Атмасферныя ападкі

Ападкамі называюць ваду, якая выпадае з воблакаў у вадкім ці цвёрдым стане (дождж, снег, град, крупы, імжа і інш.), а таксама, што ўтвараецца на паверхні зямлі і яе прадметах у выніку кандэнсацыі вадзяной пары (раса, шэрань, іней, вадкі і цвёрды налёт, галалёдзіца), Апошнюю групу ападкаў аб’ядноўваюць агульнай назвай – гідраметэоры.

У залежнасці ад фазавага стану атмасферныя ападкі падзяляюць на цвердыя, вадкія і змешаныя. Да вадкіх залічваюць дождж і расу, да цвёрдых – снег, град, крупы, галалёдзіцу, іней і шэрань. Пры характарыстыцы ападкаў вызначаюць іх колькасць, інтэнсіўнасць, пачатак і канец выпадзення. Пад колькасцю ападкаў разумеецца вышыня слоя вады ў міліметрах, які мог бы ўтварыцца на гарызантальнай паверхні пасля выпадзення ападкаў, калі б не было іх прасочвання ў глебу, паверхневага сцёку і выпарэння. Колькасць ападкаў вызначаюць для пэўнага прамежка часу і вылічваюць з дакладнасцю да 0,1 мм. Пад інтэнсіўнасцю ападкаў разумеецца колькасць ападкаў, якія выпадаюць за адзінку часу (10 мінут). Інтэнсіўнасць ападкаў вылічваецца ў мм/мін з дакладнасцю да 0,01 мм/мін.

6.18.1. Ападкі, якія выпадаюць з воблакаў. Воблачныя ападкі паводле іх фізічных умоў утварэння падзяляюць на тры генетычныя тыпы:

1) абложныя ці франтальныя;

2) ліўневыя або ўнутрымасавыя;

3) імжыстыя.

Абложныя ападкі фарміруюцца ў межах цёплага і халоднага фронта, а таксама фронта акклюзіі. Яны выпадаюць з слаіста-дажджавых і высока-слаістых, а бывае з слаіста-кучавых воблакаў. Гэта вельмі працяглыя (выпадаюць некальку сутак) сярэдняй інтэнсіўнасці ападкі. Яны ахопліваюць плошчу ў сотні тысяч квадратных кіламетраў. Абложныя ападкі выпадаюць у выглядзе дажджу і снегу, характэрны для ўмераных і высокіх шырот.

Ліўневыя ападкі ўзнікаюць унутры аднароднай паветранай масы. Выпадаюць з канвектыўных кучава-дажджавых воблакаў. Гэта ападкі невялікай працягласці, але моцнай інтэнсіўнасці, маюць лакальнае распаўсюджванне. Аднак, ліўневыя ападкі, што выпадаюць з франтальных кучава-дажджавых воблакаў могуць працягвацца некалькі гадзін. Бывае, што ліўневыя ападкі суправаджаюцца градам, навальніцай і маланкай.

Імжыстыя ападкі выпадаюць, як правіла, з слаістых воблакаў, у рэдкіх выпадках, з слаіста-кучавых воблакаў. Гэта ўнутрымасавыя ападкі, якія складаюцца с вельмі дробных кропель ці крышталяў у выглядзе зерня і снега.

Па памеры і агрэгатнаму стану воблачныя ападкі адрозніваюцца наступным чынам.

I. Цвёрдыя ападкі.

1) Снег – складаецца з ледзяных ці снежных крышталяў (сняжынак) у выглядзе шасціпромневай зоркі. Сняжынкі ўтвараюцца ў працэсе сублімацыі вадзяной пары на вострых вуглах пласцінак. Пры зліпанні сняжынак узнікаюць буйныя камякі снега.

2) Снежныя крупы – снегападобныя крупінкі дыяметрам ад 2 да 5 мм. Выпадаюць з слаіста-дажджавых і кучава-дажджавых воблакаў, часцей вясной і восенню пры нулявых тэмпературах.

3) Снежнае зерне выпадае з слаістых воблакаў у зімовую пару, складаецца з крупінак дыяметрам менш 1 мм.

4) Ледзяныя іголкі – крышталічныя ападкі ў выглядзе шасцівугольных прызм. Яны выпадаюць з воблакаў сярэдняга і ніжняга яруса, якія знаходзяцца ў пераахалоджаным стане.

5) Град выпадае ў цёплую пару года з кучава-дажджавых воблакаў і, як правіла, суправаджаецца моцнымі ліўнямі. Утвараецца пры шматразавым апусканні (падтайванні) і падняцці (намярзанні) крышталяў канвектыўнымі і турбулентнымі патокамі. Градзіны – кускі лёду могуць дасягаць масы 300 г.

II. Вадкія ападкі.

1) Дождж складаецца з кропель дыяметрам ад 0,5 да 7,0 мм. Самыя буйныя кроплі характэрны для ліўняў.

2) Імжа – дробны дождж, які складаецца з кропелек дыяметрам 0,05-0,5 мм.

III. Змешаныя ападкі.

1) Мокры снег – сумесь снега з дажджом, выпадае ў пераходныя перыяды года.

6.18.2. Утварэнне ападкаў. Каб з воблака выпалі ападкі неабходны пэўныя ўмовы ўзбуйнення воблачных элементаў (кропель ці крышталяў). Працэсамі, якія выклікаюць узбуйненне воблачных элементаў, з’яўляюцца кандэнсацыя і сублімацыя вадзяной пары, а таксама каагуляцыя.

Кандэнсацыйны рост воблачных элементаў найбольш інтэнсіўна адбываецца ў вадкіх воблаках, якія складаюцца з кропель розных памераў. Такія кроплі валодаюць рознай пругкасцю насычэння, выкліканай неаднолькавай крывізной паверхні. Як вядома, пругкасць насычэння над выпуклай паверхняй больш, чым над роўнай, а над роўнай больш, чым над увагнутай (гл. параграф 6.2). У такіх выпадках дробныя кроплі выпараюцца, а на паверхні буйных кропель вадзяная пара кандэнсуецца, павялічваючы памеры кропель, якія могуць выпадаць у якасці ападкаў. Аднак за кошт кандэнсацыйнага росту воблачных элементаў ападкі выпадаюць вельмі рэдка.

Галоўнай прычынай утварэння ападкаў з’яўляецца сублімацыйны рост воблачных элементаў. Працэс сублімацыі ўзнікае ў змешаных воблаках, якія складаюцца з кропель і крышталяў. У такіх воблаках назіраецца перанос вадзянога пара з кропель на крышталі, якія растуць за кошт сублімацыі. Рост крышталяў тлумачыцца тым, што пругкасць насычэння над лёдам менш, чым пругкасць насычэння над вадой (Е_л <Е_в). У гэтым выпадку ствараецца спрыяльныя ўмовы для ўзбуйнення крышталяў і выпадзення ападкаў. Найбольш інтэнсіўна сублімацыйныя працэсы працякаюць у пераахалоджаных (– 12... – 17°С) высокаслаістых, слаіста-дажджавых і кучава-дажджавых воблаках.

Каагуляцыйны рост кропель абумоўлены зліццём дробных кропель шляхам сутыкнення адна з другой. Зліццю кропель спрыяе турбулентнае перамешванне паветра. Каагуляцыйныя працэсы характэрны для водных слаістых і кучавых воблакаў, з якіх можа выпадаць дробны дождж і імжа.

6.18.3. Актыўнае ўздзеянне на воблакі. Актыўнае мэтанакіраванае ўздзеянне праводзіцца на кропельнавадкія пераахалоджаныя воблакі, якія не дасягаюць узроўня аледзянення, неабходнага для ўтварэння крышталяў і іх сублімацыйнага росту. У такіх выпадках узровень аледзянення знаходзіцца вышэй узроўня канвекцыі, дзе прыпыняецца вертыкальнае падняцце паветра. Напрыклад, у аднароднай паветранай масе, якая фарміруецца ў вобласці антыцыклонаў трапічных і ўмераных шырот могуць утварацца магутныя з вялікай ваднасцю кучавыя воблакі. Аднак, такія воблакі не здольныя даваць ападкі, пакольку яны не дасягнулі ўзроўня аледзянення і не набылі змешаны характар.

Працэсы замярзання воблачных кропель правакуецца штучным спосабам, які дазваляе панізіць тэмпературу да ўзроўня замярзання. Для гэтага сярод воблакаў рассейваюць цвёрдую вуглекіслату (СО₂) ці сульфід медзі (CuS). Гэтыя рэчывы выпарваюцца і паніжаюць тэмпературу да ўзроўня замярзання кропель і ўтварэння зародкавых ледзяных ядраў.

Штучнае стварэнне змешанага воблака выклікае сублімацыйны рост ледзяных ядраў да ўтварэння буйных крышталяў, якія пад уздзеяннем гравітацыйных сіл Зямлі выпадаюць у якасці ападкаў.

Другім спосабам штучнага ўздзеяння на воблакі з’яўляецца распыленне сярод іх ядраў крышталізацыі (AgJ, PbJ₂), як ападкаўтваральную аснову, на якой растуць лездяныя крышталі.

Вышэй названыя спосабы актыўнага ўздзеяння на воблакі ажыццяўляюцца з мэтай выклікання ападкаў, рассеяння туманаў у аэрапортах, прадухілення ліўней і для барацьбы з градабоем.

6.18.4. Ападкі, якія ўтвараюцца на паверхні Зямлі і яе прадметах. Працэсы кандэнсацыі вадзяной пары характэрны не толькі для свабоднай атмасферы. Гэтыя працэсы актыўна працякаюць непасрэдна на зямной паверхні і яе прадметах, дзе ўтвараюцца, так званыя, наземныя гідраметэоры (раса, іней, шэрань, цвёрды і вадкі налёт, галалёд). Утварэнне наземных гідраметэораў абумоўлена ахаладжэннем зямной паверхні і яе прадметаў да кропкі расы і ўзнікненнем пры гэтым прадуктаў кандэнсацыі.

Разгледзім умовы ўтварэння наземных гідраметэораў.

Раса ўяўляе сабой дробныя кропелькі вады, што ўтвараюцца на паверхні глебы, раслін і прадметах у ясныя ціхія ночы пры тэмпературы паветра вышэй нуля. Утварэнне расы абумоўлена кандэнсацыяй вадзяной пары на больш халодных паверхнях, чым само паветра. Ахаладжэнне прадметаў адбываецца ў выніку радыяцыйнага выпраменьвання, характэрнага для бязвоблачнага неба. Спорная раса можа даць за адну ноч да 0,5 мм вільгаці.

Iней – белыя, цвёрдыя, дробнакрышталічныя ападкі, якія ўтвараюцца на паверхні травы, лісця, дрэў, стрэхах, дошках, снегавога покрыва шляхам сублімацыі вадзяной пары. Таксама, як і раса, іней утвараецца ў перыяд устойлівага надвор’я пры інтэнсіўным радыяцыйным ахаладжэнні, але пры адмоўных тэмпературах.

Зярністая шэрань – снегападобныя рыхлыя ападкі крышталічнай будовы. Яна ўзнікае на правадах, галінках дрэў, аконным шкле і г. д. у туманнае, ветранае надвор’е пры тэмпературы паветра ад – 2 да – 7 °С і ніжэй.

Зярністая шэрань утвараецца ў выніку намярзання на прадметах кропель туману, якія атрымліваюць снегападобны выгляд. Пры павышэнні тэмпературы паветра і ўзбуйненні кропель туману шчыльнаць зярністай шэрані павялічваецца і яна паступова пераходзіць у галалёд. I, наадварот, з узмацненнем марозу і аслабленнем ветру шчыльнасць зярністай шэрані памяншаецца і яна паступова змяняецца крышталічнай шэранню.

Крышталічная шэрань – белыя ападкі з дробных крышталяў лёду, якія аселі на прадметах у выглядзе пушыстых гірляндаў. Яна ўтвараецца пераважна ноччу ў яснае ціхае надвор’е ў працэсе сублімацыі, якая адбываецца пры тэмпературы паветра ніжэй – 15 °С, наяўнасці ледзянога туману ці іголак і адноснай вільготнасці каля 100 %.

Галалёд – слой матавага або празрыстага лёду, які ўтвараецца на прадметах у выніку намярзання кропель пераахалоджанага дажджу, імжы ці туману, а таксама пры сутыкненні кропель ападкаў з прадметамі, тэмпература якіх ніжэй 0 °С. Адклады галалёду могуць дасягаць таўшчыні некалькіх сантыметраў і выклікаць пашкоджанні галін дрэў, правадоў, слупоў і г. д.

Галалёдзіца – лёд або абледзянелы снег на паверхні зямлі, што ўтвараецца ў выніку замярзання вадкіх ападкаў – дажджу, імжы, кропель туману, мокрага снегу, а таксама пасля замярзання расталай вады на паверхні зямлі.

Вадкі налёт утвараецца на вертыкальных прадметах (сценах будынкаў, дрэвах, слупах, платах), якія ахалоджаны, але маюць дадатную тэмпературу. Пры гэтым абавязковай умовай з’яўляецца адвекцыя цёплага вільготнага паветра, якое пры сутыкненні з халоднымі прадметамі ахалоджваецца да кропкі расы і адбываецца кандэнсацыя вадзяной пары, а на прадметах з’яўляецца вадкі налёт, накшталт запацявання аконных сцёклаў у памяшканнях.

Цвёрды налёт (ледзяная скарынка) утвараецца пры тых жа ўмовах, аднак для яго ўтварэння патрэбна, каб прадметы былі ахалоджаны да адмоўных тэмператур. Узнікненне цвёрдага налёта можа назірацца таксама на самалётах. Гэта з’ява называецца абледзяненнем самалётаў.

6.18.5. Сутачны ход ападкаў. Адрозніваюць два тыпы сутачнага ходу ападкаў – кантынентальны і марскі (прыбярэжны).

У кантынентальным тыпе сутачнага хода ападкаў вылучаюцца два максімумы і два мінімумы. Найбольш выражаны максімум назіраецца пасля поўдня, калі канвектыўная воблачнасць дасягае максімальнага развіцця. Другі – слаба выражаны максімум назіраецца раніцай, абумоўлены радыяцыйным ахалоджваннем паветра. Мінімумы ападкаў назіраюцца ноччу і перад поўднем.

У марскім (прыбярэжным) тыпе сутачнага ходу ападкаў праяўляецца адзін максімум і адзін мінімум. Максімум прыходзіцца на начную частку сутак, калі паветра становіцца халадней марской паверхні. Больш халоднае паветра над цёплай паверхняй мора набывае неўстойлівую стратыфікацыю, якая стымулюе канвекцыю і ўтварэнне воблакаў. Днём паветра, прагрэтае радыяцыйным шляхам, прынімае над морам устойлівую стратыфікацыю, не спрыяльную для працэсаў кандэнсацыі. Прыход марскога паветра на прагрэтае ўзбярэжжа ў дзённы час таксама аддаляе вадзяную пару ад стану насычэння і воблакаўтварэння.

6.18.6. Гадавы ход ападкаў. Вылучаюць 8 тыпаў гадавога ходу ападкаў.

1) Экватарыяльны тып мае два максімумы і два мінімумы пры агульнай вялікай колькасці ападкаў за год. Максімум ападкаў вясной і восенню (красавік, кастрычнік) пасля раўнадзенстваў, якія інтэнсіфіцыруюць канвектыўныя працэсы. Мінімум ападкаў зімой і летам (студзень, ліпень) пасля сонцастаянняў у сувязі з аслабленнем канвектыўнага воблакаўтварэння.

2) Трапічны тып назіраецца паблізу тропікаў. Тут вылучаецца адзін максімум і адзін мінімум, якія прыходзяцца на перыяды летняга і зімовага сонцастаяння.

3) Тып трапічных мусонаў. Максімум летам, мінімум зімой, з вялікай гадавой амплітудай.

4) Субтрапічны тып. Лета засушлівае, што абумоўлена дзеяннем трапічнай паветранай масы. Зіма вільготная. Гэта тлумачыцца зімнім распаўсюджваннем умеранай масы паветра і развіццём цыкланічнай дзейнасці.

5) Унутрымацерыковы тып умераных шырот. Максімум ападкаў адзначаецца летам, а мінімум зімой. У летняю пару, пры высокіх тэмпературах і вільгацеўтрыманні паветра, актывізуецца ўнутрымасавае воблака- і ападкаўтварэнне. Зімою ж пры нязначным вільгацеўтрыманні паветра ападкі маюць толькі франтальнае і цыкланічнае паходжанне.

6) Марскі тып умераных шырот. Распаўсюджаны над акіянамі і заходнімі ўзбярэжжамі мацерыкоў. Максімум ападкаў прыходзіцца на восень і зіму, мінімум – на вясну і першую палову лета.

7) Мусонны тып умераных шырот. Максімум ападкаў летам, а мінімум зімой. Характэрны рэзка выражаны гадавы ход ападкаў са значнай іх амплітудай.

8) Палярны тып клімату мае максімум ападкаў летам, калі павялічваецца вільгацеўтрыманне паветра, а мінімум зімой пры нізкіх тэмпературах і нязначным вільгацеўтрыманні.

6.18.7. Геаграфічнае размеркаванне ападкаў. Атмаферныя ападкі, разам з тэмпературай паветра, з’яўляюцца важнейшым паказчыкам клімату і кліматычных рэсурсаў, вызначаючы ўмовы ўвільгатнення тэрыторыі і ўраджай сельскагаспадарчых культур.

Колькасць ападкаў ў тым ці іншым месцы вызначаецца тэмпературай і ёй абумоўленым вільгацеўтрыманнем паветра, канвергенцыяй і дывергенцыяй паветраных плыняў, агульнай цыркуляцыяй атмасферы і характарам падсцілаючай паверхні.

Паколькі воблачнасць размяркоўваецца занальна, то, ў цэлым, на Зямлі назіраецца занальнае размеркаванне ападкаў. Аднак, нярэдка занальнасць ападкаў парушаецца дзеяннем азанальных фактараў. Да такіх фактараў адносяць размеркаванне сушы і мора, фронтагенэз і цыклонагенэз, а таксама араграфічныя ўмовы (рыс. 6.13).

Найбольшая колькасць ападкаў выпадае ў экватарыяльным поясе ва ўнутрытрапічнай зоне канвергенцыі (2000-3000 мм/год), дзе сыходзяцца лініі тока паўночнага і паўднёвага пасата, выклікаючы ўзыходзячыя рухі паветра. У канвергентнай зоне ўтвараюцца магутныя кучава-дажджавыя воблакі, якія дасягаюць узроўня аледзянення і набываюць змешаную структуру, неабходную для сублімацыйнага роста воблачных элементаў.

У экватарыяльным поясе ападкаў выпадае больш над сушай, чым над акіянам. Гэта тлумачыцца тым, што над сушай канвергентнае падняцце паветра ўзмацняецца канвектыўнымі працэсамі. Найбольш увільготненымі аказваюцца Цэнтральная Амерыка, басейн Амазонкі, узбярэжжа Гвінейскага заліва, востравы Інданэзіі.

Выпадзенню ападкаў садзейнічаюць араграфічныя ўмовы, якія дадаткова ўзмацняюць вертыкальнае падняцце паветра. Так, у горных раёнах Цэнтральнай Амерыкі, Калумбіі, Заходняй Афрыкі выпадае 4000-7000 мм/год. На паўднёва-заходнім схіле гары Камерун і на горных схілах Гавайскіх востраваў, колькасць ападкаў пераўзыходзіць 9000 мм/год.

У субэкватарыяльным поясе рэжым атмасферных ападкаў падпарадкоўваецца мусоннай цыркуляцыі. Больш за ўсё атмасфернай вільгаці выпадае над паўднёвай і паўднёва-усходняй Азіяй. Так, у Індыі і М’янме колькасць ападкаў складае 2000-3000 мм/год, а ў спалучэнні з араграфічнымі ўмовамі – 6000-7000 мм/год. Напрыклад, у перадгор’ях Гімалаяў у Чарапунджы выпадае самая вялікая на Зямным шары колькасць ападкаў – каля 12000 мм/год. На стромкіх горных схілах цёплае і вільготнае экватарыяльнае паветра летняга мусона хутка падымаецца і адыябатычна ахалоджваецца, астаўляючы велізарную колькасць вільгаці і скрытага цяпла параўтварэння. Аднак, рэжым ападкаў у Чарапунджы адрозніваецца вялікай міжгадавой зменлівасцю. У асобныя гады сума ападкаў можа змяняцца ад 7000 да 23000 мм. Мяркуецца, што ў сувязі з пацяпленнем глабальнага клімата зменлівасць ападкаў, абумоўленых азіяцкім мусонам, узмацніцца.

У тарпічным поясе высокага атмасфернага ціску ўмовы для кандэнсацыі рэзка пагаршаюцца. Рэдкай з’явай становіцца воблачнасць і як вынік – колькасць ападкаў складае ўсяго 100-250 мм/год і нават менш. Тут фарміруецца шырокая зона недастатковага ўвільгатнення, дзе выпаральнасць на парадак пераўзыходзіць атмасферныя ападкі. Гэта пояс трапічных пустынь, у асобных месцах якіх ападкі не выпадаюць па некалькі гадоў запар – пустыні Чылі, Перу, Сахары.

Па меры роста шыраты колькасць ападкаў павялічваецца. Ва ўмераных шыротах ападкі абумоўлены актыўнай франтальнай і цыкланічнай дзейнасцю, а таксама канвектыўнымі працэсамі. Тут развіваецца магутная слаістая, слаіста-дажджавая і кучава-дажджавая воблачнасць, якая здольная пранікаць на вышыні адмоўных тэмператур і пераўтварацца ў вадка-крышталічную структуру, неабходную для ападкаўтварэння.

Аднак, во ўмераным поясе ападкі размеркоўваюцца нераўнамерна. На ўзбярэжжы мацерыкоў выпадае 800-1000 мм/год. Па меры перамяшчэння ў глыбіню кантынентаў колькасць ападкаў памяншаецца ў сувязі з аслабленнем цыкланічнай дзейнасці. Так, ва Ўсходняй Сібіры, дзе зімой пануе атныцыкланальны характар надвор’я, колькасць ападкаў становіцца менш 500 мм/год.

У той жа час ва ўмераным поясе выяўляецца занальнае размеркаванне ападкаў. Доказам гэтаму з’яўляецца той факт, што ў стэпавай зоне, дзе высокая верагоднасць панавання трапічнага паветра, гадавая сума ападкаў складае 300-500 мм/год, а ў лясной – 500-1000 мм/год.

Істотным фактарам, стымулюючым выпадзенне ападкаў ва ўмераным поясе, з’яўляюцца араграфічныя сістэмы. Аднак, дзеянне араграфічнага фактара, як і ў любым месце Зямлі, носіць дваякі характеар. Так, на наветраных схілах гор, якія прымушаюць паветра падымацца, інтэнсіўна праходзяць працэсы кандэнсацыі, воблака- і ападкаўтварэння. Для прыкладу, на заходніх схілах Скалістых гор, гор Анд і Новай Зямлі выпадае 2000-3000 мм/год ападкаў. Такая ж сітуацыя складваецца ў Еўропе. На заходніх схілах Скандынаўскіх гор, гор Шатландыі і Ўэлса, Дзінарскага нагор’я, на Чарнаморскім узбярэжжы Каўказскіх гор выпадае ад 3000 да 5000 мм/год вільгаці. Наадварот, на падветраных схілах горных сістэм ападкі рэзка памяншаюцца – прыкладна на парадак ад вышэй прыведзенай колькасці.

У арктычным і антарктычным паясах колькасць ападкаў памяншаецца ў выніку паніжэння тэмпературы і вільгацеўтрымання паветра. У атлантыка-еўрапейскім сектары Арктыкі выпадае каля 300 мм/год ападкаў, а ў азіяцка-канадскім сектары – 100-200 мм/год.

На ўзбярэжжы Антарктыды гадавая сума ападкаў даволі значная – 500-600 мм. У сярэдзіне лядовага кантынента, дзе пануе яснае антыцыкланальнае надвор’е, ападкаў выпадае менш 50 мм/год.