Как образуются дождь и снег. Дождь Смотреть что такое "дождь" в других словарях

Знает в наше время любой школьник, но все-таки стоит освежить знания. Водяной пар - невидимая, но всегда присутствующая составляющая воздуха, окружающего Землю. Во всех земных водоемах, начиная от океанов и морей и заканчивая небольшими прудами, постоянно происходит процесс испарения воды. Из жидкости она превращается в газообразный пар. Чем теплее вода, тем быстрее она испаряется, и чем больше площадь водоема, тем больше воды превращается в пар. Люди не видят этого испарения, водяной пар становится видимым там, где он охлаждается, где происходит конденсация, то есть на большой высоте. Конденсация - это процесс превращения невидимого пара на видимую жидкость. Основная роль в этом принадлежит солнечной энергии. Она поднимает пар высоко в небо и превращает в облака. Ветер, в свою очередь, разносит на большие расстояния, распределяя по территории земли жизненно необходимую влагу.

Механизм образования дождя

Как образуются капли дождя? Как только облако полностью насытилось и не может принимать влагу, внутри него начинается процесс падения наименьших капелек. Падая, они связываются с другими капельками, которые создают капли еще больше, и в результате можно наблюдать, как образуется дождь.

Во время ливня создаются большие капли, которые могут достигать 7 мм в диаметре. Капля мелкого дождика меньше чем полмиллиметра. Во время мелкого дождя капли практически не разделяются на отдельные, а все становится мокрым. Дождь - это на самом деле облако, которое сбрасывает само себя. Это наблюдается, когда капли или кристаллики, из которого оно создано, делаются излишне тяжелыми и выпадают в направлении Земли. Метеорологи выделяют несколько методов превращения капель в дождь. Как образуется дождь, зависит от того, через какие тучи проходят капли - теплые или холодные. Теплые тучи созданы из крошечных частичек воды. Падающие капли часто превращаются в пар в полете до земли. А бывают настолько большие, что обрушиваются на землю в виде ливня. Крохотная капелька проходит сквозь тучу, при этом она сталкивается с другими капельками, и, уже объединившись, они создают большую каплю. Такая капля собирает другие капли на своем пути вниз. Воздух, который проносится вокруг скоростной капли, притягивает крошечные капли, увеличивая ее вес. Иногда она становится настолько тяжелой, что падает с высоты в лужу.

Откуда берутся снежинки?

Дождь, снег - все эти явления изучают метеорологи и синоптики, чтобы предусмотреть их и вовремя предупредить население о непогоде. В холодных тучах капли зарождаются кристалликами льда. Холодные облака формируются высоко в небе и переносятся в районы, где температура всегда за пределом замерзания (0 о С). Такие облака являются смесью водных капель и кристалликов льда. Когда вода испаряется из жидких капель, она примыкает к кристалликам, замерзая и превращаясь в твердое тело. Когда кристаллики вырастают и набирают влагу, они превращаются в снежинки и падают сквозь облако. Но если снаружи не слишком холодно, снежинки существуют недолго. Они спускаются в слои теплого воздуха и начинают таять, вновь превращаясь в дождевые капли. Как возникают снежинки? Если в облаке находятся зоны разной температуры и влажности, оно превращается в снежную машину. Влажный теплый воздух, который несет с собой капли воды, проходит в сухие холодные зоны облака. Благодаря низкой температуре капельки замерзают и образуют ядро будущей снежинки. Вокруг ядра в определенном порядке собираются частички теплой воды, превращаясь в снежный кристаллик. Каждая снежинка состоит из 2-200 отдельных кристаллов. Кристаллики образуются в холодных облаках высоко над землей, где температура может понижаться до -40 о С и водяной пар замерзает, превратившись в лед. Снежный кристалл оставляет облако и падает на землю. Снег кажется кристально чистым, когда выпадает, но на самом деле большинство снежинок создаются вокруг крошечных частичек пыли, которые ветер принес в небо, водяной пар может кристаллизоваться даже вокруг маленьких частичек дыма. Если рассмотреть в мощные микроскопы, можно увидеть эти частички, которые прячутся внутри снежинок. Три четверти снежинок наросли вокруг крошечных, невидимых кусочков глины или земли.

Форма снежинок

Наверное, каждый человек имел возможность полюбоваться замысловатой формой снежинок, когда, плавно опускаясь с неба, они оседают на варежке или пальто. Каждая снежинка отличается формой и собственным особенным строением. Основная форма кристаллика снега зависит от температуры, при которой сформировалась снежинка. Чем выше находится туча, тем она холоднее. Из высоких в которых температура ниже -35 о С, создаются шестигранные призмы, когда температура облаков находится в пределах -3-0 о С, образуются снежинки в виде пластин. При температуре -5-3 о С образуются игольчатые снежинки, а от -8-5۫ о С в виде колонн. При -12-8 о С снова образуются пластинки. Если температура опускается ниже - снежинки приобретают форму звездочек. Увеличиваясь, снежинки становятся тяжелее и падают по направлению земли, их форма меняется. Если снежинки падают, вращаясь, их форма будет идеально симметричная, если опускаются, раскачиваясь в стороны, форма их становится неправильной.

Если воздух под снежной тучей теплее, чем 0 о С, снежинки при падении могут растаять, превращаясь в капли дождя, это объясняет, как образуется дождь и снег, переходящий в дождь. Но если воздух достаточно холодный, снежинки долетят к земле, укрыв ее белым покрывалом. Очутившись на земле, снежные кристаллики постепенно теряют свои утонченные узоры, спрессовываясь под действием других снежинок.

Когда выпадает иней?

Иней относится к твёрдым атмосферным осадкам, которые выпадают тонким слоем ледяных кристалликов. Появляется на земле и предметах при замерзающей почве, тихом ветре и чистом небе. При температуре ниже нуля он выпадает в виде шестиугольных кристаллов, при более низкой температуре - в виде пластинок, ниже -15 °C кристаллы инея принимают вид тупоконечных игл. Образуется иней на любых объектах, чья поверхность холоднее воздуха: на траве, земле, крышах, на стекле.

Кислотные дожди

(дождь, снег) с повышенным содержанием кислоты представляют собой Как образуются они? Источниками появления кислотных дождей могут быть как естественные процессы (вулканическая активность, разложение растительных остатков), так и промышленные выбросы, в первую очередь диоксида серы (SO 2) и оксидов азота (NO, NO 2 , N 2 O 3), при сжигании различных видов топлива. Соединяясь с влагой в атмосфере, образуют серную и азотную кислоты. Если кислотные вещества, растворившись в воздухе, попадают в атмосферу, насыщенную влагой, то кислоты выпадают на землю в Если вода, включающая кислоты, выпадает на растительность и на землю, она наносит вред флоре и фауне земли.

Разноцветные дожди

Иногда люди могут наблюдать такие явления, как цветные дожди. Цветной дождь - редкость, но он на самом деле может быть цветным. Как образуется дождь с разным цветом? Например, красный дождь был замечен в апреле 1970 года в Фессалониках в Греции. Мощный ветер над пустыней Сахара поднял очень много частичек красной глины высоко в небо, а потом перенес их в облака в небе над Грецией. Поток дождя смыл глину с облаков, но цвет дождя был некоторое время красным. В 1959 году в штате Массачусетс прошел дождь желто-зеленого цвета. Виновником оказалась весенняя пыльца из растений, поднятая ввысь. А еще в марте 1972 года выпал голубой снег во французских Альпах: этот снег окрасился минералами, принесенными из Сахары.

Длительные (от нескольких часов до суток и более) атмосферные осадки в виде дождя (обложной дождь) или снега (обложной снег), выпадающие на значительной площади с достаточно равномерной интенсивностью из слоисто-дождевых и высоко-слоистых облаков на теплом фронте. Обложные осадки хорошо увлажняют почву.

Дождь - жидкие осадки в виде капель диаметром от 0.5 до 5 мм. Отдельные капли дождя оставляют на поверхности воды след в виде расходящегося круга, а на поверхности сухих предметов - в виде мокрого пятна.

Переохлаждённый дождь - жидкие осадки в виде капель диаметром от 0.5 до 5 мм, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0…-10°, иногда до -15°) - падая на предметы, капли смерзаются и образуется гололёд. Переохлажденный дождь образуется, когда падающие снежинки попадают в слой теплого воздуха, глубокий достаточно для того, чтобы снежинки полностью растаяли и превратились в капельки дождя. По мере того, как эти капельки продолжают падать, они проходят тонкий слой холодного воздуха над поверхностью земли и их температура становится ниже температуры замерзания. Тем не менее, сами капли не замерзают, поэтому это явление назвали переохлаждением (или образованием "переохлажденных капель").

Ледяной дождь - твердые осадки, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0…-10°, иногда до -15°) в виде твёрдых прозрачных шариков льда диаметром 1-3 мм. Образуются при замерзании капель дождя, когда они падают сквозь нижний слой воздуха с отрицательной температурой. Внутри шариков находится незамёрзшая вода - падая на предметы, шарики разбиваются на скорлупки, вода вытекает и образуется гололёд.

Снег - твердые осадки, выпадающие (чаще всего при отрицательной температуре воздуха) в виде снежных кристаллов (снежинок) или хлопьев. При слабом снеге горизонтальная видимость (если нет других явлений - дымки, тумана и т. п.) составляет 4-10 км, при умеренном 1-3 км, при сильном снеге - менее 1000 м (при этом усиление снегопада происходит постепенно, так что значения видимости 1-2 км и менее наблюдаются не ранее чем через час после начала снегопада). В морозную погоду (температура воздуха ниже -10…-15°) слабый снег может выпадать из малооблачного неба. Отдельно отмечается явление мокрый снег - смешанные осадки, выпадающие при положительной температуре воздуха в виде хлопьев тающего снега.

Дождь со снегом - смешанные осадки, выпадающие (чаще всего при положительной температуре воздуха) в виде смеси капель и снежинок. Если дождь со снегом выпадает при отрицательной температуре воздуха, частицы осадков намерзают на предметы и образуется гололёд.

Моросящие осадки

Морось - жидкие осадки в виде очень мелких капель (диаметром менее 0.5 мм), как бы парящих в воздухе. Сухая поверхность намокает медленно и равномерно. Осаждаясь на поверхность воды не образует на ней расходящихся кругов.

Переохлаждённая морось - жидкие осадки в виде очень мелких капель (диаметром менее 0.5 мм), как бы парящих в воздухе, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0…-10°, иногда до -15°) - оседая на предметы, капли смерзаются и образуется гололёд.

Снежные зёрна - твердые осадки в виде мелких непрозрачных белых частиц (палочек, крупинок, зёрен) диаметром менее 2 мм, выпадающие при отрицательной температуре воздуха.

Туман - скопление продуктов конденсации (капель или кристаллов, или тех и других вместе), взвешенных в воздухе, непосредственно над поверхностью земли. Помутнение воздуха, вызванное таким скоплением. Обычно эти два значения слова туман не различаются. При тумане горизонтальная видимость менее 1 км. В противном случае помутнение называется дымкой.

Ливневые осадки

Ливень - кратковременные атмосферные осадки, обычно в виде дождя (иногда - мокрого снега, крупы), отличающиеся большой интенсивностью (до 100 мм/ч). Возникают в неустойчивых воздушных массах на холодном фронте или в результате конвекции. Обычно ливневый дождь покрывает сравнительно небольшую территорию.

Ливневый дождь - дождь ливневого характера.

Ливневый снег - снег ливневого характера. Характеризуется резкими колебаниями горизонтальной видимости от 6-10 км до 2-4 км (а порой до 500-1000 м, в ряде случаев даже 100-200 м) в течение периода времени от нескольких минут до получаса (снежные «заряды»).

Ливневый дождь со снегом - смешанные осадки ливневого характера, выпадающие (чаще всего при положительной температуре воздуха) в виде смеси капель и снежинок. Если ливневой дождь со снегом выпадает при отрицательной температуре воздуха, частицы осадков намерзают на предметы и образуется гололёд.

Снежная крупа - твердые осадки ливневого характера, выпадающие при температуре воздуха около нуля° и имеющие вид непрозрачных белых крупинок диаметром 2-5 мм; крупинки хрупкие, легко раздавливаются пальцами. Нередко выпадает перед ливневым снегом или одновременно с ним.

Ледяная крупа - твердые осадки ливневого характера, выпадающие при температуре воздуха от +5 до +10° в виде прозрачных (или полупрозрачных) ледяных крупинок диаметром 1-3 мм; в центре крупинок - непрозрачное ядро. Крупинки достаточно твёрдые (раздавливаются пальцами с некоторым усилием), при падении на твёрдую поверхность отскакивают. В ряде случаев крупинки могут быть покрыты водяной плёнкой (или выпадать вместе с капельками воды), и если температура воздуха ниже нуля°, то падая на предметы, крупинки смерзаются и образуется гололёд.

Град - твердые осадки, выпадающие в теплое время года (при температуре воздуха выше +10°) в виде кусочков льда различной формы и размеров: обычно диаметр градин составляет 2-5 мм, но в ряде случаев отдельные градины достигают размеров голубиного и даже куриного яйца (тогда град наносит значительные повреждения растительности, поверхностей автомобилей, разбивает оконные стёкла и т. д.). Продолжительность града обычно невелика - от 1-2 до 10-20 минут. В большинстве случаев град сопровождается ливневым дождём и грозой.

Ледяные иглы - твёрдые осадки в виде мельчайших ледяных кристаллов, парящих в воздухе, образующиеся в морозную погоду (температура воздуха ниже -10…-15°). Днём сверкают в свете лучей солнца, ночью - в лучах луны или при свете фонарей. Нередко ледяные иглы образуют в ночное время красивые светящиеся «столбы», идущие от фонарей вверх в небо. Наблюдаются чаще всего при ясном или малооблачном небе, иногда выпадают из перисто-слоистых или перистых облаков.

Характер выпадения осадков и их тип тесно связаны с формой и структурой облаков. По характеру выпадения атмосферные осадки подразделяются на ливневые, обложные и моросящие.

Очень интенсивны, но кратковременны. Очень характерна для них внезапность начала и конца выпадения. Наблюдаются над небольшой площадью. Выпадают из кучево- дождевых облаков в виде крупных капель или больших хлопьев снега. Ливневые осадки могут выпадать также в виде мокрого снега, града, снежной или ледяной крупы.

Обложные осадки - умеренные, они продолжаются от нескольких часов до нескольких суток. Выпадают обычно из слоисто-дождевых облаков, иногда из высокослоистых, слоисто-кучевых, слоистых и других облаков перед прохождением теплого фронта или фронта окклюзии теплого типа; они захватывают вдоль фронта большие пространства шириной до 400 км и более.

Моросящие осадки - это или осадки в виде очень мелких капелек, почти незаметных для глаза (морось), или очень мелкие снежинки; выпадают обычно из оплошных плотных слоистых облаков или из тумана.

Дождь и снег

Если во время облачной с осадками погоды дождь или снег выпадает временами и бывает довольно сильным-это признак улучшения погоды.

Ослабление дождя или снега к вечеру предвещает улучшение погоды.

Сильный дождь пли снег ночью или рано утром при слабом ветре или штиле чаще всего предвещает солнечный день (прояснение наступает обычно около полудня).

Интенсивный дождь или снег утром при сильном или штормовом ветре - признак плохой погоды на весь день.

Если дождь или снег прекращается после полудня или вечером без прояснения неба, то на следующий день надо ожидать выпадения нового дождя или снега.

Теплый дождь чаще всего выпадает при уменьшении атмосферного давления, а холодный - при повышении.

Наиболее обильные снегопады и сильные метели бывают обычно при температурах, близких к 0°. Чем сильнее морозы, тем менее вероятны снегопады и метели.

Если дождь перед ветром, надо ждать дальнейшего усиления ветра.

Ливень при солнечном сиянии означает, что завтра опять будет дождь.

Чаще всего град выпадает непродолжительное время и на ограниченной площади, обычно в виде узкой полосы или двух параллельных полос. Наблюдается град только при положительных температурах из кучево-дождевых облаков.

Выпадение града почти всегда связано с прохождением холодного фронта или фронта окклюзии холодного типа и соп­ровождается грозами, ливнями и шквалами, которые преимуще­ственно проходят в северном и южном полушариях с западной стороны горизонта.

Роса и иней

В ясную ночь при слабом ветре или штиле вследствие потери тепла путем излучения земная поверхность и прилегающий к ней слой воздуха сильно охлаждаются. Когда температура подстилающей поверхности и температура приземного слоя воздуха упадут ниже точки росы, произойдет конденсация водяного пара, если точка росы выше 0°, или сублимация, если точка росы ниже 0°. В первом случае на земной поверхности и предметах, в том числе и на верхней палубе судов, образуются капельки воды - роса, во втором - кристаллики льда - иней.

Появлению росы и инея благоприятствуют безоблачная тихая погода, длительная ночь, большая абсолютная и относительная влажность воздуха.

Обильная роса или иней, образовавшиеся после захода солнца и исчезающие только после восхода солнца - признак антициклональной погоды. При этом, если после восхода солнца наблюдается штиль или слабый ветер, то можно ожидать, что антициклональная погода продлится 12 ч и более, если же на­блюдается умеренный ветер, то такая погода остановится на 6 ч и более.

Роса или иней, образовавшиеся после захода и исчезающие до восхода солнца, - признак перехода к погоде циклонального характера, часто уже в течение ближайших 12 ч.

Сильная вечерняя роса (или иней) является признаком хорошей погоды, но если она образуется во время тумана, то это свидетельствует о наступающей перемене погоды к циклональной.

Тихая ясная ночь без росы или инея - признак перехода в ближайшие 6 - 12 ч к циклональной погоде с осадками.

Жидкий и твердый налет

Образование жидкого или твердого налета на вертикальных предметах, наблюдаемое чаще всего в холодный период года, - признак распространения на данный район теплой устойчивой воздушной массы, можно ожидать продолжительной пасмурной погоды с низкой слоистой облачностью, туманом, моросящими осадками и слабыми ветрами.

Образование жидкого налета в теплое время года, что случается нечасто, - признак обильного ливневого дождя, иногда грозы.

Туманы

Туманом называется конденсация водяного пара в приземном слое воздуха, при которой горизонтальная видимость предметов становится менее 0,6 кбт Разреженный туман, при котором горизонтальная видимость от 06 кбт до 6 миль, называется дымкой.
По условиям образования туманы разделяют на три типа радиационные, образующиеся вследствие ночного охлаждения земной поверхности, адвективные, возникающие при надвижении теплой массы воздуха на холодную подстилающую поверхность; туманы испарения, образующиеся в холодное время года над теплой водной поверхностью.

Радиационные туманы возникают в прибрежной полосе моря и на берегу в низких и сырых местах, расстилаясь белой пеленой; после восхода солнца такие туманы рассеиваются.

Туманы адвекции и испарения отличаются от радиационных большой продолжительностью существования и огромными раз­мерами распространения Над океанами и морями они наблюдаются как в прибрежных, так и в открытых районах.

Для предсказания предстоящей погоды наибольшее значение имеют радиационные туманы.

1. Поземный радиационный туман (невысокий туман - до 2 м), образующийся после захода солнца и рассеивающийся только после его восхода, - признак, что антициклональная погода со штилями и слабыми ветрами продлится 12 ч и более.
2. Поземный радиационный туман, образующийся после захода солнца и рассеивающийся до его восхода, - признак перехода к циклональной погоде в ближайшие 6 - 12 ч.
3. Сплошной радиационный туман (туман, при котором не видно неба), образующийся после захода солнца при штиле или слабом ветре и рассеивающийся утром или до полудня,- признак того, что антициклональная погода продержится 12 ч и более.
4. Сплошной туман, образующийся в любое время суток при умеренном ветре на море, часто появляющийся в виде на­двигающейся по ветру стены, - признак, что такая погода продлится 6 ч и более.
5. Нередко за ночь долины заполняются мощным слоем плотного тумана, который утром приподнимается, превращается в низкие слоистые облака и постепенно рассеивается Иногда утром из облаков выпадают моросящие осадки. Такой туман - признак сохранения тихой антициклональной погоды на сутки и более.

Привет дорогие друзья! В данной статье я хочу Вам рассказать о том как образуются различные осадки, что это за процесс и где он формируется.

Все мы, в своей жизни видели различные осадки, но скорее всего, никогда не задумывались, откуда они формируются, какие бывают виды осадков, и с какими процессами в все это связанно, как определить какая завтра будет погода… Рассмотрим осадки и их виды.

Атмосферные осадки – это содержащаяся влага в которая выпадает на Землю в разных видах: снег, дождь, град и т. д. Измеряются осадки толщиной выпавшего шара воды в миллиметрах. В среднем в год на земном шаре выпадает около 1000 мм осадков в год, а в высоких широтах и пустынях – меньше 250 мм в год.

Крошечные капельки водяного пара в облаке движутся вверх-вниз, а не висят. Когда они опускаются вниз – сливаются с другими капельками воды, пака вес им не позволит пробиться сквозь восходящий воздух, который их создал. Этот процесс называется «коалесценция» (слияние). Давайте обсудим с Вами основные виды осадков.

Согласно теории шведского метеоролога Бергерона, которая была выдвинута в 1930-е годы, причиной снега и дождя являются переохлажденные капельки воды, которые в облаках образуют кристаллы льда. В зависимости от того, растают эти кристаллы во время падения или нет – они выпадают на Землю в виде дождя или снега.

При движении кристаллов в облаках вверх-вниз на них нарастают новые слои, таким образом, образуется град. Этот процесс называется «аккреция» (нарастание).

Когда водяной пар при температурах от -4°С до — 15°С, конденсируется в облаке – кристаллы льда слипаются и образуются в снежинки, таким образом, образуется снег.

Форма и размер снежинок зависят от температуры воздуха и силы ветров, при которых они падают. На поверхности снежинки образуют снежный покров, который отбивает больше половины лучевой энергии Солнца, а наиболее чистый и сухой снег – до 90% солнечных лучей.

Это охлаждает покрытые снегом территории. Снежный покров способен излучать тепловую энергию, и поэтому даже то незначительное тепло, которое у него есть, быстро идет в атмосферу.

Образующаяся вода при конденсации водяного пара – это дождь. Он выпадает из облаков и достигает поверхности Земли в виде капель жидкости. Сильные, слабые и умеренные (ливневые) дожди отличают, в зависимости от объема осадков, выпавших в определенный промежуток времени.

Интенсивность слабого дождя меняется от очень низкой до 2,5 мм/ч; умеренного дождя – от 2,8 до 8 мм/ч и при сильном дожде больше 8 мм/ч или больше чем 0,8 мм за 6 мин. При сплошной облачности на значительной территории обложные затяжные дожди, обычно слабые и состоят из мелких капелек.

На небольших территориях дожди, как правило, более интенсивные и состоят из более больших капелек. Атмосферные осадки в виде очень мелких капелек, которые очень медленно выпадают из тумана или облаков – это морось.

Так же выделяют и другие осадки: ледяной дождь, ледяная крупа, снежные зерна, снежная крупа и т. д. Но об этом я не буду писать, потому что из написанного выше примера основных осадков, можно теперь самому четко понять все эти значения. Все эти осадка имеют следующие последствия: гололед, обмерзшие деревья… и они очень похожи между собой.

Облачность.

Ее можно определить на глаз. Она изменяется в октах по 8-ми бальной шкале. Например, 0 окт – безоблачное небо, 4 окты – облаками закрыто полнеба, 8 окт – сплошная облачность. Погоду можно определить и без метеопрогнозов.

Она имеет местный характер: где-то идет дождь, а в нескольких км от него – стоит ясная погода. Иногда, это могут быть не километры, а метры (на одной стороне улицы ясно, а на другой идет дождь), я сама была неоднократно очевидцем такого дождя.

Многие рыбаки и жители сельской местности, а так же люди в преклонном возрасте, способны гораздо лучше спрогнозировать погоду в своей местности, изучая облака.

Во время заката красные облака на небе – часто гарантируют ясную погоду на следующий день. Грозы летом и град зимой – несут облака медного оттенка с яркими серебристыми краями. Бурю предвещает – рассветное небо, покрытое кроваво-красными пятнами.

Окончание периода установившейся погоды, нередко предвещает небо в «барашках» перисто-кучевых облаков. На изменение погоды часто указывают, высоко в небе, перистые облака («конские хвосты»). Грозы с дождем, снегом или градом, обычно приносят кучево-дождевые облака.

Обо всех видах облаков можно посмотреть подробнее

Ну вот, теперь мы рассмотрели все важные для нас осадки, и знаем основные приметы погоды 🙂

Обычно под естественными природными богатствами понимают лишь минералы, добываемые из недр Земли. Однако в последние годы ученые стали уделять много внимания «богатствам атмосферы», а именно дождю и снегу. Все чаще из разных частей света приходят сооб­щения о нехватке воды. Это явление особенно харак­терно для засушливых и полузасушливых районов. К сожалению, оно не ограничивается только этими ме­стами. В связи с увеличением населения Земли в сель­ском хозяйстве более широко применяется ирригация, растет, распространяясь по всему земному шару, про­мышленность. А это с каждым годом увеличивает по­требность в пресной воде. В ряде областей недостаток дешевой воды является важнейшим фактором, ограни­чивающим рост экономики.

В настоящее время имеется всего два основных источника пресной воды: 1) накопленная вода в озерах и подземных слоях, 2) вода в атмосфере в виде дождя и снега.

В последнее время были предприняты большие уси­лия по разработке средств опреснения воды в океанах. Однако вода, получаемая подобным путем, еще слишком дорога, чтобы ее можно было использовать для агротех­нических и промышленных целей.

Воды озер имеют большое значение для близ расположенных населенных пунктов. Но если озера удалены от населенных пунктов на несколько сотен километров, зна­чение их почти полностью утрачивается, так как про­кладка труб, установка и эксплуатация насосов слишком удорожают стоимость доставляемой воды. Вероятно, мо­жет показаться удивительным тот факт, что в периоды продолжительной жаркой погоды с малым количеством осадков некоторые пригороды Чикаго испытывают серьезную нехватку воды, несмотря на то что они нахо­дятся менее чем в 80 км от одного из величайших хра­нилищ пресной воды- озера Мичиган.

В некоторых районах, например в южной части штата Аризона, большая доля воды, используемой для иррига­ции и городского хозяйства, добывается из подземных водоносных слоев. К сожалению, водоносные слои по­полняются просачивающейся дождевой водой весьма не­значительно. Та вода, которая добывается в настоящее время из-под земли, весьма древнего происхождения: она осталась там еще со времен обледенения. Количество такой воды, называемой реликтовой, ограничено. Есте­ственно, что при интенсивной добыче воды с помощью насосов уровень ее все время понижается. Несомненно, что общее количество подземной воды достаточно ве­лико. Однако с чем больших глубин добывается вода, тем она дороже. Поэтому для некоторых районов должны изыскиваться другие, более рентабельные источники пресной воды.

Одним из таких источников является атмосфера. Благодаря испарению с морей и океанов в атмосфере существует большое количество влаги. Как часто гово­рят, атмосфера представляет собой океан с низкой плот­ностью воды. Если взять столб воздуха, простирающийся от поверхности земли до высоты 10 км , и сконденсиро­вать весь водяной пар, содержащийся в нем, то толщина слоя полученной воды будет лежать в диапазоне от нескольких десятых долей сантиметра до 5 см . Наимень­ший слой воды дает холодный и сухой воздух, наиболь­ший- теплый и влажный. Например, в южной части штата Аризона в июле и августе толщина слоя воды, содержащейся в столбе атмосферы, составляет в сред­нем более 2,5 см . На первый взгляд это количество воды кажется небольшим. Однако если учесть общую пло­щадь, занимаемую штатом Аризона, то получится весьма внушительная цифра. Следует также заметить, что за­пасы этой воды практически неисчерпаемы, так как во время ветров воздух штата Аризона постоянно насыщен влагой.

Естественно возникает жизненно важный вопрос: ка­кое же количество водяного пара может выпасть в виде дождя или снега в данной местности? Метеорологи фор­мулируют этот вопрос несколько иначе. Они спраши­вают, насколько эффективны в этом районе процессы образования дождя. Другими словами, какая часть воды (в процентах), находящейся над данной поверхностью в виде пара, действительно достигнет земли? Эффектив­ность процессов образования дождя различна в разных частях земного шара.

В холодных и влажных районах, как, например, на полуострове Аляска, эффективность близка к 100%. С другой стороны, для таких засушливых районов, как штат Аризона, эффективность в течение сезона летних дождей составляет всего около 5%. Если бы удалось уве­личить эффективность даже на очень малую величину, скажем, до 6%, выпадение дождей возросло бы на 20%. К сожалению, пока мы еще не знаем, как этого достичь. Данная задача - проблема преобразования природы, которую ученые всего мира пытаются решить в течение многих лет. Попытки активных воздействий с целью стимулирования процессов образования дождя начались еще в 1946 г., когда Ленгмюр и Шефер показали, что возможно искусственно вызывать осадки из определен­ных типов облаков, засевая их ядрами сухого льда. С тех пор в методах воздействия па облака достигнут опре­деленный прогресс. Однако еще нет достаточных осно­ваний считать, что количество осадков из какой-либо системы облаков может быть искусственно увели­чено.

Основная причина, по которой метеорологи в настоя­щее время еще не могут изменять погоду, заключается в недостаточном знании процессов образования осадков. К сожалению, мы еще не всегда знаем природу образо­вания дождя в различных случаях.

ЛЕТНИЕ ЛИВНИ И ГРОЗЫ

Еще не так давно метеорологи считали, что все осад­ки образуются в виде твердых частиц. Попадая в теплый воздух вблизи поверхности земли, ледяные кристаллы или снежинки тают и превращаются в капли дождя. Та­кое представление основывалось на фундаментальной работе Бержерона, опубликованной им в начале 30-х го­дов. В настоящий момент мы уверены в том, что процесс образования осадков, описанный Бержероном, действи­тельно имеет место в большинстве случаев, но не яв­ляется единственно возможным.

Однако возможен и иной процесс, известный под названием коагуляции. При этом процессе дождевые капли растут за счет их столкновения и слияния с более мелкими облачными частицами. Для образования дождя за счет коагуляции наличие ледяных кристаллов уже необязательно. Напротив, в этом случае должны существо­вать крупные частицы, которые падают быстрее, чем остальные, и производят много соударений.

Радиолокация сыграла важную роль в подтвержде­нии того обстоятельства, что процесс коагуляции в обла­ках конвективного развития протекает весьма эффек­тивно. Конвективные облака, напоминающие цветную капусту, иногда перерастают в грозовые. С помощью радиолокаторов с вертикально сканирующими антеннами можно наблюдать процесс развития таких облаков и от­метить, на каких высотах появляются первые частицы осадков.

Исследование роста области крупных частиц вверх и вниз может быть выполнено только при непрерывном наблюдении за одним и тем же облаком. Таким методом были получены серии наблюдений, одна из которых по­казана на рис. 20. Серия состоит из 11 различных радио­локационных наблюдений, иллюстрированных фотограм­мами с интервалами от 10 до 80 секунд.

Как видно из приведенной на рис. 20 серии наблюде­ний, первичное радиоэхо простиралось до высоты около 3000 м , где температура была 10° С. Далее радиоэхо быстро развивалось как вверх, так и вниз. Однако даже тогда, когда оно достигло максимальных размеров, вер­шина его не превышала 6000 м , где температура состав­ляла около 0°С. Очевидно, нет оснований считать, что дождь в этом облаке мог образоваться из ледяных кри­сталлов, так как зона осадков возникла в области поло­жительных температур.

Большое количество подобных радиолокационных наблюдений было произведено в разных районах США, Австралии и Англии. Такие наблюдения позволяют счи­тать, что в образовании ливневых осадков процесс коагу­ляции играет главную роль. Возникает вопрос, почему этот важный факт не был установлен до применения радиолокации. Одна из главных причин, объясняющих это обстоятельство, состоит в том, что невозможно опре­делить, где и когда возникают в облаке первые частицы осадков. Следует заметить, что при выпадении дождя вершина облака может простираться до высоты в не­сколько тысяч метров, достигая области с температура­ми -15° С и ниже, где существует множество ледяных кристаллов. Это обстоятельство и приводило ранее к ошибочному заключению, что ледяные кристаллы яв­ляются источниками осадков.

В настоящее время мы, к сожалению, еще не знаем относительной роли обоих механизмов образования дождя. Более детальное изучение этого вопроса поможет метеорологам успешнее развивать методы искусственного воздействия на облака.

НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА КОНВЕКТИВНЫХ ОБЛАКОВ

Радиолокационные наблюдения позволили более де­тально исследовать конвективные облака. Применяя раз­личные типы радиолокаторов, исследователи обнаружили, что в ряде случаев отдельные «башни» радиоэхо разви­ваются до очень больших высот. Так, например, в неко­торых случаях облака, имеющие диаметр 2-3 км, про­стираются до 12-13 км.

Мощные грозы обычно развиваются ступенчато. Вна­чале одна из башен радиоэхо растет, достигая высоты около 8000 м , затем снижается. Спустя несколько минут рядом с этой башней начинает вытягиваться вверх дру­гая, которая достигает большей высоты - примерно 12 км . Ступенчатый рост радиоэхо продолжается до тех пор, пока грозовое облако не достигнет стратосферы.

Таким образом, каждая башенка радиоэхо может рассматриваться как отдельный кирпич в общем здании или как единичная ячейка всей системы - грозового об­лака. Существование таких ячеек в грозовом облаке было постулировано в свое время Байерсом и Брехемом на основании результатов анализа большого количества метеорологических наблюдений, проведенных за различ­ными характеристиками гроз. Байерс и Брехем предпо­ложили, что грозовое облако состоит из одной или более таких ячеек, цикл жизни которых весьма непродолжи­телен. В то же время группа английских исследователей во главе со Скорером и Ладламом выдвинула свою тео­рию образования грозы. Они считали, что в каждом гро­зовом облаке есть большие пузыри.воздуха, поднимаю­щиеся от земли в верхние слои. Несмотря на различия в теориях образования грозы, обе эти теории все же предполагают, что развитие грозового облака происхо­дит ступенчато.

Исследования показали, что средние скорости роста башен радиоэхо в конвективных облаках составляют от 5 до 10 м/сек , а в некоторых типах грозовых облаков они могут быть и в два-три раза больше. Ясно, что в этом случае самолеты, попадающие в такие облака, испыты­вают значительную болтанку и перегрузки под действием сильных восходящих потоков и интенсивной турбулент­ности.

Каждому, кто пережидал грозу, известно, что она мо­жет длиться час или более. В то же время жизнь отдель­ной башенки или ячейки весьма коротка: как показывают радиолокационные наблюдения, примерно 23 минуты. Очевидно, что в большом грозовом облаке может быть множество ячеек, развивающихся последовательно одна за другой. В этом случае от момента появления дождя до его окончания может пройти значительно больше вре­мени, чем 23 минуты. В течение грозы, которая может продолжаться и несколько часов, интенсивность дождя не остается постоянной. Напротив, она то достигает максимума, то уменьшается почти до полного исчезнове­ния дождя. Каждое такое увеличение интенсивности дождя соответствует развитию очередной ячейки или башенки. Нетрудно убедиться в вышесказанном самому, если проследить с часами в руках за чередованием мак­симумов и минимумов интенсивности ливневого дождя.

ЗИМНИЕ ОСАДКИ

В теплое время года значительная часть осадков вы­падает из ливневых и грозовых облаков. Отдельные об­лака, простирающиеся до больших высот, дают осадки в виде локальных ливней. В образовании осадков из та­ких облаков важную роль играет процесс коагуляции. Как правило, отдельные облака имеют малые площади поперечного сечения, в них развиваются мощные восхо­дящие и нисходящие потоки, а продолжительность их существования не более часа.

Большинство осадков, выпадающих в. холодное время года, дают облака другого вида. Вместо локальных обла­ков в зимнее время появляются распространяющиеся по огромной площади облачные системы, существующие уже не часы, а дни. Такие облачные системы образуются вследствие очень медленного вертикального перемеще­ния воздуха (со скоростью менее 1 м/сек, в ряде случаев даже 10см/сек.).

Облака, из которых выпадает большая часть осад­ков, называются слоисто-дождевыми. Их форма обус­ловлена медленными, но продолжительными восходя­щими движениями воздуха в циклонах, возникающих в средних широтах и перемещающихся с западными те­чениями. Дожди из таких облачных систем обычно на­зывают обложными дождями. Они более однородны по своей структуре, чем дожди из конвективных облаков. Тем не менее при наблюдении за такими системами с помощью радиолокаторов внутри областей, где следо­вало было ожидать равномерного распределения осад­ков, обнаруживаются участки более высокой интенсив­ности осадков. Такие участки наблюдаются там, где скорости восходящих потоков заметно превышают сред­ние значения.

На рис. 21 приведена фотограмма типичной радиоло­кационной картины зимних осадков. Фотограмма полу­чена в Мак-Джилльском университете (Канада) с по­мощью радиолокатора с неподвижной вертикальной ан­тенной. Такой метод наблюдений давал разрез всей об­лачной системы, которая проходила над станцией. При­веденная фотограмма получалась путем экспонирова­ния пленки, медленно двигавшейся перед экраном инди­катора кругового обзора, на котором была видна одна только вертикальная линия развертки с изменяющейся по высоте яркостью в тех местах, где отмечалось радиоэхо. Таким образом, результирующая картина радиоэхо на фотограмме может рассматриваться как сумма мгно­венных картин, состоящая из множества близко рас­положенных вертикальных линий.

На фотограмме можно заметить, что на высоте бо­лее 2500 м наблюдаются наклонные стримеры, перехо­дящие в вертикальные и правильно расположенные яркие ячейки. Группа исследователей изМак-Джилльского университета, возглавлявшаяся Маршаллом, предполо­жила, что яркие ячейки представляют собой области, в ко­торых образуются кристаллы льда, а наклонные стри­меры - полосы падения осадков.

Если скорость ветра с высотой не меняется, то и ско­рость падения частиц осадков тоже постоянна. В этом случае нетрудно вывести простое соотношение, описываю­щее траекторию падения частиц. Для расчетов скоростей выпадения частиц Маршалл использовал метод наблю­дений с регистрацией картины радиоэхо на медленно движущуюся пленку. Проанализировав один из наиболее четко зафиксированных случаев и определив, что сред­няя скорость падения частиц составляла около 1,3 м/сек , Маршалл предположил, что частицы представляют собой конгломераты ледяных кристаллов.

При исследовании яркой линии радиоэхо (на фото­грамме это полоса на высоте около 2000 м ) становится очевидным, что зародившиеся частицы осадков, по край­ней мере в большей своей части, являются твердыми. Яркая полоса возникает несколько ниже уровня таяния, вблизи изотермы 0°С. Явление яркой полосы радиоэхо на фотограммах зимних осадков отмечалось многими исследователями и было детально изучено в последнее время.

Первым, кто дал удовлетворительное объяснение этому явлению, был Райд. Его гипотеза, разработанная в 1946 г., до сих пор считается правильной; позднее в нее другими исследователями были внесены некоторые уточ­нения.

Райд первым показал, что в том случае, когда раз­меры отражающих частиц много меньше длины волны, их отражательная способность в жидком состоянии при­мерно в пять раз выше, чем в твердом. Резкое возра­стание интенсивности радиоэхо ниже уровня нуле­вой изотермы происходит вследствие быстрого таяния падающих твердых частиц. Растаяв, частицы быстро пре­вращаются в сферические водяные капли, которые па­дают быстрее, чем снежинки. Увеличение скорости паде­ния частиц ниже изотермы 0°С и связанное с ним умень­шение их числа в единице объема воздуха, а следова­тельно, и внутри объема, освещенного лучом радиолока­тора, приводят к уменьшению интенсивности радиоэхо ниже слоя таяния. На рис. 21 видно, что полосы радио­эхо, расположенные ниже яркой линии, идут несколько круче, чем полосы радиоэхо, расположенные над ней. Большая крутизна полос падения в области ниже уровня таяния свидетельствует о том, что здесь частицы падают быстрее.

На основе анализа подобных наблюдений можно сде­лать вывод, что дожди, выпадающие из некоторых форм зимних облаков, возникают при очень низких темпера­турах. Даже в совершенно изолированных облаках об­разуются ледяные кристаллы, которые могут расти и увеличиваться в размерах до тех пор, пока не будут выпадать. При столкновении кристаллы объединяются в снежинки, которые движутся то траектории, определяе­мой их скоростями падения и ветром. Проникая в ниж­ние слои, снежинки могут попасть в облака, состоящие из маленьких переохлажденных капель, и продолжать свой рост за счет столкновения с ними. Сами по себе та­кие облака не могут быть обнаружены большинством современных радиолокаторов из-за малого размера ка­пель. Как только твердые частицы проходят уровень ну­левой изотермы, они быстро тают и увеличивают скорость своего падения. При попадании таких частиц в об­лака нижнего яруса они продолжают свой рост за счет столкновений и слияний с облачными каплями. Если температура у поверхности земли ниже 0°С, частицы осадков так и останутся в форме снежинок.

Однако не у всех широко распространенных систем облаков наблюдаются ясно выраженные стримеры выше уровня замерзания, подобные приведенным на рис. 22. В ряде случаев облака создают только отчетливые и яркие полосы радиоэхо, выше которых отсутствуют за­метные отражения. Такая картина, вероятно, возникает из-за того, что кристаллы льда, находящиеся выше яркой полосы, слишком малы, чтобы создать обнаруживаемое радиоэхо. При попадании таких кристаллов в область таяния увеличение их отражаемости происходит как за счет изменения фазового состояния, так и за счет даль­нейшего роста их размеров благодаря слиянию с более мелкими каплями.

Радиолокационные наблюдения привели к ряду важ­ных выводов. Было твердо установлено, что дождь, выпа­дающий из большинства облаков зимних форм и дости­гающий поверхности земли, образуется на больших вы­сотах в форме кристаллов льда. С другой стороны, вы­падение дождя из конвективных облаков зачастую про­исходит и при отсутствии ледяных кристаллов.

Когда исследователям удастся установить роль твердой фазы и процесса коагуляции в образовании осад­ков из данного типа облаков, появится реальная воз­можность активно воздействовать на них с целью искус­ственного вызывания осадков. Нет сомнения в том, что рано или поздно человек научится управлять облаками. Метеорологи всего мира объединяют свои усилия, чтобы ускорить решение этой задачи. Научившись управлять процессом осадкообразования, они смогут внести свой вклад в разрешение проблемы мировых водных ресурсов. Можно надеяться, что, когда появится возможность ис­кусственного регулирования осадков, будут найдены средства более эффективного их использования.