Основные процессы облакообразования и типичные облака им свойственные.

В атмосфере в результате конденсации возникают скопления продуктов конденсации — капель и кристаллов, видимых простым глазом. Их называют облаками. Облачные элементы — капли и кристаллы — настолько малы, что их вес уравновешивается силой трения. Установившаяся скорость падения капель в неподвижном воздухе равна нескольким долям сантиметра в секунду, а скорость падения кристаллов — еще меньше. Существующее в атмосфере турбулентное движение воздуха приводит к тому, что столь малые капли к кристаллы вовсе не выпадают, а длительное время остаются взвешенными в воздухе, смещаясь то вниз, то вверх.

Облака переносятся воздушными течениями. Если относительная влажность в воздухе, содержащем облака, убывает, то облака испаряются. При определенных условиях часть облачных элементов укрупняется и утяжеляется настолько, что выпадает из облака в виде осадков. Таким путем вода возвращается из атмосферы на земную поверхность.

Принципиальной разницы в строении облаков и туманов нет. В горах возможно возникновение облака на самом горном склоне. Для наблюдателя, смотрящего снизу, из долины, это будет облако, для наблюдателя на самом склоне — туман.

Образование капель при конденсации в атмосфере всегда происходит на так называемых ядрах конденсации. Если зародыш капли возникает без ядра в виде комплекса молекул, он оказывается неустойчивым: молекулы тут же разлетаются снова. Роль ядра конденсации заключается в том, что оно вследствие своей гигроскопичности увеличивает устойчивость образовавшегося зародыша капли. Если воздух искусственно освободить от ядер конденсации, то конденсации не будет даже при большом пресыщении.. Аэрозольные примеси к воздуху в значительной части могут служить и ядрами конденсации.

Важнейшими ядрами являются частички растворимых гигроскопических солей, особенно морской соли. Частички попадают в воздух в больших количествах при волнении моря и разбрызгивании морской воды и при последующем испарении капель в воздухе.

Конденсация происходит также на гигроскопических твердых частичках и капельках, являющихся продуктами сгорания или органического распада. Это азотная и серная кислоты, сульфат аммония и др. В промышленных центрах в атмосфере содержится особенно большое число таких ядер конденсации. По-видимому, роль ядер конденсация играют также негигроскопические, но смачиваемые, достаточно крупные частички.

Размеры облачных капель варьируют в широких пределах — от долей до сотен микрометров. В зависимости от условий образования и от стадии развития облако может состоять изкапель как сравнительно однородных, так и весьма различных поразмерам.

Кристаллы в облаках разнообразны по форме и размерам. Замерзание капель при низких температурах дает ледяные шестиугольные пластинки. При дальнейшей сублимации (кристаллизации) они растут и на их углах появляются разветвления (лучи). На этих разветвлениях образуются новые, и кристаллы превращаются в шестилучевые звезды (снежинки.Величина их может достигать нескольких миллиметров в диаметре.

Отдельные облака существуют очень короткое время. Например, время существования отдельного кучевого облака иногда исчисляется всего 10—15 мин. Это значит, что недавно возникшие капли, из которых состоит облако, снова быстро испаряются. Но даже длительное существование облака не означает, что оно находится в неизменном состоянии, т.е. длительное время состоит из одних и тех же частиц. В действительности элементы облака постоянно испаряются и возникают заново. Длительно существует определенный процесс облакообразования; облако же является только видимой в данный момент частью общей массы воды, вовлекаемой в этот процесс.

Взвешенность облаков также обманчива. Если облако не меняет своей высоты, то это еще не означает, что составляющие его элементы не выпадают. Капли в облаке могут опускаться, но, достигая нижней границы облака, они переходят в ненасыщенный воздух и испаряются. В результате облако будет казаться длительно находящимся на одном уровне.

Микроструктура и водность облаков

По фазовому состоянию облачных элементов облака делятся на три класса.

Водяные (капельные) облака, состоящие только из капель. Они могут существовать не только при положительных температурах, но и при отрицательных. В этом случае капли находятся в переохлажденном состоянии, что в атмосферных условиях вполне обычно.

Смешанные облака, состоящие из смеси переохлажденных капель и ледяных кристаллов. Они могут существовать, как правило, при температурах от —10 до —40°С.

Ледяные (кристаллические) облака, состоящие только из ледяных кристаллов. Они преобладают, как правило, при температурах ниже —30°С.

В теплое время года водяные облака образуются главным образом в нижних слоях тропосферы, смешанные — в средних слоях, ледяные — в верхних. В холодное время года при низких температурах смешанные и ледяные облака могут возникать и вблизи земной поверхности.

Массу капель воды и кристаллов льда в единичном объеме облачного воздуха называют водностью облаков. Содержащиеся в единице объема облачного воздуха капли кристаллы так малы,что несмотря на их значительное количество масса воды в жидком виде в облаках невелика.

Облака различают по высоте:

облака верхнего яруса (выше 6 км) — перистые, перисто-слоистые, перисто-кучевые — состоят из ледяных кристаллов. Эти облака имеют белый цвет, они полупрозрачные и мало затеняют солнечный свет;

облака среднего яруса (2-6 км) — высоко-слоистые и высоко-кучевые — состоят из мельчайших капель и кристаллов льда; представляют собой облачные пласты или гряды белого или серого цвета. Это достаточно тонкие

облака, более или менее затеняющие солнце.

облака нижнего яруса (ниже 2 км) — слоистые, слоисто-кучевые и слоисто-дождевые — состоят преимущественно из капель. Слой их мощный (несколько километров).

 

17. 0бщая циркуляция атмосферы.

Систему крупномасштабных воздушных течений на Земле называют общей циркуляцией атмосферы. Основными элементами общей циркуляции атмосферы являются циклоны и антициклоны, т. е. волны и вихри размером в несколько тысяч километров, постоянно возникающие и разрушающиеся в атмосфере.

С воздушными течениями в системе общей циркуляции атмосферы связаны основные изменения погоды: воздушные массы, перемещаясь из одн.их областей Земли в другие, приносят с собой свойственные им характеристики. Системы воздушных течений общей циркуляции атмосферы, определяющие преобладание тех или иных воздушных масс в том или ином районе, являются также важнейшим фактором климатообразования.

Кроме воздушных течений общей циркуляции атмосферы климатообразующее значение имеют и циркуляции значительно меньшего масштаба (бризы, горно-долинные ветры и др.), носящие название местных циркуляции. Катастрофические погодные явления связаны с вихрями малого масштаба: смерчами, тромбами, торнадо, а в тропиках с вихрями более крупного масштаба — тропическими циклонами.

Ветер вызывает волнение водных поверхностей, многие океанические течения, дрейф льдов; он является важным фактором эрозии и рельефообразования.

Самое первое элементарное представление об общей циркуляции атмосферы получают, рассматривая средние много летние карты. Для ветра это обычно карты преобладающих направлений либо равнодействующих, для давления карты

многолетнего среднего распределения давления за отдельные месяцы, сезоны и за год.

Рассматривая глобальное распределение давления можно заметить, что поля давления в тропиках и вне их сильно отличаются. Вне тропиков отчетливо выделяются

следующие зоны:

зона I — область относительно высокого давления над полюсами;

зона II — пояс низкого давления в районе субполярных широт (60—65°), испытывающий непрерывные петлеобразные возмущения (типа речных меандров);

зона III — умеренные широты, где непрерывно возникают, развиваются и исчезают движущиеся атмосферные возмущения — волны и вихри в форме циклонов и антициклонов;

зона IV — пояс высокого давления в субтропических широтах около 30—35° широты, объединяющий обширные, расположенные над океанами антициклоны; это так называемый пояс субтропических антициклонов. На обращенной к экватору периферии субтропического пояса высокого давления в тропиках также можно выделить характерные зональные области в поле давления: