Образование облаков. Как формируются облака

При конденсации водяного пара в атмосфере на высоте от нескольких десятков до сотен метров и даже километров образуются облака.

Это происходит в результате испарения водяного пара с поверхности Земли и его поднятия восходящими потоками теплого воздуха. В зависимости от своей температуры облака состоят из капелек воды или кристалликов льда и снега. Эти капли и кристаллы настолько малы, что их удерживают в атмосфере даже слабые восходящие потоки воздуха.

Форма облаков очень разнообразна и зависит от многих факторов: высоты, скорости ветра, влажности и т. д. Вместе с тем можно выделить группы облаков, сходных по форме и высоте. Наиболее известны из них кучевые, перистые и слоистые, а также их разновидности: слоисто-кучевые, перисто-слоистые, слоисто-дождевые и др. Облака, перенасыщенные водяным паром, имеющие темно-фиолетовый или почти черный оттенок, называют тучами.

Степень покрытия неба облаками, выраженную в баллах (от 1 до 10), называют облачностью.

Высокая степень облачности предвещает, как правило, выпадение осадков. Их выпадение наиболее вероятно из высокослоистых, кучево-дождевых и слоисто-дождевых облаков.

Воду, выпавшую в твердом или жидком состоянии в виде дождя, снега, града или сконденсировавшуюся на поверхности различных тел в виде росы, инея, называют атмосферными осадками.

Дождь образуется тогда, когда мельчайшие капельки влаги, содержащиеся в облаке, сливаются в более крупные и, преодолевая силу восходящих потоков воздуха, под действием силы тяжести выпадают на Землю. Если в облаке оказываются мельчайшие частицы твердых тел, например пыль, то процесс конденсации ускоряется, поскольку пылинки играют роль ядер конденсации.

В пустынных районах при низкой относительной влажности конденсация водяного пара возможна только на большой высоте, где температура ниже, однако дождинки, не долетая до земли, испаряются в воздухе. Это явление получило название сухих дождей.

Если конденсация водяного пара в облаке происходит при отрицательных температурах, образуются осадки в виде снега.

Иногда снежинки из верхних слоев облака опускаются в нижнюю его часть, где температура выше и содержится огромное количество переохлажденных капель воды, удерживаемых в облаке восходящими потоками воздуха. Соединяясь с капельками воды, снежинки теряют форму, вес их увеличивается, и они выпадают на землю в виде снежной пурги - шарообразных снежных комочков диаметром 2-3 мм.

Необходимое условие образования града - наличие облака вертикального развития, нижний край которого находится в зоне положительных, а верхний - в зоне отрицательных температур (рис. 36). При этих условиях образовавшаяся снежная пурга восходящими потоками поднимается в зону отрицательных температур, где превращается в льдинку шарообразной формы - градину. Процесс поднятия и опускания градины может происходить многократно и сопровождаться увеличением ее массы и размера. Наконец градина, преодолевая сопротивление восходящих потоков воздуха, выпадает на землю. Градины неодинаковы по размеру: они могут быть величиной от горошины до куриного яйца.

Рис. 36. Схема образования града в облаках вертикального развития

Количество атмосферных осадков измеряют с помощью осадкомера. Многолетние наблюдения за количеством выпадающих осадков позволили установить общие закономерности их распространения по поверхности Земли. Наибольшее количество осадков выпадает в экваториальной полосе - в среднем 1500-2000 мм. В тропиках количество их снижается до 200-250 мм. В умеренных широтах происходит увеличение выпадающих осадков до 500-600 мм, а в полярных областях количество их не превышает 200 мм в год.

В пределах поясов также наблюдается значительная неравномерность в выпадении осадков. Она обусловлена направлением ветров и особенностями рельефа местности. Например, на западных склонах Скандинавских гор выпадает 1000 мм осадков, а на восточных - в два с лишним раза меньше. Есть на Земле места, где осадки практически отсутствуют. Например, в пустыне Атакама осадки выпадают раз в несколько лет, а по многолетним данным, величина их не превышает 1 мм в год. Очень сухо и в Центральной Сахаре, где среднее ежегодное количество осадков менее 50 мм.

В то же время в некоторых местах выпадает гигантское количество осадков. Например, в Черрапунджи - на южных склонах Гималаев их выпадает до 12 000 мм, а в отдельные годы - до 23 000 мм, на склонах горы Камерун в Африке - до 10 000 мм.

Такие осадки, как роса, иней, туман, изморозь, гололед, образуются не в верхних слоях атмосферы, а в ее приземном слое. Охлаждаясь от поверхности Земли, воздух уже не может удерживать водяной пар, он конденсируется и оседает на окружающих предметах. Так образуется роса. При температуре предметов, расположенных у поверхности Земли, ниже 0 °C образуется иней.

При наступлении более теплого воздуха и его соприкосновении с холодными предметами (чаще всего проводами, ветками деревьев) выпадает изморозь - налет рыхлых кристалликов льда и снега.

При концентрации водяных паров в приземном слое атмосферы образуется туман. Особенно часты туманы в крупных промышленных центрах, где капельки воды, сливаясь с пылью и газами, образуют ядовитую смесь - смог.

Когда температура поверхности Земли ниже 0 °C, а из более верхних слоев выпадают осадки в виде дождя, начинается гололедица. Смерзаясь в воздухе и на предметах, капельки влаги образуют ледяную корку. Иногда льда так много, что под его тяжестью рвутся провода, ломаются ветки деревьев. Особенно опасна гололедица на дорогах и зимних пастбищах. Похож на гололедицу гололед. Но он формируется иначе: на землю выпадают жидкие осадки, а при понижении температуры ниже 0 °C вода на земле замерзает, образуя скользкую ледяную пленку.

| |
§ 33. Вода в атмосфере § 35. Давление атмосферы

Кучевые облака - плотные, днём ярко-белые облака со значительным вертикальным развитием. Связаны с развитием конвекции в нижней и частично средней тропосфере.

Чаще всего кучевые облака возникают в холодных воздушных массах в тылу циклона, однако нередко наблюдаются и в тёплых воздушных массах в циклонах и антициклонах (кроме центральной части последних).

В умеренных и высоких широтах наблюдаются преимущественно в тёплое время года (вторая половина весны, лето и первая половина осени), а в тропиках круглогодично. Как правило, возникают в середине дня и разрушаются к вечеру (хотя над морями могут наблюдаться и ночью).

Виды кучевых облаков:

Кучевые облака - плотные и хорошо развиты по вертикали. Они имеют белые куполообразные или кучевообразные вершины с плоским основанием сероватого или синеватого цвета. Очертания резкие, однако при сильном порывистом ветре края могут становиться разорванными.

Кучевые облака располагаются на небе в виде отдельных редких или значительного скопления облаков, закрывающих почти всё небо. Отдельные кучевые облака обычно разбросаны беспорядочно, но могут образовывать гряды и цепочки. При этом их основания находятся на одном уровне.

Высота нижней границы кучевых облаков сильно зависит от влажности приземного воздуха и составляет чаще всего от 800 до 1500 м, а в сухих воздушных массах (особенно в степях и пустынях) может составлять 2-3 км, иногда даже 4-4,5 км.

Причины образования облаков. Уровень конденсации (точка росы)

В воздухе атмосферы всегда содержится некоторое количество водяного пара, который образуется в результате испарения воды с поверхности суши и океана. Скорость испарения зависит прежде всего от температуры и ветра. Чем выше температура и больше емкость пара, там сильнее испарение.

Воздух может принимать водяной пар до известного предела, пока не станет насыщенным . Если насыщенный воздух нагреть, он вновь приобретет способность принимать водяной пар, т. е. опять станет ненасыщенным . При охлаждении ненасыщенного воздуха он приближается к насыщению. Таким образом, способность воздуха содержать в себе большее или меньшее количество водяного пара зависит от температуры

Количество водяного пара, которое содержится в воздухе в данный момент (в г на 1 м3), называют абсолютной влажностью .

Отношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе в данный момент к тому их количеству, которое он может вместить при данной температуре, называется относительной влажностью и измеряется в процентах.

Момент перехода воздуха от ненасыщенного состояния к насыщенному называют точкой росы (уровнем конденсации). Чем ниже температура воздуха, тем меньше он может содержать водяного пара и тем выше относительная влажность. Это означает, что при холодном воздухе быстрее наступает точка росы.

При наступлении точки росы, т. е. при полном насыщении воздуха водяным паром, когда относительная влажность приближается к 100 %, происходит конденсация водяных паров – переход воды из газообразного состояния в жидкое.

При конденсации водяного пара в атмосфере на высоте от нескольких десятков до сотен метров и даже километров образуются облака .

Структура кучевого облака венчающего активный ТВП

Воздушные потоки в кучевых облаках

Термический поток представляет собой столб поднимающего воздуха. Поднимающийся теплый воздух замещается холодным воздухом сверху и по краям воздушного потока образуются зоны нисходящего движения воздуха. Чем сильнее поток, т.е. чем быстрее поднимается теплый воздух – быстрее происходит замещение и тем быстрее опускается по краям холодный воздух.

В облаках эти процессы, естественно, продолжаются. Теплый воздух поднимается вверх, охлаждается и конденсируется. Капельки воды вместе с холодным воздухом сверху опускаются вниз, замещая теплый. В результате образуется вихревое движение воздуха с сильным подъемом в центре и столь же сильным нисходящим движением по краям.

Образование грозовых облаков. Жизненный цикл грозового облака

Необходимыми условиями для возникновения грозового облака является наличие условий для развития конвекции или иного механизма, создающего восходящие потоки, запаса влаги, достаточного для образования осадков, и наличия структуры, в которой часть облачных частиц находится в жидком состоянии, а часть - в ледяном. Существуют фронтальные и местные грозы: в первом случае, развитие конвекции обусловлено прохождением фронта, а во втором – неравномерным прогревом подстилающей поверхности внутри одной воздушной массы.

Можно разбить жизненный цикл грозового облака на несколько стадий:

формирование кучевой облачности и ее развитие вследствие неустойчивости местной воздушной массы и конвекции: формирование кучево-дождевой облачности;
максимальная фаза развития кучево-дождевого облака, когда наблюдаются наиболее интенсивные осадки, шквалистый ветер во время прохождения грозового фронта, а также наиболее сильная гроза. Для этой фазы также характерны интенсивные нисходящие движения воздуха;
разрушение грозового шторма (разрушение кучево-дождевой облачности), уменьшение интенсивности осадков и грозы вплоть до их прекращения).

Итак, остановимся более подробно на каждом из этапов развития грозы.

Формирование кучевой облачности

Допустим, в результате прохождения фронта или интенсивного нагрева подстилающей поверхности солнечными лучами, возникает конвекционное движение воздуха. При неустойчивости атмосферы теплый воздух подниматься вверх. Поднимаясь вверх, воздух адиабатически охлаждается, достигая определенной температуры, при которой начинается конденсация влаги, содержащейся в нем. Начинается формирование облаков. При конденсации наблюдается выделение тепловой энергии, достаточной для дальнейшего подъема воздуха. При этом наблюдается развитие кучевого облака по вертикали. Скорость вертикального развития может составлять от 5 до 20 м/с, поэтому верхняя граница образуемого кучево-дождевого облака даже в местной воздушной массе может достигать 8 и более километров над поверхностью земли. Т.е. в течение примерно 7 минут кучевое облако может разрастить до высот порядка 8 км и превратиться в кучево-дождевое облако. Как только растущее по вертикали кучевое облако миновало на некоторой высоте нулевую изотерму (тепрературу замерзания), в его составе начинают появляться кристаллы льда, хотя общее количество капель (уже переохлажденных) доминирует. Надо отметить, что даже при температурах минус 40 градусов могут встречаться переохлажденные капли воды. В этот же момент начинается процесс формирования осадков. Как только начинается выпадение осадков из облака, начинается второй этап эволюции грозового шторма.

Максимальная фаза развития грозы

На этом этапе уже кучево-дождевое облако достигло своего максимального вертикального развития, т.е. достигло «запирающего» слоя более стабильного воздуха - тропопаузы. Поэтому на смену вертикальному развитию, вершина облака начинает развиваться в горизонтальном направлении. Появляется так называемая «наковальня», представляющая собой перистые облака, состоящие уже из ледяных кристаллов. В самом же облаке конвективные потоки формируют восходящие потоки воздуха (от основания к вершине облака), а осадки становятся причиной потоков нисходящих (направленных от вершины облака к его основанию, а потом и вовсе к земной поверхности). Осадки охлаждают прилегающий к ним воздух, порой на 10 градусов. Воздух становится плотнее, а его падение к поверхности земли усиливается и становится более стремительным. В такой момент, обычно в первые минуты ливня, у земли могут наблюдаться шквалистые усиления ветра, опасные для авиации и способные причинить значительные разрушения. Именно их иногда ошибочно называют «смерчем» при отсутствии настоящего смерча. В это же время наблюдается наиболее интенсивная гроза. Выпадение осадков приводит к преобладанию нисходящих потоков воздуха в грозовом облаке. Наступает третий, заключительный этап эволюции грозы – разрушение грозового шторма.

Разрушение грозового шторма

На смену восходящим потокам воздуха в кучево-дождевом облаке приходят нисходящие потоки, тем самым, перекрывая доступ теплого и влажного воздуха, отвечающего за вертикальное развитие облака. Грозовое облако полностью разрушается, а на небе остается лишь абсолютно бесперспективная с точки зрения формирования грозового шторма «наковальня», состоящая из перистых облаков.

Опасности, связанные с полётами возле кучевых облаков

Как уже было сказано выше, облака образуются за счет конденсации поднимающегося теплого воздуха. Вблизи нижней кромки кучевых облаков теплый воздух разгоняется, т.к. температура окружающей среды падает, и замещение происходит быстрее. Дельтаплан, набирая в этом теплом воздушном потоке, может пропустить момент, когда его горизонтальная скорость еще выше скорости подъема, и оказаться затянутым вместе с поднимающимся воздухом в облако.

В облаке из-за высокой концентрации капель воды видимость практически нулевая, соответственно дельтапланерист мгновенно теряет ориентацию в пространстве и уже не может сказать, куда и как он летит.

В самом худшем случае, если теплый воздух поднимается очень быстро (к примеру, в грозовом облаке), дельтаплан может случайно попасть в смежную зону поднимающегося и опускающегося воздуха, что приведет к кувырку и, скорее всего, разрушению аппарата. Либо пилот будет поднят на высоты с сильной минусовой температурой и разряженным воздухом.

Анализ и краткосрочное предсказание погоды. Атмосферные фронты. Внешние признаки приближения холодного, тёплого фронтов

В предыдущих лекциях я говорила о возможности предсказания летной и нелетной погоды, приближении того или иного атмосферного фронта.

Напоминаю, что атмосферный фронт - это переходная зона в тропосфере между смежными воздушными массами с разными физическими свойствами.

При замещении и смешивании одной массы воздуха с другой с отличными физическими свойствами – температурой, давлением, влажностью – происходят различные природные явления, по которым можно анализировать и предсказывать движение этих масс воздуха.

Так, при приближении теплого фронта за сутки появляются его предвестники – перистые облака. Они плывут, как перья, на высоте 7-10 км. В это время атмосферное давление понижается. С приходом теплого фронта обычно связаны потепление и выпадение обложных, моросящих осадков.

С наступлением холодного фронта наоборот связаны слоисто-кучевые дождевые облака, громоздящиеся, как горы или башни, а осадки из них выпадают в виде ливней со шквалами и грозами. С прохождением холодного фронта связаны похолодание и усиление ветра.

Циклоны и антициклоны

Земля вращается и перемещающиеся массы воздуха тоже вовлекаются в это круговое движение, закручиваясь по спирали. Это огромные атмосферные вихри получили названия циклоны и антициклоны.

Циклон - атмосферный вихрь огромного диаметра с пониженным давлением воздуха в центре.

Антициклон – атмосферный вихрь с повышенным давлением воздуха в центре, с постепенным его понижением от центральной части к периферии.

Мы также можем по изменению погоды предсказывать наступление циклона или антициклона. Так циклон несет с собой пасмурную погоду с выпадением дождей летом и со снегопадами зимой. А антициклон - ясную или малооблачную погоду, безветрие и отсутствие осадков. Наблюдается устойчивый характер погоды, т.е. она заметно не меняется с течением времени. С точки зрения полетов нам, конечно, интереснее антициклоны.

Холодный фронт. Структура облачности в холодном фронте

Вернемся опять к фронтам. Когда мы говорим, что «идет» холодный фронт, мы имеем в виду, что большая масса холодного воздуха движется в сторону более теплой. Холодный воздух тяжелее, теплый – легче, поэтому наступающая холодная масса словно подползает под теплую, выталкивая ее наверх. При этом образуется сильное восходящее движение воздуха.

Стремительно поднимающийся теплый воздух охлаждается в верхних слоях атмосферы и конденсируется, появляются облака. Как я уже сказала, наблюдается устойчивое восходящее движение воздуха, поэтому облака, имея постоянную подпитку теплым влажным воздухом, вырастают вверх. Т.е. холодный фронт приносит кучевые, слоисто-кучевые и дождевые облака, характеризующиеся хорошим вертикальным развитием.

Холодный фронт движется, теплый выталкивается кверху, и в облаках происходит перенасыщение сконденсировавшейся влагой. В какой-то момент она проливается ливнями, словно бы сбрасывая излишек до тех пор, пока сила восходящего движения теплого воздуха снова не превысит силу тяжести водяных капель.

Теплый фронт. Структура облачности в тёплом фронте

Теперь представим обратную картину: теплый воздух движется в сторону холодного. Теплый воздух легче и при движении он наползает на холодный, атмосферное давление падает, т.к. опять же столб более легкого воздуха давит меньше.

Взбираясь по холодному воздуху, теплый воздух охлаждается и конденсируется. Появляется облачность. Но восходящего движения воздуха не происходит: холодный воздух уже растекся внизу, ему нечего выталкивать, теплый воздух уже наверху. Т.к. восходящего движения воздуха нет, теплый воздух охлаждается равномерно. Облачность получается сплошной, без какого либо вертикального развития – перистые облака.

Опасности, связанные с наступлением холодного и тёплого фронтов

Как я уже сказала ранее, наступление холодного фронта характеризуется мощным восходящим движением теплого воздуха и, как следствие, переразвитием кучевой облачности и грозообразованием. Кроме того, резкое изменение восходящее движение теплого воздуха и соседствующее нисходящее движение холодного, стремящегося его заместить, приводит к сильной турбулентности. Пилот ощущает это как сильную болтанку с резкими внезапными кренами и опусканием/поднятием носа у аппарата.

Турбулентность в самом худшем случае может привести к кувырку, кроме того осложняются процессы взлета и посадки аппарата, полет вблизи склонов требует большей концентрации.

Частые и сильные грозы могут затянуть невнимательного или увлекшегося пилота, и произойдет кувырок уже в облаке, заброс на огромную высоту, где холодно, и нет кислорода – и возможная смерть.

Теплый фронт малопригоден для хороших парящих полетов и никакой опасности, кроме разве что опасности промокнуть, не несет.

Вторичные фронты

Раздел внутри одной и той же воздушной массы, но между разными по температуре областями воздуха, называют вторичным фронтом . Вторичные холодные фронты обнаруживаются у поверхности Земли в барических ложбинах (областях пониженного давления) в тылу циклона за основным фронтом, где имеет место сходимость ветра.

Вторичных холодных фронтов может быть несколько, и каждый отделяет холодный воздух от более холодного воздуха. Погода на вторичном холодном фронте аналогична погоде на холодном, но из-за меньших контрастов температур, все явления погоды выражены слабее, т.е. облака менее развиты, как по вертикали, так и по горизонтали. Зона осадков, 5-10 км.

Летом на вторичных холодных фронтах преобладают кучево-дождевые облака с грозами, градом, шквалам, сильной болтанкой и обледенением, а зимой общие метели, снежные заряды, ухудшающие видимость менее 1 км. По вертикали фронт летом развит до 6 км, зимой до 1-2 км.

Фронты окклюзии

Фронты окклюзии образуются в результате смыкания холодного и теплого фронтов и вытеснения теплого воздуха вверх. Процесс смыкания происходит в циклонах, где холодный фронт, перемещаясь с большой скоростью, настигает теплый. При этом теплый воздух отрывается от земли и выталкивается наверх, а фронт у земной поверхности перемещается в сущности уже под влиянием перемещения двух холодных воздушных масс.

Получается, в образовании фронта окклюзии участвуют три воздушные массы - две холодные и одна теплая. Если холодная воздушная масса за холодным фронтом теплее, чем холодная масса перед фронтом, то она, вытесняя теплый воздух вверх, одновременно сама будет натекать на переднюю, более холодную массу. Такой фронт называется теплой окклюзией (рис. 1).

Рис. 1. Фронт теплой окклюзии на вертикальном разрезе и на карте погоды.

Если же воздушная масса за холодным фронтом холоднее воздушной массы перед теплым фронтом, то эта тыловая масса будет подтекать как под теплую, так и под переднюю холодную воздушную массу. Такой фронт называется холодной окклюзией (рис. 2).

Рис. 2. Фронт холодной окклюзии на вертикальном разрезе и на карте погоды.

Фронты окклюзии в своем развитии проходят ряд стадий. Наиболее сложные условия погоды на фронтах окклюзии наблюдаются в начальный момент смыкания теплового и холодного фронтов. В этот период облачная система представляет собой сочетание облаков теплого и холодного фронтов. Осадки обложного характера начинают выпадать из слоисто-дождевых и кучево-дождевых облаков, в зоне фронта они переходят в ливневые.

Ветер перед теплым фронтом окклюзии усиливается, после его прохождения ослабевает и поворачивает вправо.

Перед холодным фронтом окклюзии ветер усиливается до штормового, после его прохождения ослабевает и резко поворачивает вправо. По мере вытеснения теплого воздуха в более высокие слои фронт окклюзии постепенно размывается, вертикальная мощность облачной системы уменьшается, появляются безоблачные пространства. Слоисто-дождевая облачность постепенно переходит в слоистую, высоко-слоистая - в высоко-кучевую и перисто-слоистая - в перисто-кучевую. Осадки прекращаются. Прохождение старых фронтов окклюзии проявляется в натекании высоко-кучевой облачности 7-10 баллов.

Условия плавания через зону фронта окклюзии в начальной стадии развития почти не отличаются от условий плавания соответственно при пересечении зоны теплого или холодного фронтов.

Внутримассовые грозы

Грозы обычно подразделяются на два основных типа: внутримассовые и фронтальные. Наиболее часто встречающимися грозами являются внутримассовые (местные) грозы, возникающие вдали от фронтальных зон и обусловленные особенностями местных воздушных масс.

Внутримассовая гроза – это гроза, связанная с конвекцией внутри воздушной массы.

Продолжительность таких гроз невелика и составляет, как правило, не более одного часа. Местные грозы могут быть связаны с одной или несколькими ячейками кучево-дождевых облаков и проходят стандартные этапы развития: зарождение кучевого облака, переразвите в грозу, выпадение осадков, распад.

Обычно внутримассовые грозы связаны с одной ячейкой, хотя бывают и мультиячейковые внутримассовые грозы. При мультиячейковой грозовой деятельности нисходящие потоки холодного воздуха «материнского» облака создают восходящие потоки, формирующие «дочернее» грозовое облако. Таким образом, может сформироваться серия ячеек.

Признаки улучшения погоды

Давление воздуха высокое, почти не меняется или медленно повышается.
Резко выражен суточный ход температуры: днем жарко, ночью прохладно.
Ветер слабый, к полудню усиливается, вечером утихает.
Небо весь день безоблачно или покрыто кучевыми облаками, исчезающими к вечеру. Относительная влажность воздуха снижается днем и возрастает к ночи.
Днем небо ярко-синее, сумерки короткие, звезды слабо мерцают. Вечером заря желтая или оранжевая.
Сильные росы или иней ночью.
Туманы над низинами, усиливающиеся ночью и исчезающие днем.
Ночью в лесу теплее, чем в поле.
Дым из печных труб и костров поднимается вверх.
Ласточки летают высоко.

Признаки ухудшения погоды

Давление резко колеблется или непрерывно понижается.
Суточный ход температуры выражен слабо или с нарушением общего хода (например, ночью температура повышается).
Ветер усиливается, резко меняет свое направление, движение нижних слоев облаков не совпадает с движением верхних.
Облачность возрастает. На западной или юго-западной стороне горизонта появляются перисто-слоистые облака, которые распространяются по всему небосводу. Они сменяются высокослоистыми и слоисто-дождевыми облаками.
С утра душно. Кучевые облака растут вверх, превращаясь в кучево-дождевые, – к грозе.
Утренние и вечерние зори красные.
К ночи ветер не стихает, а усиливается.
Вокруг Солнца и Луны в перисто-слоистых облаках возникают светлые круги (гало). В облаках среднего яруса – венцы.
Утренней росы нет.
Ласточки летают низко. Муравьи прячутся в муравейники.

Стационарные волны

Стационарные волны - это вид превращения горизонтального движения воздуха в волнообразное. Волна может возникнуть при встрече быстро движущихся воздушных масс с горными хребтами значительной высоты. Необходимым условием возникновения волны является простирающаяся на значительную высоту стабильность атмосферы.

Чтобы увидеть модель атмосферной волны, можно подойти к ручью и посмотреть, как происходит обтекание затопленного камня. Вода, обтекая камень, поднимается перед ним, создавая подобие ДВП. За камнем же образуется рябь или серия волн. Эти волны могут быть достаточно большими в быстром и глубоком ручье. Нечто подобное происходит и в атмосфере.

При перетекании горного хребта скорость потока возрастает, а давление в нем падает. Поэтому верхние слои воздуха несколько снижаются. Миновав вершину, поток снижает свою скорость, давление в нем увеличивается, и часть воздуха устремляется вверх. Такой колебательный импульс может вызвать волнообразное движение потока за хребтом (рис. 3).

Рис. 3. Схема образования стационарных волн:
1 - невозмущенный поток; 2 - нисходящий поток над препятствием; 3 - чечевицеобразное облако на вершине волны; 4 - шапочное облако; 5 - роторное облако в основании волны

Эти стационарные волны часто распространяются на большие высоты. Зарегистрировано выпаривание планера в волновом потоке на высоту более 15 000 м. Вертикальная скорость волны может достигать десятков метров в секунду. Расстояния между соседними «буграми» или длина волны составляет от 2-х до 30-ти км.

Воздушный поток за горой разделяется по высоте на два резко отличающихся друг от друга слоя - турбулентный подволновой слой, чья толщина составляет от нескольких сотен метров до нескольких километров, и, расположенный над ним ламинарный волновой слой.

Использовать волновые потоки возможно при наличии в турбулентной зоне второго достаточно высокого хребта та таком расстоянии, что зона ротора от первого не затрагивает второй хребет. При этом пилот, стартуя со второго хребта, попадает сразу в волновую зону.

При достаточной влажности воздуха на вершинах волн появляются чечевицеобразные облака. Нижняя кромка таких облаков располагается на высоте не менее 3-х км, а их вертикальное развитие достигает 2 - 5 км. Также возможно образование шапочного облака непосредственно над вершиной горы и роторных облаков за ней.

Несмотря на сильный ветер (волна может возникнуть при скорости ветра не менее 8 м/с), эти облака неподвижны относительно земли. При приближении некоторой «частицы» воздушного потока к вершине горы или волны происходит конденсация содержащейся в ней влаги и образуется облако.

За горой образовавшийся туман растворяется, и «частица» потока вновь становится прозрачной. Над горой и в вершинах волн скорость воздушного потока увеличивается.

При этом давление воздуха уменьшается. Из школьного курса физики (газовые законы) известно, что при уменьшении давления и при отсутствии теплообмена с окружающей средой температура воздуха уменьшается.

Уменьшение температуры воздуха приводит к конденсации влаги и возникновению облаков. За горой поток тормозится, давление в нем увеличивается, температура повышается. Облако исчезает.

Стационарные волны могут появиться и над равнинной местностью. В этом случае причиной их образования могут быть холодный фронт или вихри (роторы), возникающие при различных скоростях и направлениях движения двух соседствующих слоев воздуха.

Погода в горах. Особенности изменения погоды в горах

Горы находятся ближе к солнцу и, соответственно, прогреваются быстрее и лучше. Это приводит к образованию сильных конвекционных потоков и быстрому образованию облаков, в том числе грозовых.

Кроме того, горы – это значительно изрезанная часть земной поверхности. Ветер, проходя над горами, турбулизируется в результате огибания множества препятствий разных размеров - от метра (камней) до пары километров (самих гор) – и в результате перемешивания проходящего воздуха конвекционными потоками.

Так что, для горной местности характерны сильная термичность в совокупности с сильной турбулентностью, сильный ветер разных направлений, грозовая активность.

Анализ происшествий и предпосылок, связанных с метеорологическими условиями

Наиболее классическим происшествие, связанным с метеорологическими условиями, является сдувание или самостоятельное залетание аппарата в зону ротора в подветренной части горы (в более мелком масштабе – ротор от препятствия). Предпосылкой к этому является уход вместе с потоком за линию хребта на небольшой высоте или банальное незнание теории. Полет в роторе чреват как минимум неприятной болтанкой, как максимум – кувырком и разрушением аппарата.

Второе яркое происшествие – затягивание в облако. Предпосылкой к этому является обработка ТВП вблизи кромки облака в совокупности с рассеянностью, излишней смелостью или незнанием летных характеристик своего аппарата. Привод к потере видимости и ориентации в пространстве, в худшем случае – к кувырку и забросу на непригодную для жизнедеятельности высоту.

И наконец, третьим классическим происшествием является «заворачивание» и падение на склон или на землю в процессе посадки в термичный день. Предпосылкой является полет с брошенной ручкой, т.е. без резерва скорости для маневра.

Очередная вылазка в нашу любимую глобальную сеть озадачила меня. Чем больше я читаю, тем больше понимаю, насколько самые простые и банальные вещи могут быть интересны.

Взять хотя бы облака. Кто в детстве не мечтал на них покататься? Мы верили, что это возможно. Ведь они наверняка мягкие и приятные на ощупь.

Позже, изучая физику, каждый из нас разочаровывался, когда узнавал природу облаков. Оказывалось, что облака – это не мягкое, пушистое и приятное. Это капельки воды или кристалики льда в атмосфере. Их еще часто называют облачными элементами. При чем, оказывается, при разных температурах состав облаков может быть разным. Облака состоят из капелек воды, если температура воздуха превышает?10 °C. Это обыкновенные дождевые облака. Если же она ниже таковай, но выще?15 °C, то в состав облаков входят как капельки, так и маленькие кристалики. Кстати сказать, именно такие облака посылают нам мокрый снег или снег с дождем. При температуре в облаке ниже?15 °C облако полностью состоит из кристалликов, которых превращаются в снежинки.

Однако, в облаке кристалики и капельки очень маленькие. А откуда же берутся огромные хлопья снега и крупные капли весеннего дождя? Все достаточно просто. Постепенно количесто элементов в облаке увеличивается. Элементы сливаются друг с другом, образуя капельки и снежинки. Облака возрастают и при достижении критической массы начинаю выпадать осадки.

Осадки обычно выпадают не из однородных облаков, а из тех, которые имеют смешанный состав хотя бы одного слоя. Это, например кучево-дождевые, слоисто-дождевые, высоко-слоистые. Хотя слабые осадки в виде мороси или слабого мелкого снега могут выпадать и из однородных облаков, например, из слоистых.

Чаще всего облака образуются и наблюдаются в нижнем слое атмосферы, именуемым тропосфера. Реже облака наблюдаюстя на высоте 20-25 километров. Такие облака получили особое название – перламутровые облака. Совсем редко облака забираются на высоту 70-80 километров. У них тоже есть свое название – серебристые.

Не смотря на огромное количество всевозможных причудливых форм облаков в трапосфере, классифицировать их достаточно просто. Даже по внешнему виду.

Перистые облака (Cirrus, Ci).

На вид, это, пожалуй, самые легкие и хрупкие облака. Они состоят из тоненьких белых ниточек или клочьеи. Такие облака всегда имеют форму вытянутых гряд. Это, пожалуй, самые высотные трапосферные облака. Наблюдатся обычно в верхних слоях трапосферы (от 3 до 18 км над землей, в зависимоти от широт). Эти облака примечательны тем, что по вертикали они могут иметь достаточно большое протяжение (от сотен метров до нескольких километров). Видимость внутри облаков не очень высокая: всего 150-500 метров.Причиной этого является то, что состоят такие облака из достаточно крупных кристаликов льда. Из-за этого они имеют заметную скорость падения. Однако из-за ветра мы видим не вертикальные полоски, а сдвинутые и причудливым образом искривленные нити перистых облаков.

Интересно, что такие облака часто движутся впереди теплой воздушной массы. Так же они часто сопровождают антициклоны. А иногда даже являются банальными остатками кучево-дождевых облаков.

Очень интересно, что появление таких облаков может свидетельствовать о предстоящем сильном проливном дожде примерно через сутки.

Перистые облака так же делятся на несколько подвидов.

Перисто-кучевые облака (Cirrocumulus, Cc).

Расположены эти облака так же высоко, как предыдущий вид. Из таких облаков мы никогда не увидем осадков. Интересно при этом, что при появлении таких облако можно смело сказать – через несколько часов возможна гроза с ливнем. А иногда и шторм.

Такие облака прозвали “барашками” за их причедливые формы в виде небольших групп или рядов шариков. Очень часто наблюдаются с перисто-слоистыми и перистыми.

Высота нижней границы чуть выше, чем у предыдущего вида. Она простирается примерно на 6-8 километрах от земли. Протяженность по вертикали достигает километра. Однако видимость внутри намного выше перистых облаков – от 5,5 до 10 километров.

Пи таких облаках наблюдается очень интересное явление – иридизация. Оно заключается в том, что края облаков приобретаю радужную окраску, что само по себе очень красиво.

Перисто-слоистые облака (Cirrostratus, Cs).

Эти облака состоят из кристаликов льда. Их очень легко узнать: они представляют собой однородную белесую пелену, заволакивающую небо. Появляются они обычно почти сразу после перистых собратьев. Хотя высота их расположения/ такая же, как у предыдущих видов, по вертикали они намного длиннее своих собратьем. Их протяженнность колеблется от 2 до 6 километров. Видимость внутри облака очень маленькая: от 50 до 200 метров. Как и предыдущие два вида появление таких облаков сулит скорое изменение погоды. За ними следуют дожди и грозы. Почему, спаросите вы? Да все просто. Все вышеперечисленные виды облаков движутся впережи теплой воздушной массы, в которой очень много влаги. А она, в свою очередь, и является источником дождей.

Не смотря на то, что облака затягиваю небо пеленой, свет Солнца и Луны может проходить сквозь них. При этом часто лучи искажатся и образуется такое интересное явление, как гало. Она представляет собой светящееся кольцо вокруг Солнца или Луны. Но, к сожалению, это красивое явление очень недолговечно, поскольку облака очень быстрно начинают уплотнятся.

Интересный факт, что круг гало в народе являлся предзнаменованием близкого дождя. Люди верили, что это Луна или Солнце умывалось. А после водных процеду светила, по примете, выливали соду на землю.

Высоко-слоистые облака (Altostratus, As).

Внешне они представляют собой мрачную сероватую или сине-серую пелену, через которую иногда проглядывает солнышко, хотя и в виде бесформенного расплывчатого пятна.

Эти облака обитают, так сказать ниже, чем уже рассмотренные их собратья примерно на высот 3-5 километров над уровнем моря. Но они так же достаточно протяжены по вертикали - от 1 до 4 километров. Видимость в них совсем маленькая - 25-40 метров. Состав этих облаков неоднороден. В него входят как кристаллики, так и капельки воды, правда, переохлажденной.

В отличии от всех вышеперечисленных видов из этих облаков в любое время года всегда выпадают осадки в виде дождя или снега. Интересно, что дождь из таких облаков не долетает до земли, а испаряется в процессе полета.

Вслед за этими облаками появляются слоисто дождевые собратья.

Высоко-кучевые облака (Altocumulus, Ac).

Эти облака являются предвестниками скорейших ливней. Они имеют форму небольших шаров или прастинок, которые располагаются рядами или собираются в отдельные группы. Расцветка их самая различная: от белых, да синих. Протяженость их невелика -всего до нескольких сот метров. Видимоть тоже слабовата: всего то 50-70 метров. Расположены они в средних слоях стратосферы, примерно от 2 до 6 километров над землей. Помимо дождей такие облака несут вместе с собой похолодание.

Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns).

Это хмурые тёмно-серые облака, которые представляют собой сплошной слой. Кажется, что нет ему не конца не края. Везде пасмурное небо, из которого постоянно льет дождь. Так продолжается довольно долго.

Они намного темнее своих слоистых собратьев. В отличии от всех вышеописанных облаков эти расположены в нижних слоях стратосферы. Витают они практически над землей на расстоянии от 100 метров, хотя их толщина может быть до нескольких километров.

Движения этих облаков сопровождает сильный и холодный ветер, температура понижается.

Слоистые облака (Stratus, St).

Этот вид облаков очень похож на туман. Расположены они очень низко над землей. Нижняя граница не превышает сотни метров. Иногда, когда облака летают очень низко,они могут слиться с обычным туманом.

Максимальная толщина у них сотня метров. Эти облака не всегда приносят дождь. Лишь только загустев и окрепнув, они прольют драгоценную влагу на землю. При этом дождь будет не очень сильный и намного короче, нежели дождь слоисто-дождевых облаков.

Слоисто-кучевые облака (Stratocumulus, Sc).

Такие облака не всегда приносят с собой осадки. Образуются они, когда холодный воздух приходит на смену теплому. При этом влага не выделяется, а наоборот поглощается. И дождей не наблюдается. Они имеют преимущественно серую расцветку и представлены в виде крупных волн и гряд, между которыми есть небольшие просветы. Имеют среднюю ширину - 200-800 метров.

Кучевые облака (Cumulus, Cu).

Иногда их называют вестниками хорошей погоды. Этот вид облаков мы видим наиболее часто. Белые, яркие, в виде всевозможных фигурок они потрясают и развивают наше воображение. Они имеют форму купола с плоским основанием или башен с округлыми очертаниями. Примечательно, что они очень широкие - до 5 километров и более.

Кучево-дождевые облака (Cumulonimbus, Cu).

Это очень мощные облака. Иногда их ширина достигает 14 километров. Это облака гроз, ливней, града и шквального ветра. Чаще всего к этим облакам применяют слово «тучи». Иногда они выстраиваются в так называемую линию шквалов. Интересно, что состав облаков разнится в зависимости от высоты. Если нижние слои состоят преимущественно из капелек воды, то верхние - из кристалликов льда. Развиваются они из мощных кучевых облаков, а их появление не предвещает ничего хорошего.

Кстати, облака есть не только на нашей планете. Оказывается, что везде, где есть газовая оболочка, есть и облака. Но состоят они не из воды, а, например, из серной кислоты.

Вот видео, в котором показаны различные облака: (удивительно красиво!)

Ну вот, пожалуй и все, что я хотела написать об этих белогривых лошадках в этот раз.

Вопросы для рассмотрения:
1. Состав и строение атмосферы.
2. Температура воздуха.
3. Влажность воздуха.
4. Образование облаков, осадки.
5. Давление атмосферы.
6. Ветры и их виды.
1. Состав и строение атмосферы.
«Атмосфера» - воздушная оболочка Земли (с греч. «атмос» - газ, «сфера» - шар). Атмосфера защищает Землю от ультрафиолетового излучения Солнца, космической пыли и метеоритов.
Состав атмосферы:
- азот - 78 %;
- кислород – 21 %;
- углекислый газ – 0,033 %;
- аргон – 0,9 %;
- водород, гелий, неон, двуокись серы, аммиак, угарный газ, озон, водяные пары – крошечная доля;
- загрязняющие вещества: частицы дыма, пыль, вулканический пепел.

Атмосфера простирается от поверхности планеты и постепенно сливается с космическим пространством. Плотность атмосферы меняется с высотой: у поверхности Земли она наивысшая, с подня тием вверх уменьшается. Так, на высоте 5,5 км плотность атмосферы в 2 раза, а на высоте 11 км в 4 раза меньше, чем в приземном слое.
Она состоит из основных слоев:
1. Тропосфера – от 8 до18 км
2. Стратосфера – до 40-50 км
3. Мезосфера – 50-80 км
4. Термосфера – 80-800 км
5. Экзосфера – свыше 800 км
Тропосфера - это ближайший к земной поверхности и самый плотный, теплый слой атмосферы. Высота на полюсах 8-10 км, на экваторе 16-18 км. В нем содержится 80% воздушной массы всех слоев и почти весь водяной пар. Здесь находятся системы формирования погоды нашей планеты и биосфера. Приземная температура понижается на 6,5°С с каждым километром до достижения тропопаузы. В верхних слоях тропосферы температура достигает – 55оС.
Стратосфера
Простирается до высоты 50—55 км. Плотность воздуха и давление в стратосфере незначительны. Разреженный воздух состоит из тех же газов, что и в тропосфере, но в нем больше озона. Наибольшая концентрация озона наблюдается на высоте 15— 30 км. В нижней части этого слоя наблюдается температура около -55°С. Выше она возрастает до 0, + 10°С из-за тепла, которое вырабатывается благодаря образованию озона. Находящаяся на высоте 50 км стратопауза отделяет стратосферу от следующего слоя.
Мезосфера
Происходит быстрое уменьшение температуры до – 70-90°С. Наблюдается большая разряженность воздуха. Самая холодная часть атмосферы – мезопауза (80 км). Плотность воздуха там в 200 раз меньше, чем у поверхности Земли.
Термосфера
Высота от 80 до 800 км. В этом самом тонком слое содержится лишь 0,001 % воздушной массы атмосферы. Температура в этом слое повышается: на высоте 150 км до 220 °С; на высоте 480-600 км до 1500 °С.
В пределах термосферы находится ионосфера , где происходят полярные свечения (150-300 км), магнитосфера (300-400 км) – наружный край магнитного поля Земли. Газы атмосферы (азот и кислород) находятся в ионизированном состоянии. Малая плотность дает небу черный цвет.
Экзосфера – свыше 800 км, постепенно сливающаяся с космическим пространством.

2. Температура воздуха.
Основным источником тепла служит солнце. Вся совокупность лучистой энергии Солнца называется солнечной радиацией. Земля получает от Солнца одну двухмиллиардную часть. Различают радиацию прямую, рассеянную и суммарную.
Прямой радиацией поверхность Земли нагревается в ясную погоду. Мы ощущаем ее как горячие солнечные лучи. Рассеянная радиация освещает предметы в тени. Проходя через атмосферу, лучи отражаются от молекул воздуха, капелек воды, пылинок и рассеиваются. Чем пасмурнее погода, тем большее количество радиации рассеивается в атмосфере. При сильной запыленности воздуха, например во время пыльных бурь или в промышленных центрах, рассеивание ослабляет радиацию на 40—45 %.
Интенсивность радиации зависит от угла падения солнечных лучей на земную поверхность. Когда солнце находится высоко над горизонтом, его лучи преодолевают атмосферу более коротким путем, следовательно, меньше рассеиваются и сильнее нагревают поверхность Земли. По этой причине в солнечную погоду утром и вечером всегда прохладнее, чем в полдень.
Солнечные лучи не нагревают прозрачный воздух, а нагревают поверхность земли, от которой прилегающим слоям воздуха передается тепло. Нагреваясь, воздух становится более легким и поднимается вверх, где перемешивается с более холодным, в свою очередь, нагревая его.
Солнце нагревает Землю не одинаково. Причинами является:
- шарообразность планеты;
- наклон земной оси;
- рельеф (на склонах гор, холмов, оврагов и т. д., обращенных к солнцу, угол падения солнечных лучей увеличивается, и они сильнее нагреваются).
В экваториальных и тропических широтах солнце в течение всего года находится высоко над горизонтом, в средних широтах его высота меняется в зависимости от времени года, а в Арктике и Антарктике высоко над горизонтом оно не поднимается никогда. В результате в тропических широтах солнечные лучи рассеиваются меньше. Чем дальше от экватора, тем меньше тепла поступает на земную поверхность. На Северном полюсе, например, летом солнце не заходит за горизонт 186 дней, т. е. 6 месяцев, и количество поступающей радиации даже больше, чем на экваторе. Однако солнечные лучи имеют малый угол падения, и большая часть радиации рассеивается в атмосфере. В результате поверхность Земли нагревается незначительно. Зимой солнце в Арктике находится за горизонтом, и прямая радиация на поверхность Земли не поступает.
Неравномерно нагреваются суша и вода. Поверхность суши нагревается и охлаждается быстро. Вода же нагревается медленно, но зато дольше удерживает тепло. Объясняется это тем, что теплоемкость воды больше теплоемкости горных пород, слагающих сушу. На суше солнечные лучи нагреваюm0; только поверхностный слой, а в прозрачной воде тепло проникает на значительную глубину, в результате чего нагревание происходит медленнее. На его скорость влияет и испарение, так как на него нужно много тепла. Вода остывает медленно, в основном потому, что объем прогреваемой воды во много раз больше объема нагревающейся суши; к тому же при ее охлаждении верхние, остывшие слои воды опускаются на дно, как более плотные и тяжелые, а на смену им из глубины водоема поднимается теплая вода. Накопленное тепло вода расходует более равномерно. В результате море в среднем теплее суши, а колебания температуры воды никогда не бывают такими резкими, как колебания температуры суши.
В течение суток температура воздуха не остается постоянной, а непрерывно изменяется. Днем поверхность Земли нагревается и нагревает прилегающий слой воздуха. Ночью Земля излучает тепло, охлаждается, и происходит охлаждение воздуха. Наиболее низкие температуры наблюдаются не ночью, а перед восходом солнца, когда земная поверхность уже отдала все тепло. Аналогично этому наиболее высокие температуры воздуха устанавливаются не в полдень, а около 15 ч.
Суточный ход температур на Земле не везде одинаков:
- на экваторе днем и ночью они почти одинаковы;
- незначительны у морях и у морских побережий;
- в пустынях днем поверхность земли часто нагревается до 50-60 °С, а ночью нередко охлаждается до 0 °С.
В широтах наибольшее количество солнечной радиации поступает на Землю в дни летних солнцестояний, т. е. 22 июня в Северном полушарии и 21 декабря в Южном. Однако, самыми жаркими месяцами является не июнь (декабрь), а июль (январь), так как в день солнцестояния огромное количество радиации расходуется на нагревание земной поверхности. В июле (январе) радиация уменьшается, но эта убыль компенсируется сильно нагретой земной поверхностью. Самый холодный месяц не декабрь, а январь. На море, в связи с тем, что вода более медленно охлаждается и нагревается, смещение температур еще больше. Здесь самый жаркий месяц август, а самый холодный — февраль в Северном полушарии и соответственно самый жаркий — февраль и самый холодный — август в Южном.
Годовая амплитуда температур зависит от широты места.
- на экваторе – одинакова 22-23 °С;
- в глубине континента – максимальные.
Различают температуру абсолютную и среднюю.
Абсолютные температуры устанавливают путем многолетних наблюдений на метеостанциях. Так, самое жаркое (+58 °С) место на Земле находится в Ливийской пустыне; самое холодное (-89,2 °С) - в Антарктиде на станции «Восток». В Северном полушарии самая низкая (-70,2 °С) температура отмечена в поселке Оймякон в Восточной Сибири.

Средние температуры определяют как среднеарифметическое нескольких показателей термометра (4 раза в сутки). На карте можно обозначить точки с одинаковыми значениями температур и провести линии, соединяющие их. Эти линии называют изотермами. Наиболее показательны изотермы января и июля, т. е. самого холодного и самого теплого месяцев в году.
Расположение изотерм позволяет выделить семь тепловых поясов:
· жаркий, расположенный между годовыми изотермами 20 °С в Северном и Южном полушариях;
· два умеренных, заключенных между изотермами 20 и 10 °С самых теплых месяцев, т. е. июня и января;
· два холодных, расположенных между изотермами 10 и 0 °С также самых теплых месяцев;
· две области вечного мороза, в которых температура самого теплого месяца ниже 0 °С.
Границы поясов освещенности, проходящие по тропикам и полярным кругам, не совпадают с границами тепловых поясов.

3. Влажность воздуха.

В результате испарения в воздухе всегда содержится водяной пар. Скорость испарения зависит от температуры и ветра.

Количество воды, которое может испариться с той или иной поверхности, называется испаряемостью. Испаряемость зависит от температуры воздуха и количества в нем водяного пара. Чем выше температура воздуха и чем меньше он содержит водяного пара, тем выше испаряемость. В полярных странах при низкой температуре воздуха она ничтожна. Невелика она и на экваторе, где воздух содержит ограниченное количество водяного пара. Максимальна испаряемость в тропических пустынях, где она достигает 3000 м.

Воздух может принимать водяной пар до известного предела, пока он не станет насыщенным. Количество водяного пара, которое содержится в воздухе в данный момент (в г на 1 м3), называют абсолютной влажностью. Отношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе в данный момент к тому их количеству, которое он может вместить при данной температуре, называется относительной влажностью и измеряется в %.

Момент перехода воздуха от ненасыщенного состояния к насыщенному называют точкой росы. При наступлении точки росы, когда относительная влажность приближается к 100 %, происходит конденсация водяных паров — переход воды из газообразного состояния в жидкое. При отрицательных температурах водяной пар может сразу превращаться в лед. Этот процесс называется сублимацией водяных паров. Конденсация и сублимация водяного пара определяют образование осадков. Влажность воздуха измеряется волосным гигрометром.

4. Образование облаков. Осадки.

При конденсации водяного пара в атмосфере образуются облака.
Это происходит в результате испарения водяного пара с поверхности Земли и его поднятия восходящими потоками теплого воздуха. В зависимости от своей температуры облака состоят из капелек воды или кристалликов льда и снега. Эти капли и кристаллы настолько малы, что их удерживают в атмосфере даже слабые восходящие потоки воздуха.
Форма облаков очень разнообразна и зависит от многих факторов: высоты, скорости ветра, влажности и т. д. Их делят на слоистые, кучевые и перистые.

Классификация облаков:

*** - ледяные кристаллы; … - мельчайшие капли

Семейство	Форма облаков	Высота, км		Характеристика
Облака верхнего яруса	Перистые			В высоту до 18 км, из них не выпадают осадки. Имеют волнистую структуру,форму тонких белых полос, белые с шелковистым блеском.
	Перисто-слоистые
	Перисто-кучевые			напоминают волнистые пласты или «барашки», гряды перистовидных белых хлопьев в виде ряби, не дают серебристого цвета.
Облака среднего яруса	Высококучевые		...	Из нихвыпадает очень мало осадков. Серо-белые разорванные пласты, гряды.
Облака среднего яруса	Высокослоистые		...	Серо-голубые цельные полотна, слоистая пелена. Солнце и Луна через них видны в виде расплывшихся пятен.
Облака нижнего яруса	Слоистые		...	Однородный слой облаков без определенных очертаний, серого цвета. Наиболее низкие. Дают моросящие осадки.
	Слоисто-дождевые		...	Темно-серый пласт, несут обложные дожди.
	Слоисто-кучевые			Слои или гряды из крупных валов серого цвета (серое полотно с ярко-выраженными фрагментами туч).
				Отдельные плотные облака с плоским основанием и куполообразными вершинами, растущие вертикально. Напоминают комки ваты с белым верхом и серым низом.
	Кучево-дождевые			Крупные, плотные и темные, иногда с плоской вершиной, несущие сильные ливни и грозы.

Причины образования облаков:

1. Турбулентность, вызванная резким изменением направления и скорости ветра.

2. Подъем воздуха при его прохождении над холмами и горами. Образуются облака

флагоподобные. Облачная шапка, горный туман и др.

3. Конвекция – подъем теплых воздушных масс, их охлаждение и конденсация воды.

4. Конвергенция – формирование облаков при взаимодействии теплых и холодных фронтов. Холодный и плотный воздух вытесняет вверх более теплый и легкий воздух. В результате вода в теплом воздухе конденсируется, т.к. он остывает, и образуются облака, приносящие обильные осадки.

Степень покрытия неба облаками, выраженную в баллах (от 1 до 10), называют облачностью.

Воду, выпавшую в твердом или жидком состоянии в виде дождя, снега, града или сконденсировавшуюся на поверхности различных тел в виде росы, инея, называют атмосферными осадками. Крошечные капли воды в облаке не висят, а движутся вверх-вниз. Опускаясь, они сливаются с другими каплями, пока их вес не позволит упасть на землю. Если в облаке оказываются мельчайшие частицы твердых тел, например пыль, то процесс конденсации ускоряется, поскольку пылинки играют роль ядер кнденсации.

Если конденсация водяного пара в облаке происходит при отрицательных температурах (то - 4 до - 15° С), образуются осадки в виде снега. Иногда снежинки из верхних слоев облака опускаются в нижнюю его часть, где температура выше и содержится огромное количество переохлажденных капель воды, удерживаемых в облаке восходящими потоками воздуха. Соединяясь с капельками воды, снежинки теряют форму, вес их увеличивается, и они выпадают на землю в виде снежной пурги - шарообразных снежных комочков диаметром 2-3 мм.

Необходимое условие образования града - наличие облака, нижний край которого находится в зоне положительных, а верхний - в зоне отрицательных температур При этих условиях образовавшаяся снежная пурга восходящими потоками поднимается в зону отрицательных температур, где превращается в льдинку шарообразной формы - градину. Процесс поднятия и опускания градины может происходить многократно и сопровождаться увеличением ее массы и размера. Наконец градина, преодолевая сопротивление восходящих потоков воздуха, выпадает на землю. Градины неодинаковы по размеру: они могут быть величиной от горошины до куриного яйца.

Количество атмосферных осадков измеряют с помощью осадкомера. Многолетние наблюдения за количеством выпадающих осадков позволили установить общие закономерности их распространения по поверхности Земли.

Наибольшее количество осадков выпадает в экваториальной полосе - в среднем 1500-2000 мм. В тропиках количество их снижается до 200-250 мм. В умеренных широтах происходит увеличение выпадающих осадков до 500- 600 мм, а в полярных областях количество их не превышает 200 мм в год.

Неравномерность обусловлена рельефом местности, например, горы задерживают влагу и не пропускают за свои пределы.

Есть на Земле места, где осадки практически отсутствуют. Например, в пустыне Атакама осадки выпадают раз в несколько лет, а по многолетним данным, величина их не превышает 1 мм в год. Очень сухо и в Центральной Сахаре, где среднее ежегодное количество осадков менее 50 мм. В то же время в некоторых местах выпадает гигантское количество осадков. Например, в Черрапунджи - на южных склонах Гималаев их выпадает до 12 000 мм, а в отдельные годы - до 23 000 мм, на склонах горы Камерун в Африке - до 10 000 мм.

В приземном слое атмосферы образуются осадки: роса, иней, туман, изморозь, гололед. Конденсируясь у поверхности земли, образуется роса, а при низких температурах – иней. При наступлении более теплого воздуха и его соприкосновении с холодными предметами (чаще всего проводами, ветками деревьев) выпадает изморозь - налет рыхлых кристалликов льда и снега. При концентрации водяных паров в приземном слое атмосферы образуется туман. Когда температура поверхности Земли ниже 0 °С, а из более верхних слоев выпадают осадки в виде дождя, начинается гололедица. Смерзаясь, капельки влаги образуют ледяную корку. Похож на гололедицу гололед. Но он формируется иначе: землю выпадают жидкие осадки, а при понижении температуры ниже 0 °С вода замерзает, образуя скользкую ледяную пленку.

5. Давление атмосферы.

Масса 1 м3 воздуха на уровне моря при температуре 4°С в среднем составляет 1 кг 300 г, что обусловливает существование атмосферного давления. На 1 м2 давит 10 т. Живые организмы, в том числе и здоровый человек, не ощущают этого давления, так как оно уравновешивается внутренним давлением организма.

За давлением воздуха и его изменениями ведутся систематические наблюдения на метеостанциях. Давление измеряют барометрами - ртутными и пружинными, или анероидами. Измеряется давление в паскалях (Па). Давление атмосферы на широте 45° на высоте 0 м над уровнем моря при температуре 4 °С считается нормальным, оно соответствует 1013 гПа, или 760 мм ртутного столба, или 1 атмосфере.

Давление атмосферы зависит не только от высоты, но и от плотности воздуха. Холодный воздух плотнее и тяжелее теплого. В зависимости от того, какие воздушные массы господствуют в данной местности, в ней устанавливается высокое или низкое атмосферное давление. На метеостанциях или в пунктах наблюдения оно фиксируется автоматическим прибором - барографом.

Если на карте соединить все точки с одинаковым давлением, то получившиеся линии - изобары покажут, как оно распределяется на поверхности Земли. Обычно на экваторе давление пониженное, в тропических областях (особенно над океанами) - повышенное, в умеренных — переменное от сезона к сезону, а в полярных вновь повышается. Над материками зимой устанавливается повышенное, а летом — пониженное давление.

6. Ветры, их виды

Ветром называется движение воздуха. Воздух перемещается из области высокого давления в область низкого. У ветра есть характеристики: скорость, сила и направление. Для их определения используют флюгер и анемометр. По результатам наблюдений за направлением ветра строят розу ветров за месяц, сезон или год. Анализ розы ветров позволяет установить преобладающие направления ветров для данной местности.

Скорость ветра измеряют в метрах в секунду. При штиле скорость ветра не превышает 0 м/с. Ветер, скорость которого более 29 м/с, называется ураганом. Самые сильные ураганы отмечены в Антарктиде, где скорость ветра достигала 100 м/с.

Силу ветра измеряют в баллах, она зависит от его скорости и плотности воздуха. По шкале Бофорта штилю соответствует 0 баллов, а урагану - 12.

Планетарные ветры.

1. Пассаты – постоянно дующие ветры.

В районе экватора горячий воздух поднимается вверх, создавая зону низкого давления. Воздух охлаждается и опускается вниз, создавая зону высокого давления (конские широты). Из тропиков к экватору в область постоянно низкого давления дуют ветры. Под влиянием отклоняющей силы вращения Земли эти потоки отклоняются вправо в Северном полушарии и влево — в Южном.

2. Западные ветры умеренных широт.

Часть тропического (теплого) воздуха перемещается в умеренные широты. Это движение особенно активизируется летом, когда там господствует более низкое давление. Эти потоки воздуха в Северном полушарии также отклоняются вправо и принимают вначале юго-западное, а затем и западное направление, а в Южном - северо-западное, переходящее в западное.

3. Полярные восточные ветры. Из полярных областей высокого давления воздух перемещается в умеренные широты, принимая северо-восточное направление в Северном и юго-восточное - в Южном полушариях.

4. Муссоны – ветры, изменяющие свое направление по сезонам: зимой дуют с суши на море, а летом - с моря на сушу. Причина - сезонного изменения давления над сушей и прилегающей водной поверхностью океана. Под действием отклоняющего влияния вращающейся Земли летние муссоны принимают юго-восточное направление, а зимние - северо-западное. Муссонные ветры особенно характерны для Дальнего Востока и Восточного Китая, в меньшей мере они проявляются на восточном побережье Северной Америки.

Местные ветры.

Возникают из-за особенностей рельефа, неравномерности нагревания подстилающей поверхности.

1. Бризы - береговые ветры, наблюдающиеся в ясную погоду на берегах водоемов. Днем они дуют с водной поверхности (морской бриз), ночью — с суши (береговой бриз). Днем суша нагревается быстрее, чем море. Над ней формируется область низкого давления. Воздух над сушей поднимается, потоки воздуха с моря устремляются на его место, образуя дневной бриз. Ночью поверхность воды нагрета сильнее, чем суша. Воздух поднимается вверх, а на его место устремляется воздух с суши. Образуется ночной бриз. Он слабее.

2. Горно-долинные ветры. По той же причине дуют ветры с гор в долины и обратно. Образуются из-за того, что днем воздух над склонами становится теплее, чем в долине. Днем фёны дуют на гору, а ночью – с горы.

3. Фёны - теплые и сухие ветры, дующие по склонам гор. Влажный морской воздух поднимается над горами и проливается дождями. Затем он дует вниз с подветренной стороны гор, становится теплее и суше. Похожий ветер в Канаде и США – чинук.

4. Бора – горный холодный ветер. Холодный воздух, преодолев невысокий барьер, с огромной силой обрушивается вниз, причем при этом происходит резкое понижение температуры. В России бора особенной силы достигает в Новороссийске. Похож на бора мистраль, дующий зимой из Центральной Европы (область высокого давления) к Средиземноморью. Часто наносит большой ущерб сельскому хозяйству.

5. Суховеи - это сухие и знойные ветры. Они характерны для засушливых районов земного шара. В Средней Азии суховей называют самумом, в Алжире – сирокко (дующий из пустыни Сахара), в Египте - хатсином (хамсин) и т. д. Скорость ветра-суховея достигает 20 м/с, а температура воздуха + 40 °С. Относительная влажность при суховее резко падает и понижается до 10 %. Растения, испаряя влагу, высыхают на корню. В пустынях суховеи нередко сопровождаются пыльными бурями.

Направление и силу ветра необходимо учитывать при строительстве населенных пунктов, промышленных предприятий, жилищ. Ветер — один из важнейших источников альтернативной энергии, его используют для выработки электроэнергии, а также для работы мельниц, водокачек и др.

КАК ОБРАЗУЮТСЯ ВЕТРЫ

Степень покрытия неба облаками, выраженную в баллах (от 1 до 10), называют облачностью.

Иногда снежинки из верхних слоев облака опускаются в нижнюю его часть, где температура выше и содержится огромное количество переохлажденных капель воды, удерживаемых в облаке восходящими потоками воздуха. Соединяясь с капельками воды, снежинки теряют форму, вес их увеличивается, и они выпадают на землю в виде снежной пурги – шарообразных снежных комочков диаметром 2–3 мм.

Необходимое условие образования града – наличие облака вертикального развития, нижний край которого находится в зоне положительных, а верхний – в зоне отрицательных температур (рис. 36). При этих условиях образовавшаяся снежная пурга восходящими потоками поднимается в зону отрицательных температур, где превращается в льдинку шарообразной формы – градину. Процесс поднятия и опускания градины может происходить многократно и сопровождаться увеличением ее массы и размера. Наконец градина, преодолевая сопротивление восходящих потоков воздуха, выпадает на землю. Градины неодинаковы по размеру: они могут быть величиной от горошины до куриного яйца.

Рис. 36. Схема образования града в облаках вертикального развития

Количество атмосферных осадков измеряют с помощью осадкомера. Многолетние наблюдения за количеством выпадающих осадков позволили установить общие закономерности их распространения по поверхности Земли. Наибольшее количество осадков выпадает в экваториальной полосе – в среднем 1500–2000 мм. В тропиках количество их снижается до 200–250 мм. В умеренных широтах происходит увеличение выпадающих осадков до 500–600 мм, а в полярных областях количество их не превышает 200 мм в год.

В пределах поясов также наблюдается значительная неравномерность в выпадении осадков. Она обусловлена направлением ветров и особенностями рельефа местности. Например, на западных склонах Скандинавских гор выпадает 1000 мм осадков, а на восточных – в два с лишним раза меньше. Есть на Земле места, где осадки практически отсутствуют. Например, в пустыне Атакама осадки выпадают раз в несколько лет, а по многолетним данным, величина их не превышает 1 мм в год. Очень сухо и в Центральной Сахаре, где среднее ежегодное количество осадков менее 50 мм.

В то же время в некоторых местах выпадает гигантское количество осадков. Например, в Черрапунджи – на южных склонах Гималаев их выпадает до 12 000 мм, а в отдельные годы – до 23 000 мм, на склонах горы Камерун в Африке – до 10 000 мм.

При наступлении более теплого воздуха и его соприкосновении с холодными предметами (чаще всего проводами, ветками деревьев) выпадает изморозь – налет рыхлых кристалликов льда и снега.

Давление атмосферы

Масса 1 м 3 воздуха на уровне моря при температуре 4 °C в среднем составляет 1 кг 300 г, что обусловливает существование атмосферного давления. Живые организмы, в том числе и здоровый человек, не ощущают этого давления, так как оно уравновешивается внутренним давлением организма.

За давлением воздуха и его изменениями ведутся систематические наблюдения на метеостанциях. Давление измеряют барометрами – ртутными и пружинными (анероидами). Измеряется давление в паскалях (Па). Давление атмосферы на широте 45° на высоте 0 м над уровнем моря при температуре 4 °C считается нормальным, оно соответствует 1013 гПа, или 760 мм ртутного столба, или 1 атмосфере.

Давление с высотой уменьшается в среднем на 1 гПа на каждые 8 м высоты. Пользуясь этим, можно, зная давление у поверхности Земли и на какой-то высоте, вычислить эту высоту. Разница давлений, например в 300 гПа, означает, что предмет находится на высоте 300 х 8 = 2400 м.

Если на карте соединить все точки с одинаковым давлением, то получившиеся линии – изобары покажут, как оно распределяется на поверхности Земли.

На картах изобар отчетливо проявляются две закономерности.

1. Давление изменяется от экватора к полюсам зонально. На экваторе оно пониженное, в тропических областях (особенно над океанами) – повышенное, в умеренных – переменное от сезона к сезону, а в полярных вновь повышается.

2. Над материками зимой устанавливается повышенное, а летом – пониженное давление. Это обусловлено тем, что суша зимой охлаждается и воздух над ней уплотняется, а летом, наоборот, над сушей воздух более теплый и менее плотный.

Ветры, их виды

Из области, где давление повышено, воздух перемещается, «течет» туда, где оно ниже. Движение воздуха называется ветром. Для наблюдения за ветром – его скоростью, направлением и силой – используют флюгер и анемометр. По результатам наблюдений за направлением ветра строят розу ветров (рис. 37) за месяц, сезон или год. Анализ розы ветров позволяет установить преобладающие направления ветров для данной местности.

Рис. 37. Роза ветров

Скорость ветра измеряют в метрах в секунду. При штиле скорость ветра не превышает 0 м/с. Ветер, скорость которого более 29 м/с, называется ураганом. Самые сильные ураганы отмечены в Антарктиде, где скорость ветра достигала 100 м/с.

Силу ветра измеряют в баллах, она зависит от его скорости и плотности воздуха. По шкале Бофорта штилю соответствует 0 баллов, а урагану максимальное количество баллов – 12.

Зная общие закономерности распределения атмосферного давления, можно установить направление основных потоков воздуха в нижних слоях атмосферы Земли (рис. 38).

Рис. 38. Схема общей циркуляции атмосферы

1. Из тропических и субтропических областей повышенного давления основной поток воздуха устремляется к экватору, в область постоянно низкого давления. Под влиянием отклоняющей силы вращения Земли эти потоки отклоняются вправо в Северном полушарии и влево – в Южном. Эти постоянно дующие ветры называют пассатами.

2. Часть тропического воздуха перемещается в умеренные широты. Это движение особенно активизируется летом, когда там господствует более низкое давление. Эти потоки воздуха в Северном полушарии также отклоняются вправо и принимают вначале юго-западное, а затем и западное направление, а в Южном – северо-западное, переходящее в западное. Таким образом, в умеренных широтах обоих полушарий преобладает западный перенос воздуха.

3. Из полярных областей высокого давления воздух перемещается в умеренные широты, принимая северо-восточное направление в Северном и юго-восточное – в Южном полушариях.

Пассаты, западные ветры умеренных широт и ветры из полярных областей называются планетарными и распределяются зонально.

4. Это распределение нарушается на восточных побережьях материков Северного полушария в умеренных широтах. В результате сезонного изменения давления над сушей и прилегающей водной поверхностью океана зимой здесь дуют ветры с суши на море, а летом – с моря на сушу. Эти ветры, изменяющие свое направление по сезонам, называют муссонами. Под действием отклоняющего влияния вращающейся Земли летние муссоны принимают юго-восточное направление, а зимние – северо-западное. Муссонные ветры особенно характерны для Дальнего Востока и Восточного Китая, в меньшей мере они проявляются на восточном побережье Северной Америки.

5. Кроме планетарных ветров и муссонов имеются локальные, так называемые местные ветры. Они возникают из-за особенностей рельефа, неравномерности нагревания подстилающей поверхности.

Бризы – береговые ветры, наблюдающиеся в ясную погоду на берегах водоемов: океанов, морей, крупных озер, водохранилищ и даже рек. Днем они дуют с водной поверхности (морской бриз), ночью – с суши (береговой бриз). Днем суша нагревается сильнее, чем море. Воздух над сушей поднимается, потоки воздуха с моря устремляются на его место, образуя дневной бриз. В тропических широтах дневные бризы – довольно сильные ветры, приносящие влагу и прохладу с моря.

Ночью поверхность воды нагрета сильнее, чем суша. Воздух поднимается вверх, а на его место устремляется воздух с суши. Образуется ночной бриз. По силе он обычно уступает дневному.

В горах наблюдаются фены – теплые и сухие ветры, дующие по склонам.

Если на пути движущегося холодного воздуха поднимаются подобно плотине невысокие горы, может возникнуть бора. Холодный воздух, преодолев невысокий барьер, с огромной силой обрушивается вниз, причем при этом происходит резкое понижение температуры. Бора известна под разными названиями: на Байкале это сарма, в Северной Америке – чинук, во Франции – мистраль и т. д. В России бора особенной силы достигает в Новороссийске.

Суховеи – это сухие и знойные ветры. Они характерны для засушливых районов земного шара. В Средней Азии суховей называют самумом, в Алжире – сирокко, в Египте – хатсином и т. д. Скорость ветра-суховея достигает 20 м/с, а температура воздуха – 40 °C. Относительная влажность при суховее резко падает и понижается до 10 %. Растения, испаряя влагу, высыхают на корню. В пустынях суховеи нередко сопровождаются пыльными бурями.

Направление и силу ветра необходимо учитывать при строительстве населенных пунктов, промышленных предприятий, жилищ. Ветер – один из важнейших источников альтернативной энергии, его используют для выработки электроэнергии, а также для работы мельниц, водокачек и др.