын тудырады;
- жазда кешкі уақыттарда қызған топырақ бетіне нөсер жауын-шашынның жаууы және кешке топырақ бетінен ылғалдың булануы.
Радиациялық тұманның пайда болуына топырақ бетінің жағдайы айтарлықтай әсер етеді, өйткені температура мен ылғалдылықтың тәуліктік жүрісі топырақ беткейіне байланысты. Жылы уақытта радиациялық тұман негізінен ылғалды топырақтың үстінде пайда болады. Сондықтан жылы мезгілде жаңбыр мен тұманның пайда болуы арасында тікелей байланыс бар.
Жер бетіндегі ауа қабатының температурасының төмендеуі нәтижесінде және басқа қолайлы жағдайлар болған кезде жер бетіндегі ауа қабаты су буымен қанығады, содан кейін су буының конденсациясы басталып, біраз уақыттан кейін тұман пайда болады, содан кейін тұмша пайда болады.
Кейбір жағдайларда тұман пайда болған кезде көрінудің нашарлауы айтарлықтай тез жүреді. Ауаның салқындауы әдетте күн шыққанға дейін жалғасады, нәтижесінде радиациялық тұманның тығыздығы және оның вертикальды қуаты таңертеңге дейін артады. Төселме бет күн сәулесімен қыздырылып, ауа температурасы жоғарылаған сайын радиациялық тұман сейіле бастайды.

1.2.2 Адвективті тұман

Адвективті тұман антициклонның артқы бөлігінде және алдыңғы бөлігінде немесе циклонның жылы секторында суық төселме бетінен жылы ылғалды ауа тасымалданған кезде пайда болады. Мұндай тұманның болуы үшін ауаның адвективті салқындауы - жер бетінде пайда болған конденсация өнімдерін турбулентті алмасу жоғары көтеріп үлгермейтіндей жеткілікті болуы керек.
Адвективті тұманның пайда болуы салыстырмалы түрде жылы және ылғалды ауа массасының суық жер бетіне жылжуы кезінде салқындаумен байланысты. Бір уақытта St немесе Sc бұлттары пайда болатындықтан тұман көбінесе бұлттардың төменгі шекарасын төмендетудің нәтижесі болып табылады.
Теңіз жағалауында адвективті тұманның пайда болуы су беткейі және құрлықтағы температура айырмашылығымен тығыз байланысты. Ашық теңіз үстінде адвективті тұман ауа массасы жылдың кез келген уақытында теңіздің жылы бетінен суыққа ауысқан кезде пайда болады. Жылы фронттар мен окклюзияның жылы фронттары үшін тұман әлсіз желдермен (фронттың баяу қозғалысы) және тек жауын-шашынмен (әсіресе сіркіреуік) сипатталады.
1-суретте 10 м биіктікте желдің жылдамдығы 5 мс және градиентті желдің жылдамдығы 1 мс-тан төмен болған кезде адвективті тұманның пайда болу схемасы көрсетілген. Әлсіз турбулентті алмасудың әсерінен суық жер бетінен басталатын температура мен шық нүктесінің инверсиясы пайда болады.
Ауаның беткі қабатында температура шық нүктесінің бастапқы мәнінен 2-3 ° C төмен болғандықтан, тұман пайда болады. Уақыт өте келе оның қуаты артады, өйткені жылы ауа массасының төменгі қабатының температурасы одан әрі төмендейді. Жер бетіне жақын конденсация жылуының ең көп бөлінуіне және тұманның жоғарғы бөлігіндегі ауаның салқындауына байланысты температураның жер бетіндегі инверсиясының төменгі бөлігі бұзылады.

1 - температура, 2 - шық нүктесі, 3 - жел жылдамдығы
1-сурет. Температура мен шық нүктесінің таралуы

1-суретте температура мен шық нүктесінің және жел жылдамдығының таралуы көрсетілген. Ондағы: а) оның қалыптасу ошағында таралуы; б) салқындату және әлсіз турбулентті алмасу кезінде таралуы; в) жер бетіне жақын конденсация жылуының бөлінуіне байланысты жер бетіндегі инверсияның бұзылуы кезінде таралуы.
Адвективті тұмандарды күннің кез-келген уақытында байқауға болады, дегенмен олар көбінесе түнде жер бетіндегі ауаның қосымша радиациялық салқындауына байланысты күшейеді. Радиациялық тұман күн батқаннан кейін бірнеше сағаттан кейін, көбінесе түннің екінші жартысында келесі жағдайларда пайда болады: бұлтсыз аспан немесе шамалы жұқа бұлттылық, 10 м биіктікте желдің жылдамдығы 0-ден 3 мс-қа дейін, желдің жылдамдығының аздап жоғарылауы (300-600 м қабатта 2-6 мс-қа дейін), 2 м биіктікте температура мен шық нүктесінің мәндерінің арасындағы айырмашылық күн батқан кезде 6-8 С-тан аспайды. Көбінесе мұндай жағдайлар антициклондарда, жоталарда, төбелерде орын алады. Жазда радиациялық тұман кіші барикалық градиенттермен төмен қысым аймағында пайда болуы мүмкін [3].

1.2.3 Адвективті - радиациялық тұман

Адвективті-радиациялық тұман жердің үстінде жылдың суық мезгілінде және әдетте түнде антициклонның батыс немесе солтүстік-батыс шеткерісінде жылы ауаның әлсіз адвекциясы кезінде пайда болады. Жер бетіндегі қабаттағы желдің жылдамдығы 1-2 мс, сирек 3-4 мс құрайды. Артық су буының қанығу және конденсация күйіне жету үшін жер бетіндегі жылы ауаны қосымша радиациялық салқындату қажет. Бұл жағдайда салыстырмалы түрде жылы ауа салқындатылады, бірақ су буының қанықтыру және конденсация күйіне жету үшін жеткіліксіз.
Ауаның түнгі салқындауы нәтижесінде жоғары инверсия қабатының астында бұрын байқалған жұқа бұлттылық алдымен жер бетінен белгілі бір биіктікте тығыздалады, содан кейін оларды біртіндеп төмендетіп, тұманға айналады. Тұманның пайда болу процесіне түнде желдің әлсіреуі де ықпал етеді.

1.2.4 Орографиялық тұмандар

Орографиялық тұмандар немесе беткейлер тұмандары жоталардың жел жақ бетімен көтерілу кезінде ауаның адиабаттық салқындауы нәтижесінде пайда болады. Вертикальды турбулентті алмасу көтерілген ауа көлемін салқындатудың қосымша факторы болып табылады. Орфографиялық тұман келесі жағдайларда пайда болады:
1) конденсация деңгейі жотаның шыңынан төмен болуы керек;
2) биік шыңның үстінде су буының конденсация өнімдерінің жоғары жатқан қабаттарға таралуына жол бермейтін температура инверсиясы болуы тиіс [4].
1.2.5 Булану тұманы

Су бетіндегі булану тұмандары су бетінің температурасы қоршаған ауа температурасынан едәуір жоғары болған кезде пайда болады. Әдетте тұман кезінде Тсу - Тауа = 10 °С, ал қоршаған ортаның салыстырмалы ылғалдылығы f =70 %. Көбінесе булану тұмандары күзде және қыста қатпайтын бұлақтардың үстінде байқалады; теріс ауа температурасында арктикалық теңіздер мен қатпайтын өзендер үстінде байқалады.
Күзде кішігірім өзендер мен көлдердің үстінде булану тұманы ауаның түнгі радиациялық салқындауы кезінде пайда болады, бірақ ауа температурасы оң болады. Тұманның пайда болуы үшін қолайлы жағдайлар төменгі қабаттағы температураның инверсиясы және әлсіз желдер болып табылады. Булану тұманы аз жылдамдықпен қозғалып, құрлықтан немесе мұз алаңдарынан су бетіне ауысқанға дейін өте тұрақты стратификацияға ие болып, суық ауада пайда болады. Салыстырмалы түрде жылы судың бетінен булану жылдамдығы оның температурасы мен суық ауа температурасы арасындағы айырмашылыққа, сондай-ақ желдің жылдамдығына байланысты
Булану тұманының пайда болуының физикалық механизмі келесідей. Егер суық ауада су бетіне көшкенге дейін жер бетіндегі температураның күшті инверсиясы болса, онда ол жылы су бетінде ең төменгі қабатта бұзылады. Көтерілген инверсия кезінде жылынған суық ауа конвективті тұрақсыз болады. Сондықтан су бетінен ауаға келетін су буы конвективті токтармен инверсия қабатының астына көтерілуі керек. Бұл жағдайда артық су буы конденсацияланады. Нәтижесінде температураның инверсиясы астында тұман пайда болады.
Эксперименттік мәліметтерге сәйкес, булану тұманы су мен суық ауа температурасы арасындағы айырмашылық 10 ֯C-тан кем емес болғанда және желдің жылдамдығы 10 м биіктікте 1-ден 3 мс-қа дейін болған кезде пайда болады. Атмосфераның вертикальды зондылау деректері бойынша, булану тұманы жағдайында жылы судың үстіндегі температураның инверсиясының төменгі шекарасы 50-100 м биіктікте болады. Егер инверсияның төменгі шекарасы 200-300 м биіктікте болса, булану тұманы су мен ауа температурасы арасындағы үлкен оң айырмашылық кезінде де пайда болмайды.
Қоңыржай ендіктерде булану тұманы негізінен түнде және таңертең, су мен ауа температурасының айырмашылығы максималды болған кезде пайда болады. Әр түрлі сулылықтағы булану тұманының пайда болу мүмкіндігі эмпирикалық графиктің көмегімен күтілетін температура мен ашық су бетіндегі ауа массасының салыстырмалы ылғалдылығымен болжанады

1.2.6 Елді мекендер мен әуеайлақтардың аязды тұмандар

Аязды тұмандар су буының қанығуының қосымша көзі болған жағдайда қатты аязда пайда болады. Мұндай қосымша көз - газ тәрізді және сұйық көмірсутекті отынның (табиғи газ, керосин, бензин және т.б.), сондай-ақ көмір және шымтезектің жану өнімдері болуы мүмкін.
Атмосфераға түсетін су буының мөлшері бір уақытта жағылатын отынның мөлшері мен түріне байланысты болады. Бұл ретте көмірсутекті отынның кейбір түрлері жанған кезде бөлінетін су буының массасы жағылатын отынның массасынан асып түсетінін есте ұстаған жөн.
Аязды тұмандардың пайда болу механизмі келесіден тұрады. Қыста қатты аяз кезінде, атмосфераның жер беті қабатында температураның инверсиялық таралуы кезінде және әлсіз жел кезінде көп мөлшердегі су буы бар оттық газдар мен қалдық газдар үлкен аймаққа таралмайды. Олар қоршаған ауамен салыстырғанда жоғары температура мен төмен тығыздыққа ие және жер бетіндегі инверсия болған кезде де белгілі бір биіктікке көтеріледі. Жылы, ылғалға бай оттық немесе қалдық газдарды суық ауамен араластырған кезде су буымен қанығу күйіне қол жеткізуге болады. Су буының одан сайын қаныға түсуі оның ең майда тамшылар түріндегі конденсациясына әкеледі, олар ауа температурасы төмен болған кезде қатып қалады және мұзға қатысты су буының қанығуына байланысты тез өседі, бұл мұз тұманының пайда болуына әкеледі.
Минус 39 °C-тан төмен температурада кез-келген бастапқы салыстырмалы ылғалдылықта (шық нүктесінің кез-келген бастапқы тапшылығында) отынның жануы нәтижесінде аязды тұман пайда болуы мүмкін.
Әуеайлақтағы тұмандардың қалыптасу фазасын сипаттау үшін тұман түрлерінің үш фазасы бар деп айтуға болады:
тұманның қалыптасу фазасы. Бұл тұманның алғашқы белгілерінің пайда болуынан бастап, оның салыстырмалы түрде үлкен аймаққа таралуына дейінгі уақыт. Әуеайлақтың үстінен адвективті тұман өткен жағдайда, бұл фаза бірнеше минутқа ғана созылады, ал кейде бұл фазаның радиациялық тұманмен аяқталуына бірнеше сағат кетуі мүмкін. Радиациялық тұман бастапқыда шектеулі, өте тығыз жоталар түрінде болады. Кейінірек әлсіз жел бағытында баяу қозғалатын үлкен оқшауланған жоталар пайда болады. Түнде мұндай жоталардың болуы көріну қашықтығының төмен мәнін көрсететін құрылғыға түскенше байқалмауы мүмкін. Немесе бүкіл аэродромды немесе оның бір бөлігін қамтитын жер бетіндегі тұман пайда болуы мүмкін. Нәтижесінде, тұманның бастапқы кезеңінде, әсіресе радиациялық кезеңде көрінудің едәуір жергілікті кеңістіктік және уақыттық өзгерістері орын алады.
тұманның негізгі фазасы. Бұл тұманның кез-келген түріне қатысты, ол салыстырмалы түрде әлсірей немесе тарала бастағанға дейін бүкіл аэродромды қоса алғанда үлкен аймақтың үстінде үздіксіз қабат түзеді. Мұндай тұман кеңістікте біркелкі таралады, ал ондағы көрінудің уақытша өзгеруі шамалы және баяу болуы мүмкін. Алайда, басқа жағдайларда, тұманның негізгі қабатында көріну 50 % дейін өзгеруі мүмкін. Жалпы, көріну шарттары бақылау және аспаптық өлшеу нәтижесінде жақсы анықталады;
әлсіреу фазасы. Бұл термин тұманның әлсіреу немесе таралу кезеңін білдіреді. Тұманда көрінудің айтарлықтай өзгерістері болуы мүмкін, бірақ бұл өзгерістер кішкене ғана болуы да мүмкін. Аспаптар көмегімен өлшеу, әдетте, радиациялық тұман жерден жоғары көтеріліп, төмен қабатты бұлттарға айнала бастаған жағдайларды қоспағанда, өте маңызды болып табылады.

Тұман болжамы

Тұманның пайда болуы үшін, атап айтқанда, тұманның пайда болуының басында изотермия немесе ауаның беткі қабатында температураның төмендеуі байқалған кезде, ауаны қосымша салқындату қажеттілігі туады. Бұл жағдайларда температураның қосымша төмендеуі белгілі А.С. Зверев, Б. В. Кирюхин және т. б. формулалар арқылы анықталады, сондықтан тұманның болжамы температура мен ылғалдылықтың өзгеруін болжауға байланысты.
Тұман периодтық емес салыстырмалы түрде қысқа мерзімді құбылыс. Көптеген нүктелер үшін тұман жылына бірнеше ондаған күн ғана байқалады, ал кейбір жерлерде сирек кездеседі; олардың ұзақтығы көбінесе бірнеше сағатты құрайды. Сондықтан тұманның қысқа мерзімді болжау әдістерін жасауға баса назар аударылады.
Тәулік ішінде тұманды болжау кезінде екі кезеңді бөліп көрсету керек. Біріншісі - тұманның болуы немесе болмауы мүмкін метеорологиялық фонды болжау. Екіншісі тұманның пайда болуы үшін қолайлы жағдайларға қатысты және тұман пайда болады ма және қай уақытта болады деген мәселені нақты шешуден тұрады.
Бірінші кезеңде метеорологиялық жағдайды болжауға, температура мен ылғалдылықты тәулік бойына болжауға байланысты әдеттегі синоптикалық әдістер қолданылады. Мұнда қазіргі уақытта дамып келе жатқан барикалық өрісті, қозғалатын ауа массаларындағы температура мен ылғалдылықтың өзгеруін алдын-ала болжау әдістерін қолдануға болады [5].
Тұман көбінесе түнде, әсіресе жылы жартыжылдықта байқалатындығын айқын көрсетеді. Жылы жартыжылдықтың 12-ден 20 сағатқа дейінгі уақытында тұман іс жүзінде пайда болмайды. Бұл ретте, тұманның пайда болуында негізгі рөльді түнгі уақыттарда жер бетінің радиациялық салқындауы ойнайды. Тұманның максималды мөлшері күннің минималды температурасына жеткен кезде күн шығар алдында байқалады. Түнде, әдетте, шық нүктесі де азаяды (төменде толығырақ), бұл, әрине, тұманның пайда болуына ықпал етпейді. Алайда, температура шық нүктесіне қарағанда тез төмендейді, осылайша ауаны қанықтыру үшін қолайлы жағдайлар жасалады. Бұл радиациялық фактордың маңыздылығын және түнде температура мен ылғалдылықтың төмендеуін есептеу қажеттілігін одан әрі баса көрсетеді.
Тұманның пайда болуына әсер ететін факторлар тұман болжамын қиындатады. Мысалға, радиациялық тұмандарды болжау кезінде жергілікті жағдайларды (жер бедері, топырақтың жай-күйі) ескеру қажет. Радиациялық тұман әдетте сулы-батпақты жерлерде пайда болады. Тұманның негізгі түрлерін болжаудың жалпы принциптерін қарастырайық.

1.3.1 Радиациялық тұмандардың болжамы

Радиациялық тұманның пайда болуына жағдай жасайтын қолайлы жағдайлар келесілер:
Ашық немесе аз бұлтты ауа райы;
Әлсіз жел (3-4 мс-тан көп емес);
Жер бетінен 50-300 м биіктікке дейін аз бастапқы шық нүкте тапшылығы;
Құрғақ топырақ беткейі;
Жер беті инверсиясының болуы;
Иілген рельеф беткейі.
Жоғарыда аталған метеорологиялық жағдайлар аз жылжымалы антициклон аймағында, барикалық жотада және ылғалды ауа массасындағы аңғарларда байқалады. Әсіресе радиациялық тұмандар алдын жауған жаңбырдан ылғалданған топырақта жиі пайда болады.
Тұман бола ма, жоқ па, оны білу үшін тұманның пайда болуының алдындағы ауа массасындағы температураны Тт және жер беті қабатындағы минимальды ауа температурасын Тmin анықтау қажет. ТтTmin болған жағдайда тұман болуы ықтимал, ал ТтTmin болған жағдайда тұман болу ықтималы аз.
Тт болжамы шық нүктесі температурасының бастапқы температурасы бойынша жүргізіледі:

Тт = Тd - δТd - δТ`т (3)

δТd шамасы тұманының пайда болуына дейінгі топырақ күйіне, ылғалдың адвекциясына, температураның вертикальды градиентінің шамасына және жел жылдамдығына тәуелді. δТ`т шамасы оң температура кезінде градустың оннан бір бөлігін құрайды, -10 °С температура кезінде δТ`т ≈ 1,5 ֯С, -20 °С температура кезінде δТ`т ≈ 2 С және -30 °С температура кезінде δТ`т ≈ 3 °С тең.

Практикалық жұмыста шаманың эмпирикалық мәндерін тапқан жөн:

δТт = δТd + δТ`т (4)

ТтTmin теңсіздігі бойынша тұманның пайда болу мүмкіндігін анықтайды.
Тұманның пайда болу уақыты түнгі температураның төмендеуін экстраполяциялау арқылы болжанады. Экстраполяцияланған мән Т=Тт болатын уақыт сәті тұманның пайда болуының басталуына сәйкес келеді.
Радиациялық тұманның жойылу уақытын таңертең температураның жоғарылауын экстраполяциялау арқылы да анықтауға болады. Тұманның таралуын жер бетіндегі ауа температурасы тұман пайда болған кезде оның мәніне дейін көтерілгенде күтуге болады [6].

1.3.2 Адвективті тұмандардың болжамы

Адвективті тұмандарды болжау үшін синоптикалық әдіс қазіргі уақытта жалғыз қолданылатын әдіс болып табылады, өйткені ауа-райы карталарының көмегімен ауа массаларының қозғалу бағытын және олардың қасиеттерін үлкен географиялық кеңістіктерде анықтауға болады.
Адвективті тұманды болжау кезінде келесілер ескеріледі:
тұман аймақтарының жылжуы және тұманның сақталу мүмкіндігі;
жер бетіндегі температура мен шық нүктесінің адвективті өзгеруі;
бұлттардың азаю мүмкіндігі.
Адвективті тұманның пайда болу уақыты байқалған тұмандардың қозғалу жылдамдығы бойынша немесе траекторияның басындағы шық нүктесінің температурасына дейін қозғалатын ауа бөлшегінің салқындауы күтілетін уақыт бойынша болжанады. Берілген пункттегі адвективті тұманның жоғалу болжамы тұманды тудырған факторлардың әрекетін тоқтатуды ескере отырып беріледі.
Адвективті тұманды бастапқы бақылау мерзімінен 9 сағат бұрын болжау үшін абсцисса осіне ауа температурасының көлденең градиентінің құрамдас бөлігі, ал ординат осі бойынша - осы траекторияның басындағы шық нүктесінің тапшылығы және болжам нүктесіндегі желдің күтілетін жылдамдығын орналастыру керек (1.1-сурет). Ауа райы картасында бақылаудың бастапқы кезеңі үшін жер бетіндегі қабаттағы ауаның 9 сағаттық траекториясын құру қажет. 9 сағаттық траекторияның бастапқы нүктесінің аймағында ауа-райының бастапқы картасынан температура мен шық нүктелерін алып тастау қажет. Егер траекторияның бастапқы нүктесі синоптикалық станцияның жанында картада орналасса, онда осы станциядағы осы шамалардың мәндері жазылады. Егер траекторияның бастапқы нүктесінен жақын синоптикалық станцияларға дейін 50 км-ден асатын болса, онда температураның орташа мәні және шық нүктесі жақын орналасқан 2-3 станцияның деректері бойынша анықталады.

1.1-сурет. Ауа бөлшегінің 9 сағаттық траекториясы бойындағы температураның көлденең градиентінің құрамдас бөлігі, осы траекторияның басындағы шық нүктесінің тапшылығы және болжам нүктесіндегі желдің күтілетін жылдамдығы бойынша адвективті тұманды болжауға арналған кешенді график.

Болжам пунктінде ауа температурасының және градустың оныншы үлесі бар шық нүктесінің мәндері, сондай-ақ бастапқы карта мерзімінен кейін 9 сағаттан соң желдің күтілетін жылдамдығы жазылады. Траекторияның басындағы және болжам пунктіндегі ауа температурасының жазылған мәндері бойынша траектория бойындағы температураның көлденең градиенті арақатынастан есептеледі:
∆Т ∆S=Т`- Т∆S, (5)

мұндағы Т` - бақылаудың бастапқы мерзімі үшін ауа райы картасынан табылған 9 сағаттық траекторияның басындағы ауа температурасы; Т - болжам берілетін әуеайлақтағы бақылаулар бойынша сол мерзімдегі ауа температурасы; ΔS - траекторияның бастапқы және соңғы нүктелері арасындағы жүз километр қашықтық.
Температураның көлденең градиентінен басқа, траекторияның басында шық нүктесінің тапшылығы анықталады Т`- Т`d.
Болжам пунктінде бастапқы карта мерзімінен 9 сағат өткен соң адвективті тұманның пайда болуы мүмкін бе? Ол 9 сағаттық ΔTΔS траекториясы бойындағы көлденең температура градиентінің есептелген мәндеріне және осы траекториясының басындағы шық нүктесінің тапшылығына сәйкес Т`- Т`d 1.2-суреттегі графиктің жоғарғы бөлігі қолданыла отырып анықталады. Егер осы параметрлердің мәндеріне сәйкес келетін нүкте тұман аймағына түссе, онда одан тік оське параллель графиктің төменгі бөлігіне болжам нүктесіндегі желдің күтілетін жылдамдығына сәйкес келетін ординатаға ауысу керек. Егер графиктің төменгі бөлігінде көрсетілген нүкте тұтас қисықпен шектелген тұман аймағына түссе, онда болжамда тұман көрсетіледі.
Адвективті-радиациялық тұмандардың болжамы адвекцияның әсерін ескере отырып, радиациялық тұмандарды болжау схемасы бойынша жүргізіледі.

1.3.3 Булану тұмандарының болжамы

Әр түрлі сулылықтағы булану тұманының пайда болу мүмкіндігі эмпирикалық графиктің көмегімен күтілетін температура мен ашық су бетіндегі ауа массасының салыстырмалы ылғалдылығымен болжанады [7].
График тұрақты күйдегі булану тұманының пайда болу теориясына негізделген. Абсцисса осіне жағалаудағы немесе бастапқы сәтте мұз алаңдарының үстіндегі ауа температурасы, ординат осі бойынша - жағалаудағы ауаның бастапқы салыстырмалы ылғалдылығы қойылады. Егер болжам бойынша құрлықтың үстінде немесе теңіздің қатып қалған бөлігінің мұз алаңдарының үстінде қатты салқындаған ауаның ашық су бетіне орын ауыстыруы күтілсе, осы кестені қолдану ұсынылады (1.2-сурет).

1 - тұманның болмауы; 2 - әлсіз тұман (көріну 500-1000 м); 3 - орташа тұман (көріну 200-500 м); 4-қатты тұман (көріну 50-200 м).
1.2-сурет. Әр түрлі қарқындылықтағы булану тұманының пайда болу жағдайларын анықтауға арналған график
1.2-суретте көрсетілгендей, графиктің координаттарында әрбір нүктеде көлденең көріну мәнін белгілей отырып, нүктелерді (булану ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.