Наземные гидрометеоры

При конденсации или сублимации влаги на поверхности суши образуются наземные гидрометеоры: роса, иней, твердый и жид-кий налеты, изморозь, гололед. Роса и иней возникают при ночном выхолаживании подстилающей поверхности до точки росы в резуль­тате интенсивного излучения. Роса образуется в теплое время года при конденсации на поверхности водяного пара в виде капель. Иней появляется весной и осенью во время заморозков при сублимации водяного пара в виде кристаллов. Поскольку роса и иней образуют­ся непосредственно на охлажденных поверхностях, а не выпадают из воздуха, их не счи­тают атмосферными осадками. Образованию росы и инея способствуют те факторы, которые благоприятствуют интенсивному ночному выхолаживанию: безоблачная погода, слабый ветер, продолжительные ночи, котловинный рельеф, куда стекает холодный воздух, и др. Осадков» роса и иней дают немного — до 30 мм/год. Но все-таки в сухую жаркую по­году роса благотворно действует на увядающие растения. При образовании росы выде­ляется скрытая теплота, которая при температуре, близкой к нулю, достаточна для предотвращения заморозков. При образова­нии инея, наоборот, увеличивается выхола­живание, так как он обладает большим аль­бедо.

Твердый налет — корка льда толщиной 1 —3 мм обычно на вертикальных поверхно­стях: наветренных сторонах домов, деревьев, столбов. Жидкий налет — водяной налет на вертикальных и близких к ним поверхностях при отсутствии дождя. Они образуются в хо­лодную половину года, в любое время суток при температуре, близкой к нулю, при втор­жении теплого влажного воздуха. Вред их не-

велик, но в строительстве это необходимо учи­тывать, утепляя наветренные стены зданий.

Изморозь — белые, рыхлые кристаллы, похожие на бахрому, возникающие зимой на деревьях, проводах, углах домов и др. Обра­зуется во время тумана, когда влага в возду­хе находится в переохлажденном капельно­жидком состоянии. При значительных морозах с капель тумана, находящихся в воздухе, вла­га испаряется. Водяной пар, соприкасаясь с холодными предметами, сублимируется, обра­зуя кристаллы льда тонкой структуры, — это кристаллическая изморозь (морозные узоры на окнах и пр.). Толщина ее обычно не более 1 см, и опасности она не представляет. При отрицательных температурах, близких к нулю, капли тумана, намерзая на холодных предме­тах, образуют зернистую изморозь, имею­щую вид налипшего снега. Ее мощность мо­жет достигать на равнинах 10—12 см, а в го­рах — до метра и более, поэтому она опасна, так как ломает ветви деревьев, обрывает про­вода. Особенно мощная изморозь образуется в горах, покрытых облаками.

Гололед — ледяная корка на земле, на по­верхности снега, на деревьях и других пред­метах, образующаяся при выпадении переох­лажденного дождя и намерзания капель на хо­лодных поверхностях. Гололед случается при небольшой отрицательной температуре возду­ха. Он вызывает дорожные катастрофы, трав­мы людей, обледенение аэродромов, повреж­дения озимых посевов и т. д. В свободной атмосфере возможно обледенение самолетов, из-за чего ухудшаются их аэродинамические качества. Гололед и гололедица не одно и то же. Гололедица — слой льда на земле, об­разовавшийся после оттепели или дождя в ре­зультате похолодания и замерзания воды.

Туманы

Туман — взвешенные в воздухе капли воды и (или) кристаллы льда, понижающие горизонтальную видимость до 1 км. Менее плотная, чем туман, совокупность капель и кристаллов, при которой горизонтальная видимость более 1 км, называется дымкой. Кро­ме того, размеры капель при дымке меньше, что тоже влияет на видимость. Туман и дым­ка — результат конденсации и сублимации во­дяного пара в приземном слое атмосферы. От

тумана и дымки следует отличать мглу — по­мутнение нижних слоев атмосферы за счет взвешенных в воздухе частиц пыли, гари и ды­ма при лесных и торфяных пожарах (своеоб­разный «сухой туман»). Туман и дымка могут возникать как при положительной, так и при отрицательной температуре воздуха, если до­стигается точка росы и в воздухе есть ядра конденсации. При образовании туманов глав­ной причиной насыщения воздуха является ох-

лаждение его от земной поверхности, а не ади­абатическое понижение температуры.

По условиям образования различа­ют туманы охлаждения (радиационные и ад­вективные), туманы испарения и городские. Радиационные туманы бывают низкими (по­земными) и высокими. Низкие туманы обра­зуются в результате радиационного охлажде­ния подстилающей поверхности, а от нее и воздуха. Их возникновению способствуют те же условия, которые вызывают росу и иней. Они возникают чаще летними ночами, распро­странены пятнами над низинами и водоемами, имеют мощность десятки, реже сотни метров, днем обычно рассеиваются.

Высокие радиационные туманы (до высоты нескольких сотен метров) возникают при ус­тойчивой антициклональной погоде поздней осенью и зимой, когда охлаждение воздуха про­исходит постепенно и не только ночью, но и днем. Такие туманы развиваются сверху: под слоем инверсии скапливаются водяной пар и разные примеси, вследствие чего создаются благоприятные условия для его конденсации в виде слоистых облаков. Затем этот облачный слой опускается ниже, к земной поверхности, где и переходит в туман. Высокие радиацион­ные туманы охватывают большие пространст­ва и лучше сохраняются в течение несколь­ких суток, ослабевая днем и снова усилива­ясь ночью.

Адвективные туманы (туманы перемеще­ния) образуются при движении теплого воз­духа над холодной поверхностью. Они охваты­вают большие пространства, простираются до высот нескольких сотен метров, обычно про­должительны и существуют даже при сильных ветрах. Таковы туманы на западе материков умеренного пояса зимой, куда поступает теп­лый и влажный морской воздух, а также в Арктике летом, когда на охлажденную поверх-

ность воды и льда перемещается теплый воз­дух с юга.

Похожи на них по условиям формирования туманы смешения в местах встречи теплых и холодных морских течений и воздушных масс над ними. Таковы морские туманы, наблюда­ющиеся в течение всего года, но особенно ча­сто в начале лета при наибольшем темпера­турном контрасте течений, например в райо­не острова Ньюфаундленд при встрече Гольфстрима и Лабрадорского течения.

Туманы испарения возникают в тех слу­чаях, когда температура поверхности воды вы­ше температуры воздуха. При этом испаряю­щаяся влага поступает в холодный воздух и конденсируется. Эти туманы характерны зи­мой над незамерзающими морями, особенно над теплыми течениями, над полыньями на ре­ках и озерах.

Городские туманы свойственны крупным городам, где в воздух выбрасывается большое количество отходов промышленного производ­ства, служащих ядрами конденсации. Такие ту­маны, смешанные с дымом и выхлопными га­зами автотранспорта, называют смогами. Они особенно опасны в городах, расположенных в низинах.

Наибольшее в году число дней с тумана­ми (около 80) отмечается в Арктике, а также в местах встречи теплых и холодных течений.

Люди научились искусственно создавать ту­маны для защиты ценных растений от замо­розков или рассеивать их. Рассеивание тума­нов, затрудняющих взлет и посадку самоле­тов, осуществляется с помощью распыления хладореагентов, например «сухого льда» (твер­дого СО₂). В результате быстрого испарения он сильно охлаждает окружающий воздух, об­разуются ледяные кристаллы, которые выпа­дают в виде осадков на землю, «раскрывая» аэропорты.

Облака

Си

.1

//^//^//^//^//^^^

Рис. 42. Схема возникновения облаков конвекции (по С. П. Хромову)

Облака — видимое скопление капель во­ды и кристаллов льда на некоторой высоте в атмосфере (тропосфере). Облака образуются в результате конденсации и сублимации водя­ного пара вследствие адиабатического охлаж­дения воздуха при подъеме. Высота, на кото­рой начинается конденсация или сублимация водяного пара, называется уровнем конден­сации или сублимации. Он совпадает с ниж­ней границей облаков и зависит от первона­чальной температуры и относительной влаж­ности воздуха у земной поверхности.

Важной характеристикой облаков, опреде­ляющих возможное количество осадков, яв-

Рис. 43. Схема возникновения волнистых облаков (по С. П. Хромову)

ляется их водность — содержание в них воды в жидком и твердом виде (г/м³). Водность облаков зависит от абсолютной влажности воздуха, но всегда меньше ее, так как в жидкое и твердое состояние переходит лишь часть во­дяного пара.

Существует несколько классификаций об­лаков по разным признакам.

По физическому с о ста в у облака мо­гут быть водяные (капельные), ледяные (кри­сталлические) и смешанные, состоящие из переохлажденных капель и кристаллов. В теп-лое время года водяные облака образуются в нижних слоях тропосферы (при положитель­ных и отрицательных температурах до —10 °С), смешанные — в средних, ледяные — в верхних (при температурах ниже —30 °С). Между ними нет резких границ. В холодное время го-да при очень низких температурах облака пол­ностью ледяные. Водность водяных облаков |до 5 г/м³) больше, нежели ледяных (сотые или тысячные доли г/м³).

По внешней форме облака весьма разно-образны. В основу международной мор­фологической классификации о б л а к о в положено разделение их на четыре се­мейства по высоте их нижней границы и на десять родов по внешнему облику, которые, в свою очередь, подразделяются на виды и раз­новидности (табл. 1).

По характеру образования облака подразделяют на две группы: внутримассовое, возникающие внутри однородных воздуш­ных масс, и фронтальные — на границах между воздушными массами. Внутри них выделяются генетические типы.

К образованию внутримассовых облаков приводят такие процессы, как термическая и динамическая конвекция (конвективные обла­ка), волновые движения (волнистые облака) и турбулентное перемешивание воздуха (слоис­тые облака).

Облака термической конвекции образу­ются при интенсивном, но неоднородном на­греве подстилающей поверхности (рис. 42). Особенно контрастны условия нагрева в гор­ных странах, где склоны солнечной экспозиции получают тепла в десятки раз больше, чем теневые склоны. Над более нагретыми участ­ками развиваются восходящие движения воз-

Таблица 2 Морфологическая классификация облаков

 

Семейства	Роды облаков	Внешний облик облаков
А. Облака верхнего яруса - выше 6 км   з1таи5 (Сз)	I. Перистые – Сirrus (Сi)	Нитевидные, во­локнистые бе­лые
	II. Перисто-кучевые – Сirrocumulus (Сс)	Слои и гряды из мелких хлопьев и завитков, белые
	III. Перисто-сло-истые – Сirrostraus (Cs)	Прозрачная бе­лесая вуаль
Б. Облака среднего яруса — выше 2 км	IV. Высококучев- вые — Аltосumulus (Ас)	Пласты и гряды белого и серого цвета
	V. Высокослоис­тые — А1tоstrаtus (Аз)	Ровная пелена молочно-серого цвета
В. Облака нижнего яруса — до — 2 км VIII. Слоис­тые — 51та1и8 (51)	VI. Слоисто- дождевые Nimbostratus (Ns)	Сплошной, бес­форменный се­рый слой
	VII. Слоисто- ку­чевые — Stratocumulus (Sс)	Непросвечивае­мые слои и гря­ды серого цвета
	VII. Слоистые – Stratus (St)	Непросвечивае­мая пелена серо­го цвета
Г. Облака вертикального развития — от ниж­него до верхнего яруса	IX. Кучевые — Cumulus (Сu)	Клубы и купола ярко-белого цве­та, при ветре с разорванными краями
	X. Кучево-дождевые — Сumulonimbus (Сb)	Мощные кучево-образные массы темно- свинцово­го цвета

духа, над менее нагретыми — компенсирую­щие нисходящие. При этом важно, чтобы под­нимающаяся воздушная масса обладала неус­тойчивой стратификацией до уровня конденса­ции и не встречала на своем пути вверх задерживающего инверсионного слоя. Облака термической конвекции образуются весь год в экваториально-тропических широтах, причем над сушей они возникают днем, а над морем — в основном ночью. В умеренном поясе они возникают летом. Облака динамической кон-

Высота, км

/^/^/^^ 100 200 300 400 500 600 700 800 км

 

 

Рис. 44. Схема возникновения облаков восходящего сколь­жения (по С. П. Хромову)

векции образуются при встрече воздушного потока с горными хребтами и развиваются над их наветренными склонами. Все конвективные облака по внешнему виду кучевообразные, к ним относятся кучевые (Си) и кучево-дожде­вые (Сb) облака.

Волнистые (волнообразные) облака об­разуются в относительно устойчивых воздуш­ных массах, в антициклонах, характерны при инверсиях. Нижняя граница инверсионного слоя является поверхностью раздела между теплым и нижележащим холодным воздухом. На ней развиваются воздушные волны различ­ной высоты и длины, подобно волнам между воздухом и водой (рис. 43). Если уровень инверсии совпадает с уровнем конденсации, то на «гребнях» волн поднимающийся воздух дополнительно адиабатически охлаждается, возможна конденсация водяного пара и обра­зование облаков. В «ложбинах» между греб­нями воздух опускается, адиабатически нагре­вается, удаляется от состояния насыщения, образуются просветы голубого неба. Так формируются облака волнистой структуры, со­стоящие из валов и гряд. К ним относятся пе­ристо-кучевые (Сс), высококучевые (Ас) и слоисто-кучевые (Sс) облака.