Роса, иней, изморозь, гололед
Воздух, соприкасающийся с холодной почвой и наземными предметами, может охладиться до точки росы. При дальнейшем его охлаждении избыток пара начинает конденсироваться на поверхности охлажденных предметов. В зависимости от условий охлаждения образуются роса, иней, жидкий или твердый налет, кристаллическая изморозь. При оседании и последующем замерзании переохлажденных капель и при непосредственном оседании ледяных кристаллов на земной поверхности и наземных предметах образуется гололед или зернистая изморозь, которые называются продуктами наземной конденсации.
Роса, иней
Роса представляют собой жидкий осадок в виде капелек воды. Она образуется ночью, может образоваться вечером после захода, а иногда до захода Солнца, когда земная поверхность и находящиеся на ней предметы охлаждаются за счет излучения ниже точки росы прилегающего воздуха. При этом происходит конденсация водяного пара на почве и наземных предметах. При охлаждении земной поверхности роса может образоваться за счет испарения влаги из более глубоких и теплых слоев почвы. Тогда она отлагается на нижних поверхностях предметов.
Иней – белый кристаллический осадок. Образуется так же, как роса, но при температурах поверхности почвы и наземных предметов ниже 00С. Иней появляется обычно ночью или вечером, а зимой и днем. Отложение инея наблюдается в основном на горизонтальных или слегка наклоненных поверхностях. Кристаллы инея образуются путем сублимации водяного пара из воздуха, соприкасающегося с предметом. Иногда иней возникает при заморозках на почве. Он сам способствует увеличению ночного выхолаживания почвы из-за большой излучательной способности. Иней откладывается также на проводах при их радиационном охлаждении, причем снизу его слой меньше, чем сверху. Иней может образовываться при ветре до 5 м/сек, а зимой часто образуется на снежном покрове.
Иней может образоваться и при положительной температуре воздуха, но при охлаждении земной поверхности и наземных предметов ниже 00С, причем их температура должна быть ниже точки росы прилегающего воздуха.
Самые благоприятные условия для образования росы и инея = это ясные или малооблачные ночи и слабый ветер. Ясные ночи приводят к сильному радиационному выхолаживанию почвы, а слабый ветер постепенно подводит к ней новые порции влажного воздуха и уносит прежний осушенный воздух. При сильном ветре происходит слишком сильное перемешивание воздуха, но и при штиле обильной росы не образуется, т.к. при этом росу выделяет лишь тонкий слой атмосферы, непосредственно соприкасающийся с земной поверхностью и наземными предметами, и притока новых порций влажного воздуха не происходит.
Количество росы или инея, оседающих в единицу времени на единицу площади различных предметов, неодинаково. Сильно охлаждается ночью поверхность рыхлой почвы и образование росы и инея на такой почве происходит сильнее, чем на плотной. Темные и шероховатые почвы покрываются росой и инеем сильнее, чем гладкие и светлые. Поверхность растительного покрова охлаждается сильнее, чем почва, и поэтому обильнее покрывается росой и инеем. Под пологом леса роса образуется реже, а если образуется, то обычно на кронах деревьев, которые больше всего охлаждаются излучением.
Наиболее обильные роса и иней наблюдаются в местностях с повышенной влажностью воздуха. В долинах и котловинах, где температура воздуха ниже, чем в окружающей местности, роса отлагается интенсивнее. Роса и иней чаще всего образуются осенью, когда воздух остается еще достаточно влажным, а ночное выхолаживание из-за удлинения ночей уже становится значительным.
Роса имеет большое значение для жизни растений, т.к. является дополнительным источником влаги. Образование росы сопровождается выделением теплоты конденсации, что замедляет процесс выхолаживания и почва предохраняется от заморозков.
Изморозь, гололед
Зернистая изморозь – снеговидный рыхлый осадок матово-белого цвета. Образуется вследствие намерзания на предметах переохлажденных капель тумана. При соприкосновении с предметом капли замерзают очень быстро, не успевают потерять своей формы и дают снеговидное отложение, состоящее из отдельных не различимых глазом ледяных зерен. Зернистая изморозь растет на наветренных сторонах предметов и образуется при температуре от -2 до -70С, но может наблюдаться и при более низкой температуре. Зернистая изморозь отлагается преимущественно на ветках деревьев, проводах и других тонких предметах, толщина слоя изморози может достигать нескольких десятков сантиметров.
Наилучшие условия образования зернистой изморози создаются в горах при натекании слоистых облаков: на мачтах, установленных на вершинах гор, слой зернистой изморози мог достигать толщины более 1 м. при повышении температуры воздуха и укрупнении капель тумана плотность зернистой изморози увеличивается и она постепенно переходит в гололед.
Кристаллическая изморозь – белый осадок, состоящий из кристаллов льда тонкой структуры – образуется в результате сублимации водяного пара, поступающего в воздух при испарении капель тумана. При образовании на сучьях деревьев, проводах и антеннах кристаллическая изморозь имеет вид пушистых гирлянд, легко осыпающихся при встряхивании.
Плотность кристаллической изморози очень мала, а толщина не превышает в среднем 1 см, в редких случаях – несколько сантиметров. Кристаллическая изморозь в основном образуется в ночное время при безоблачном небе, когда в результате сильного радиационного охлаждения почвы и воздуха наблюдается туман или дымка. Наиболее часто она образуется при температуре воздуха о -11 до -250С, но может образовываться при более высокой, и более низкой температурах. При сильных морозах кристаллическая изморозь может образоваться и при отсутствии тумана или дымки – в результате сублимации водяного пара непосредственно из воздуха. При понижении температуры воздуха или повышении его относительной влажности, а также под воздействием ветра кристаллическая изморозь осыпается.
Гололед – слой прозрачного или мутного льда. Образуется на поверхности Земли, деревьях и других предметах чаще всего с наветренной стороны. Его образование вызвано выпадением переохлажденного дождя или мороси. При соприкосновении с земной поверхностью или наземными предметами, имеющих температуру ниже 00С, выпавшие переохлажденные капли замерзают, образуя гладкий слой прозрачного льда. Гололед также образуется при тумане с выпадением мороси при отрицательных температурах.
Чаше всего гололед наблюдается осенью или ранней весной при температурах воздуха от 0 до -50, но возможно его образование и при более низких температурах. Прозрачность гололеда зависит от величины капель, из которых он образуется, и от температуры воздуха. Чем меньше капли и чем ниже температура воздуха, тем меньше прозрачность. При очень мелких каплях и низких температурах гололед имеет малую плотность, приобретает матовый оттенок и по своему виду напоминает зернистую изморозь. Иногда на образовавшемся слое гололеда может происходить сублимация водяного пара и отложение зернистой изморози. В результате получается сложное непрозрачное обледенение.
Гололедица образуется при выпадении обыкновенного (не переохлажденного) дождя на поверхность, температура которой ниже 00С. Она представляет собой тонкий слой льда и существует непродолжительное время. При длительном выпадении дождя образовавшаяся корка льда тает.
Контрольные вопросы
1. Каковы причины и условия образования росы и инея?
2. При каких условиях происходит образование зернистой и кристаллической изморози?
3. Каковы причины и условия образования гололеда?
4. Какая разница между гололедом и гололедицей?
Тестовые вопросы
1. Роса образуется в результате:
A. Конденсации водяного пара. B. Сублимации водяного пара
C. Испарения водяного пара. D. Таяния снега
2. Зернистая изморозь образуется в результате:
A. Намерзания на предметах переохлажденных капель тумана. B. Таяние снега
C. Конденсация водяного пара. D. Сублимация водяного пара
3. Гололед образуется в результате:
A. Выпадения переохлажденного дождя или мороси.
B. Сублимация водяного пара
C. Выпадения обычного дождя на холодную поверхность
D. Таяние снега
4. Кристаллическая изморозь образуется в результате
A. Сублимации водяного пара. B. Замерзания капель тумана
C. Выпадения дождя. D. Выпадение мокрого снега.
5. В зависимости от условий охлаждения в воздухе, соприкасающимся с холодной почвой и наземными предметами, избыток пара начинает конденсироваться на поверхности охлажденных предметов. При этом не образуется
A. Снег. B. Роса. C. Иней. D. Жидкий или твердый налет
6. Когда роса не может образоваться?
A. Ночью. B. Днем. C. Вечером после захода Солнца. D. До захода Солнца
7. Роса, образовавшаяся за счет испарения влаги из более глубоких и теплых слоев почвы, при охлаждении земной поверхности отлагается на:
A. Деревьях. B. Плоских поверхностях.
C. Нижних поверхностях предметов. D. Крышах
8. Отложение инея наблюдается в основном на:
A. Деревьях. B. Крышах.
C. Нижних поверхностях предметов.
D. Горизонтальных или слегка наклоненных поверхностях
9. Самые благоприятные условия для образования росы и инея – это:
A. Ясные ночи и слабый ветер. B. Облачность. C. Дождь. D. Снег
10. Роса и иней чаще всего образуются:
A. Весной. B. Осенью. C. В начале лета. D. В конце весны
11. Зернистая изморозь растет на:
A. Плоских поверхностях. B. Нижних поверхностях предметов
C. Наветренных сторонах предметов. D. Крышах
12. Зернистая изморозь образуется при температуре:
A. Около 00С.B. от -11 до -250С. C. Ниже -250С. D. от -2 до -70С
13. Максимальная толщина слоя зернистой изморози может достигать:
A. Более 1 м. B. Нескольких метров.
C. Нескольких миллиметров. D. Нескольких сантиметров
14. Максимальная толщина слоя кристаллической изморози может достигать:
A. Более 1 м. B. Нескольких метров.
C. Нескольких миллиметров. D. Нескольких сантиметров
15. Наиболее часто кристаллическая изморозь образуется при температуре воздуха:
A. Около 00С. B. От -11 до -250С. C. Ниже -250С. D. От -2 до -70С
16. Гололед образуется на поверхности Земли, деревьях и других предметах чаще всего:
A. На плоских поверхностях. B. С нижней поверхности предметов
C. На крышах. D. С наветренной стороны предметов
17. Чаше всего гололед наблюдается осенью или ранней весной при температурах воздуха:
A. от 0 до -50, B. От -11 до -250С. C. Ниже -250С. D. От -7 до -110С
18. Гололедица образуется при выпадении обыкновенного (не переохлажденного) дождя на поверхность, температура которой:
A. От -11 до -250С. B. Ниже 00С. C. Ниже -250С. D. От -7 до -110С
Глоссарий
| На русском языке | На казахском языке | На английском языке |
| Роса | Шық | Dew |
| Иней | Қырау | Frost |
| Кристаллическая изморозь | Кристалды қырау | Crystal rime |
| Зернистая изморозь | Түйірлі қырау | Grainy rime |
| Гололед | Көктайғақ | Sleet |
| Гололедица | Мұздақ | Black ice |
Темы СРС
Использование сведений о массе гололеда и изморози в различные отраслях народного хозяйства. (Л1), стр.167-169, интернет-сайт (реферат)
Темы СРСП
Отрицательное влияние гололедно-изморозевых отложений на различные отрасли народного хозяйства Жидкий и твердый налет (вид гололедно-изморозевых отложений), (Л1), стр. 168-169 (конспект)
Основная литература
1. И.И. Гуральник, Г.П. Дубинский, В.В. Ларин, С.В. Мамиконова, Метеорология, Л, ГМИ, 1982
2. С.П. Громов, М.А. Петросянц, Метеорология и климатология, М, И «Наука», 2006
Дополнительная литература
1. Наставления ГМС и постам, часть I, Алматы, 2002
2. Атлас обледенения облаков, РГП «Казгидромет», Алматы, 2006
Лекции № 15. Туман, дымка
Туман и дымка – это результат конденсации водяного пара в непосредственной близости к земной поверхности, т.е. в приземном слое атмосферы.
Туман – это совокупность взвешенных в воздухе капель воды или кристаллов льда, ухудшающих метеорологическую дальность видимости Sм до значений менее 1 км. При видимости от 1 до 10 км эта совокупность называется дымкой.
При положительных температурах туман состоит из капелек воды радиусом в среднем 2-5 мкм (микрометра), а при отрицательных – из переохлажденных капелек воды, ледяных кристаллов или замерзших капель. Капельки воды, образующие дымку, имеют радиус менее 1 мкм. При укрупнении капель дымка может перейти в туман, а при испарении туман может перейти в дымку.
Видимость в тумане зависит от размеров образующих его капель или кристаллов и от водности тумана. Водностью называется количество жидкой или твердой воды, содержащейся в 1м3 воздуха. На водность туманов оказывает влияние температура: при положительной она много больше, чем при отрицательной.
Туман обычно образуется тогда, когда парциальное давление водяного пара в слое атмосферы, прилегающем к Земле, больше давления насыщенного пара. Если имеются активные ядра конденсации или сильные морозы, туман может образоваться при относительной влажности воздуха менее 100%.
По физическим условиям образования туманы делятся на туманы охлаждения; туманы, не связанные с охлаждением и туманы, связанные с деятельностью человека.
Туманы охлаждения
Такие туманы образуются в результате понижения температуры воздуха, прилегающего к земной поверхности, ниже точки росы. Это происходит в результате:
а) радиационного излучения;
б) натекания теплого воздуха на более холодную поверхность;
в) подъема воздуха по склону холма или горы.
В соответствии с этим туманы охлаждения делят на радиационные, адвективные и туманы склонов.
Радиационные туманы образуются в результате радиационного охлаждения почвы, от которой затем охлаждается прилегающий к ней воздух. Постепенно охлаждение передается в более высокие слои. Благоприятными условиями для образования радиационных туманов являются:
1. Достаточная относительная влажность. Если пар, содержащийся в воздухе, далек от насыщения, то даже при значительном охлаждении туман не образуется.
2. Ясная или малооблачная погода. При этом наблюдается большое эффективное излучение, и создаются хорошие условия для охлаждения почвы и прилегающего к ней слоя атмосферы.
3. Слабый ветер. При ветре 1-2 м/сек, небольшая турбулентность способствует охлаждению воздуха от деятельной поверхности. Сильный ветер увеличивает турбулентность и при нем радиационные туманы, как правило, не образуются.
Вертикальная протяженность (высота) радиационных туманов зависит от степени охлаждения воздуха. Если ниже точки росы охлаждается только самый нижний слой атмосферы, то образуется низкий туман. Такой туман обычно связан с приземной инверсией, которая тоже возникает из-за охлаждения воздуха от деятельной поверхности. Высота такого тумана может меняться от нескольких метров до 100 м, иногда стелется над Землей слоем толщиной менее 2 м и называется поземным. Поземные туманы носят местный характер, захватывают небольшие районы и распространяются пятнами.
В образовании низких радиационных туманов большую роль играют местные условия: в низинах и оврагах, где создаются наиболее благоприятные условия для охлаждения воздуха. Такие же условия возникают при густом растительном покрове. Радиационные туманы часто возникают после выпадения дождя и последующего прояснения, сохраняющегося в ночное время. Низкие радиационные туманы наблюдаются чаще всего в вечерние, ночные или утренние часы, причем, чем ближе водяной пар к состоянию насыщения, тем раньше образуется туман. После восхода Солнца приземная инверсия разрушается и поземный туман рассеивается.
Поздней осенью или зимой при установлении ясной погоды радиационное охлаждение воздуха происходит не только ночью, но и днем. Поэтому значительно повышается уровень атмосферы, до которого распространяется охлаждение воздуха от деятельной поверхности. Туман при этом может достигать высоты несколько сотен метров. Такой туман называется высоким. Этот туман начинает развиваться сверху: в начале в виде облачного слоя, возникающего под слоем приподнятой инверсии, где происходит накопление водяного пара и различных примесей, т.е. создаются хорошие условия для конденсации; затем этот слой облаков опускается ниже, к земной поверхности, где переходит в туман.
Высокий радиационный туман занимает большие территории, может сохраняться в течение многих суток, лишь ослабевая днем и усиливаясь к ночи.
Адвективные туманы образуются при движении теплого воздуха над холодной деятельной поверхностью. Они простираются до высоты нескольких сотен метров и занимают большие пространства.
Причины возникновения адвективных туманов:
1. Перемещение тропического (особенно морского) воздуха в более высокие широты. Этот вид туманов чаще всего наблюдается в холодное время года, плотность их у Земли небольшая, но увеличивается с высотой.
2. Перемещение теплого континентального воздуха на более холодную поверхность моря. Такие туманы наблюдаются летом. При изменении направления ветра они могут переместиться на побережье. Продолжительность их сильно зависит от контраста температур воды и материка.
3. Перемещение теплого морского воздуха на более холодную поверхность материка. Такие туманы называются приморскими, но могут проникать на сотни километров в глубь континента.
4. Перемещение воздуха с теплой поверхности на холодную. Такие туманы образуются в местах встречи холодных и теплых морских течений. Называются они морскими. Такие туманы могут возникать в течение всего года. Наиболее часто они возникают в начале лета, когда между морскими течениями имеется наибольший температурный контраст.
Адвективные туманы образуются в любое время суток при значительных и даже штормовых скоростях ветра.
Туманы склонов образуются из-за адиабатического охлаждения воздуха при его спокойном подъеме по склонам гор. При более интенсивных восходящих движениях воздуха образуется уже не туман, а кучевые облака.
Туманы, не связанные с охлаждением
К ним относятся туманы испарения и туманы смешения.
Туманы испарения наблюдаются в тех случаях, когда температура поверхности воды выше температуры прилегающего воздуха. Их образование обусловлено охлаждениеми конденсацией пара, поступающей с водной поверхности в воздух. Испарение при этом происходит при относительной влажности воздуха 100% и более.
Туманы испарения образуются осенью над реками и озерами. В холодное время года они возникают над незамерзающими заливами морей, а также над полыньями между льдов. Наилучшими условия для образования таких туманов создаются тогда, когда воздух, сильно охлажденный над сушей, спокойно натекает на более теплую поверхность воды.
Туманы испарения над болотами, реками и небольшими озерами при слабых морозах редко бывают интенсивными и располагаются низко, в слое высотой менее 2 м. над влажной почвой. Туман испарения возникает только в дневное время, когда температура поверхности почвы выше температуры воздуха. Ночью, когда почва из-за радиационного выхолаживания охлаждается, туман испарения исчезает, но может образоваться радиационный туман.
Особым случаем тумана испарения является фронтальный туман, который может образоваться перед прохождением теплого фронта и перемещается вместе с этим фронтом. Фронтальный туман образуется, когда водяной пар достигает состояния насыщения за счет испарения фронтальных осадков.
Туманы смешения образуются при перемешивании двух масс воздуха, имеющих различную температуру и содержащих водяной пар, близкий к состоянию насыщения. Такие туманы чаще всего образуются на берегах морей и озер при большом контрасте температур воздуха над сушей и водой и при слабом ветре.
Туманы, вызванные деятельностью человека
К антропогенным туманам относятся городские и морозные (печные) туманы, а также специально создаваемые искусственные туманы для борьбы с заморозками.
Городские туманы. В крупных городах, где в воздух выбрасываются в большом количестве отходы промышленного производства, образуются городские туманы, не распространяющиеся далеко за пределы города. Своим появлением они обязаны большому количеству активных ядер конденсации, при наличии которых конденсация может начаться уже при относительной влажности 75-95%. Чаще всего такие туманы образуются утром, когда водяной пар содержащийся в воздухе, близок к состоянию насыщения.
Городские туманы приобретают иногда темную окраску из-за наличия в каплях частичек дыма, сажи и других примесей. Интенсивность таких туманов увеличивается в связи с тем, что частички примесей сильно излучают и охлаждаются. Чаще всего такие туманы наблюдаются зимой, носят радиационный характер и больше всего наблюдаются в больших городах и промышленных центрах, чем за городом. По мере увеличения числа промышленных предприятий повторяемость городских туманов растет. В крупных промышленных центрах нередко возникают сильные и опасные туманы, смешанные с дымом и выхлопными газами автомобилей. Такие туманы называются смогами.
Морозные (печные) туманы. Зимой при низких температурах воздуха и при наличии приземной инверсии часто наблюдаются туманы над небольшими населенными пунктами. Они обычно возникают утром, когда в воздух начинает поступать большое количество ядер конденсации вместе с дымом от топки печей, с чем и связано название этих туманов. Они быстро приобретают значительную плотность. Днем при повышении температуры они рассеиваются или ослабевают, но вновь усиливаются к вечеру. Иногда такие туманы удерживаются по несколько суток.
Суточный и годовой ход туманов
Максимум повторяемости туманов наблюдается в ночные часы, т.к. в это время наиболее благоприятные условия для возникновения радиационных туманов, а минимум – после полудня, когда относительная влажность воздуха наименьшая.
Годовой ход тумана зависит от географических условий. Над континентами туманы чаще всего образуются осенью, а над морями и океанами – весной, когда водная поверхность наиболее холодная. Туманы уменьшают эффективное излучение деятельной поверхности и этим могут оказывать полезное действие на растения, препятствуя их чрезмерному охлаждению ночью. Вредное действие туманов заключается, прежде всего, в затруднении работы всех видов транспорта.
Контрольные вопросы
1. Как классифицируются туманы по условиям образования?
2. При каких условиях образуются радиационные туманы?
3. Каковы причины образования адвективных туманов?
4. Какие существуют типы адвективных туманов?
5. Каковы причины возникновения городских туманов?
Тестовые вопросы
1. Видимость при тумане ухудшается до значений:
A. Менее 1000 м. B. От 1000 до 2000 м
C. От 1500 до 2000 м. D. 1000-1200 м
2.Количество жидкой или твердой воды, содержащейся в 1м3 воздуха, называется:
A. Сыростью. B. Водностью C. Влажностью. D. Дождем
3. Совокупность взвешенных в воздухе капель воды или кристаллов льда, ухудшающих метеорологическую дальность видимости Sм до значений менее 1 км, это:
A. Смог. B. Морось. C. Туман D. Дымка
4. Совокупность взвешенных в воздухе капель воды или кристаллов льда при метеорологической дальность видимости Sм от 1 до 10 км, это:
A. Смог. B. Морось. C. Туман D. Дымка
5. При положительных температурах туман состоит из капелек воды радиусом в среднем:
A. 2-5 мкм (микрометра). B. Менее 1 мкм. C. 2-5 мм. D. 1 см
6. Капельки воды, образующие дымку, имеют радиус:
A. 2-5 мкм (микрометра). B. Менее 1 мкм. C. 2-5 мм. D. 1 см
7. На водность туманов оказывает влияние:
A. Ветер. B. Давление. C. Температура. D. Влажность
8. При наличии активных ядер конденсации или сильных морозах, туман может образоваться с относительной влажностью воздуха:
A. 50-60%. B. Более 100%. C. 30-50%. D. Менее 100%.
9. Каких видов туманов охлаждения не бывает?
A. Радиационных. B. Морозных. C. Адвективных. D. Туманов склонов
10. Не благоприятными условиями для образования радиационных туманов являются:
A. Высокая относительная влажность. B. Ясная или малооблачная погода.
C. Снег. D. Слабый ветер
11. При движении теплого воздуха над холодной деятельной поверхностью образуются:
A. Городские туманы. B. Морозные туманы.
C. Туманы испарения. D.Адвективные туманы
12. В тех случаях, когда температура поверхности воды выше температуры прилегающего воздуха, наблюдаются:
A. Туманы испарения.B. Городские туманы.
C. Морозные туманы. D. Адвективные туманы
13. К антропогенным туманам не относятся
A. Городские. B. Адвективные. C. Морозные. D. Искусственные
14. Максимум повторяемости радиационных туманов наблюдается:
A. Вечером. B. Утром. C. В ночные часы. D. После полудня
15. Минимум повторяемости туманов наблюдается:
A. Вечером. B. Утром. C. В ночные часы. D. После полудня
Глоссарий
| На русском языке | На казахском языке | На английском языке |
| Туман | Тұман | Fog |
| Дымка | Буалдыр | Haze |
| Классификация | Топтастыру | Classification |
| Адвекция | Адвекция | Advection |
| Радиация | Радиация | Radiation |
| Микрометр | Микрометр | Micrometer |
| Водность | Сулылық | Water content |
| Полынья | Жылым | Glade |
Темы СРС
Методы искусственного создания и рассеяния туманов, (Л1), стр.185-187, (реферат)
Темы СРСП
Градация и видимость при туманах и дымке (Л1), стр. 179, (таблица), (Л1д), стр.282-284
Основная литература
1. И.И. Гуральник, Г.П. Дубинский, В.В. Ларин, С.В. Мамиконова, Метеорология, Л, ГМИ, 1982
2. С.П. Громов, М.А. Петросянц, Метеорология и климатология, М, И «Наука», 2006
Дополнительная литература
1. Наставления ГМС и постам, часть I, Алматы, 2002
Лекция № 16. Облака. Состав и строение облаков
Введение
Облаком называется видимое скопление продуктов конденсации или сублимации водяного пара на некоторой высоте. Из облаков выпадают осадки, в них возникают грозы, они влияют на приток лучистой энергии к деятельной поверхности и тем самым на температурный режим почвы, водоемов и воздуха. Облака отличаются большим разнообразием форм и физического строения. В зависимости от горизонтальных размеров областей, охваченных вертикальными движениями, от интенсивности восходящих движений, от термических и других факторов образуются облака, различные по внешнему виду и внутреннему строению.
В зависимости от условий образования все облака разделяются на три класса.
1. Кучевообразные – сильно развитые по вертикали облака, но имеющие сравнительно небольшую горизонтальную протяженность. Образуются они в результате интенсивных восходящих (конвективных) движений воздуха.
2. Волнистообразные – слой облаков, имеющих большую горизонтальную протяженность и вид «барашков», валов или гряд. Образуются они в результате волновых движений в атмосфере.
3. Слоистообразные – слой облаков в виде сплошной пелены, горизонтальная протяженность которых в сотни раз превосходит их вертикальные размеры. Образуются они в результате медленных, плавных восходящих движений воздуха, в частности, над фронтальными поверхностями. Но они могут быть и внутримассовыми.
Высота облаков и их строение зависят от положений уровней конденсации, нулевой изотермы, замерзания и конвекции.
Уровень конденсации практически совпадает с нижней границей облаков. Между уровнем конденсации и уровнем нулевой изотермы облако состоит из водяных капель, а в отдельных случаях из тающих снежинок.
Выше уровня нулевой изотермы облака состоят из переохлажденных водяных капель, которые наблюдаются в облаках до уровня замерзания.
Уровень замерзания располагается в среднем на той высоте, где температура воздуха составляет от -12 до -17°С. Выше этого уровня о6лака состоят в основном из ледяных кристаллов.
В облаке не существует резкой границы между областями с жидкими и твердыми частицами воды. Возможны переходы частиц из одной области в другую. Существуют также мощные переходные слои, в которых одновременно могут присутствовать переохлажденные капельки и ледяные кристаллы.
На рисунке приведена схема строения облака (по Б. В. Кирюхину и Л. Г. Качурину), на которой представлен вертикальный разрез мощного облака. Его основание расположено в области положительных температур, а вершина — в области отрицательных температур, т. е. захватывает зону ледяных кристаллов. Положение верхней границы облака определяется уровнем конвекции, чаще всего совпадающим с нижней границей какого-либо задерживающего слоя. Капли и кристаллы; составляющие облако, не остаются постоянно во взвешенном состоянии. Восходящими движениями воздуха они могут увлекаться вверх, при ослаблении восходящих движений они под действием силы тяжести опускаются вниз. При таких движениях воздуха в облаке изменяются его температура и относительная влажность, а потому изменяется и. агрегатное состояние облачных частиц. Под действием ветра облака перемещаются в горизонтальном направлении и в них часто развивается турбулентное перемешивание. Вокруг облака водяной пар в воздухе обычно не насыщен. Поэтому на периферии-облака капли и кристаллы непрерывно испаряются и пар переносится в окружающий воздух. Однако вследствие восходящих движений воздуха облако непрерывно получает дополнительный приток пара, за счет чего и поддерживается его существование. Таким образом, в одних своих частях облако развивается, а в других разрушается. Облака могут располагаться лишь в тех слоях атмосферы, в которых имеются благоприятные условия для их существования. При отсутствии таких условий облака растекаются или испаряются.
Схема строения облака (по Б. В. Кирюхину и Л. Г. Качурину).
Состав облаков
По составу облака делятся на три группы:
водяные (жидко-капельные), состоящие из капель воды; при отрицательных температурах они состоят из переохлажденных капель;
ледяные (кристаллические), состоящие из ледяных кристаллов;
смешанные, состоящие из смеси переохлажденных водяных капель и ледяных кристаллов.
Водяные облака в теплое время года в умеренных широтах располагаются в основном в нижней части тропосферы, смешанные — в средней ее части, ледяные — в верхней. В холодное время года при очень низких температурах воздуха и земной поверхности ледяные облака могут возникать и в нижней тропосфере.
Размеры капель в облаках определяются микрофотографированием. Размеры капель в облаках колеблются в широких пределах. Капли, составляющие облако в период его образования, имеют диаметр 5—50 мкм, т. е. такой же, как и капли тумана. В процессе развития в облаке образуются капли диаметром около 50—200 мкм (морось), которые начинают медленно падать. В дальнейшем диаметр капель может увеличиваться до 500— 5000 мкм (дождевые капли).
Основной формой твердых облачных частиц является шестигранная призма. Такие частицы называются полными кристаллами. Они существуют лишь в том случае, когда сублимация пара происходит медленно и спокойно. Шестигранные призмы, имеющие малую высоту по сравнению с площадью основания, называются ледяными пластинами Кристаллы, сильно развитые в высоту, но с малой площадью основания, называются ледяными столбиками. Существуют и более сложные кристаллы в виде частичек неправильной формы. Могут возникать кристаллы в виде ледяных игл, строение которых соответствует строению лучей игольчатых звезд
При интенсивной сублимации происходит быстрый рост ледяных пластинок на их углах. При этом получаются различные формы шестилучевых звездочек, называемые скелетами или снежинками.
По фазовому состоянию облаков: в умеренных широтах при температуре —15°С водяные и смешанные облака составляют около 60 % всех наблюдающихся облаков, а кристаллические – 40 %; при температуре — 40 °С соответственно 5 и 95 %. Таким образом, при отрицательных температурах встречаются облака в различных фазовых состояниях. Но с понижением температуры доля кристаллических облаков возрастает, а доля смешанных убывает.
Важной характеристикой облака является его водность. Водностью облака называется количество воды, содержащейся в 1 м3 облака. Определение водности облаков производится самолетным методом непосредственного измерения водности при полете в облаке. Водность облаков, состоящих из мелких капель, не превышает 1 г/м3 и чаще всего составляет 0,2—0,4 г/м3. В центральной части развитых кучевых облаков водность равна 2-4 г/м3, а в кучево-дождевых облаках она может достигать 4-5 г/м3. Водность ледяных облаков не превышает 0.02г/ м3. В смешанных облаках она составляет 0.2-0.3 г/ м3
Видимость в облаках зависит от рода частиц, их размера и числа в единице объема:. в водяных облаках она не превышает 50 м, а в некоторых случаях понижается до 5 м; в ледяных облаках – составляет 300-1000 м, а иногда может превышать и 1000 м.
Состав облаков
По составу облака делятся на три группы:
водяные (жидко-капельные), состоящие из капель воды. При отрицательных температурах они состоят из переохлажденных капель;
ледяные (кристаллические), состоящие из ледяных кристаллов;
смешанные, состоящие из смеси переохлажденных водяных капель и ледяных кристаллов.
Водяные облака в теплое время года в умеренных широтах располагаются в основном в нижней части тропосферы, смешанные — в средней ее части, ледяные — в верхней. В холодное время года при очень низких температурах воздуха и земной поверхности ледяные облака могут возникать и в нижней тропосфере.
Размеры капель в облаках определяются микрофотографированием. Размеры капель в облаках колеблются в широких пределах. Капли, составляющие облако в период его образования, имеют диаметр 5—50 мкм, т. е. такой же, как и капли тумана. В процессе развития в облаке образуются капли диаметром около 50—200 мкм (морось), которые начинают медленно падать. В дальнейшем диаметр капель может увеличиваться до 500— 5000 мкм (дождевые капли).
Основной формой твердых облачных частиц является шестигранная призма. Такие частицы называются полными кристаллами. Они существуют лишь в том случае, когда сублимация пара происходит медленно и спокойно. Шестигранные призмы, имеющие малую высоту по сравнению с площадью основания, называются ледяными пластинами Кристаллы, сильно развитые в высоту, но с малой площадью основания, называются ледяными столбиками. Существуют и более сложные кристаллы в виде частичек н