Вода в атмосфере. Облака. Осадки

Влажность воздуха. В атмосфере всегда содержится то или иное количество воды, попадающей туда в результате испарений с поверхности Мирового океана, морей, озер, рек, болот. Испаря­ется вода с поверхности суши, со снежных покровов и ледников. В огромном количестве испаряют воду растения. В отдельных случаях поверхность леса испаряет воды не меньше, чем поверх­ность водоемов. Вода, поступившая в атмосферу, определяет ее влажное состояние.

Содержание водяного пара в атмосфере зависит от темпера­туры. Чем выше температура воздуха, тем больше удерживается влаги в нем. На метеорологических станциях влажность воздуха определяют гигрометрами и психрометрами, а для за­писи изменений влажного состояния воздуха используют гигро­граф.

Психрометр состоит из двух совершенно одинаковых термо­метров. У одного термометра резервуар обернут батистом и его кончик опущен в стакан с водой. С поверхности батиста испаря­ется вода. А при испарении происходит поглощение тепла, поэто­му смоченный термометр будет показывать, температуру ниже, чем сухой. Разница в показаниях смоченного и сухого термомет­ра больше в тех случаях, когда воздух суше, так как испарение находится в прямой зависимости от количества водяных паров в атмосфере. В тех случаях, когда в воздухе наблюдается насы­щение водяными парами, испарение прекращается и оба термо­метра показывают одинаковую температуру.

Основная часть в гигрометре — натянутый обезжиренный че­ловеческий волос. Когда влажность воздуха увеличивается, во­лос удлиняется, когда влажность уменьшается, волос укорачива­ется. Это изменение передается стрелке, которая на циферблате показывает влажность воздуха.

Количество водяных паров, содержащихся в воздухе в дан­ный момент при данной температуре, называют абсолютной влажностью и определяют ее при помощи психрометров.

Для характеристики влажности воздуха пользуются понятием относительная влажность. Это отношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе в данное время, к тому количеству, которое должен содержать воздух при насыщении. Когда воздух достигает насыщения водяными парами, тогда ве­личина относительной влажности равна 100%.

Относительная влажность воздуха находится в обратной за­висимости от температуры: чем выше температура, тем ниже от­носительная влажность воздуха. Поэтому в течение суток и года наблюдаются изменения относительной влажности. Так, напри­мер, в самый холодный месяц будет самая высокая относительная влажность, а в самый теплый самая низкая. В полярных странах относительная влажность велика, так как температура воздуха низка. В тропических странах, где наблюдаются самые высокие температуры, отмечается низкая относительная влаж­ность.

Что произойдет с водяными парами в воздухе, если темпера­тура его начнет понижаться?

Произойдет процесс конденсации водяных паров, т.е. переход воды из газообразного состояния в жидкое, а в отдель­ных случаях в твердое (в кристаллики льда). Так образуется в теплое время года роса. Охлаждаясь от поверхности земли, влажный воздух теряет возможность удерживать в себе водяные пары. Они начинают конденсироваться, на траве и листьях дере­вьев образуются капельки росы. Особенно сильные росы наблю­даются в августе, когда наступают прохладные ночи. При темпе­ратуре поверхности земли ниже 0° образуется иней.

В морозную тихую погоду наблюдается интересное явление, когда деревья, провода и другие предметы покрываются рыхлым налетом кристалликов льда. Это явление называют изморо­зью. Она образуется в холодное время при поступлении более теплого воздуха. Водяные пары, охлаждаясь, переходят в твер­дое состояние, образуются миллиарды мельчайших кристалликов льда, которые и осаждаются на различных предметах.

В приземных слоях атмосферы при конденсации водяных па­ров образуется бесчисленное множество мельчайших капель во­ды, которые настолько понижают видимость, что даже яркие предметы становятся невидимыми. Такое явление называют ту­маном. Туманы чаще образуются над низинами, болотами, в местах с богатой растительностью, над реками. Часты туманы и в крупных городах. Мельчайшие капельки воды об­разуются на крупинках пыли и на твердых части­цах, выброшенных из труб фабрик и заводов. Нередко эти части­цы представляют ядовитые химические соединения, они разруша­юще действуют на дыхательную систему человека и отравляют его. Такие ядовитые туманы называют смогом (часто бывают в Лондоне).

Облака. Процесс конденсации водяного пара в атмосфере приводит к образованию облаков, которые состоят из мельчай­ших капелек воды или кристалликов льда. Капли в облаках на­столько малы, что поддерживаются в атмосфере даже при не­больших восходящих потоках воздуха.

Формы облаков очень разнообразны, поэтому для изучения их классифицируют (объединяют в отдельные группы). В совре­менной классификации облаков учитывают их высоту и форму.

Основные типы облаков — перистые, слоистые и кучевые. Кроме того, часто встречаются в природе перисто-слоистые, слоисто-дождевые, слоисто-кучевые и др.

Разнообразие форм облаков зависит от условий их образова­ния. Так, кучевые облака образуются только в теплое время го­да при восходящих потоках воздуха. Нагреваясь от поверхности земли, воздух в виде струй поднимается вверх, на высоте он охлаждается, водяные пары начинают конденсироваться, образу­ются мельчайшие капельки воды, которые поддерживаются вос­ходящими потоками.

Облака образуют облачность, под которой понимают степень покрытия неба облаками. Облачность определяют по деся­тибалльной шкале (от 1 до 10 баллов).

Облачность на Земле распределяется зонально. Велика об­лачность в экваториальном поясе, более 7 баллов; в тропическом поясе она резко снижается, до 1—2 баллов. Например, в Асуане средняя годовая облачность равна 0,4 балла.

В умеренных широтах облачность вновь увеличивается. Наи­большая облачность отмечена на берегах Белого моря. К полю­сам облачность несколько уменьшается.

В России наименьшая облачность наблюдается в Средней Азии, где лето чаще всего безоблачное.

Осадки. Под атмосферными осадками понимают воду в твер­дом или жидком состоянии, выпавшую из облаков в виде дождя, снега, града или крупы.

Не каждая форма облаков выделяет осадки. Только три типа облаков дают осадки: высокослоистые, слоисто-дож­девые, кучево-дождевые. Эти облака состоят из мельчай­ших капелек воды, кристалликов льда и переохлажденной воды. В них быстрее укрупняются отдельные облачные элементы и под действием силы тяжести, преодолевая силу восходящих потоков, начинают падать на землю в виде дождя или снега.

Особый вид осадков — крупа и град. Снежная крупа представляет собой шарообразные снежные комочки диаметром от 2 до 5 мм, белого цвета, довольно легкие. Она образуется, когда снежинки из верхних частей облака опускаются в облач­ный слой с обилием мельчайших переохлажденных капель, со­единяясь с которыми снежинки быстро растут и в виде комочков падают на землю.

Град — особая форма ледяных осадков, выпадающих в теп­лое время года при грозах из кучево-дождевых облаков. Каждая градинка состоит из непрозрачной снежной сердцевины — ядра, покрытого оболочками. Размер градин колеблется от горошины до величины куриного яйца. Град образуется, когда ледяная кру­па попадает в мощный восходящий поток воздуха и высоко поднимается, а затем падает па землю. Падая вниз и проходя через облака, она покрывается ледяной коркой. Град чаще на­блюдается в горных областях, чем на равнинах. Он наносит огромный вред сельскому хозяйству.

Для измерения количества осадков пользуются осадкомером. Главная его часть — ведро, установленное на столбе таким образом, что верхний край ведра находится на высоте 2 м от по­верхности земли. Ведро меняют два paза в сутки. Количество осадков измеряют с помощью специального измерительного стакана.

Распределение осадков. Осадки на поверхности земли распре­деляются неравномерно. В пустыне Атакама (Южная Америка) есть местечко Икике, где по многолетним данным в год выпадает 1 мм осадков. Мало осадков выпадает в тропических пустынях, например в Ливийской пустыне (25—50 мм), а ведь 25 мм может испариться за один день. В России самым сухим ме­стом считают побережье Аральского моря, где количество осад­ков, выпадающих в год, не превышает 100 мм.

У подножия Гималаев в Черрапундже осадков выпадает еже­годно более 12 000 мм, причем осадки в течение года распреде­ляются неравномерно (зимние месяцы засушливы). 12 000 мм выпадает осадков и на Гавайских островах, а на склонах горы Камерун в Африке выпадает около 10 000 мм.

В России наибольшее количество осадков выпадает на склонах горы Ачишхо (район Батуми) — свыше 2500 мм.

Количество осадков зависит от температуры воздуха. Чем выше температура воздуха, тем больше в нем может содержать­ся водяных паров. Этой причиной объясняют малое количество осадков в полярных областях.

Наибольшее количество осадков выпадает в экваториальной полосе (от 5 до 20° с. и ю.ш.) — в среднем 1000—2000 мм. Воз­дух в экваториальной полосе содержит большое количество во­дяных паров. При низком давлении создаются условия для восхо­дящих потоков. Поднимаясь вверх, воздух охлаждается, водяные пары конденсируются, образуются кучево-дождевые облака, из которых в виде ливней выпадают осадки.

К северу и к югу от экваториальной полосы, где сохраняется в течение круглого года повышенное давление с нисходящими потоками воздуха, расположена сухая тропическая полоса, где осадков выпадает менее 250 мм. При нисходящих потоках воз­дух нагревается, поэтому нет условий для конденсации водяных паров. Кроме того, в этой зоне дуют пассаты из более высоких широт в более низкие, т.е. массы воздуха не охлаждаются, а нагреваются.

От сухой тропической полосы к северу в северном полушарии, к югу в южном полушарии расположены влажные полосы уме­ренных широт. Количество осадков, там увеличивается. В среднем в год выпадает 500 мм. В умеренных широтах в северном полу­шарии преобладают юго-западные ветры, а в южном полуша­рии — северо-западные. Эти потоки воздуха дуют из более низких широт в более высокие, в результате чего воздух охлаждается, водяные пары конденсируются и образуются облака. Кроме этого, в умеренных широтах происходит встреча холодных арк­тических масс воздуха с теплыми тропическими. В местах встре­чи образуются огромные воздушные вихри, в которых воздух поднимается вверх и охлаждается. Это также приводит к уве­личению количества осадков.

В полярных широтах количество осадков вновь уменьшается (до 200 мм).

В пределах поясов наблюдается неравномерное распределе­ние осадков. Наветренные склоны гор получают больше осадков. Например, на западных склонах Скандинавских гор выпадает более 1000 мм, а на восточных — менее 500 мм. То же можно отметить на Урале и в других горных областях.