Образование облаков, осадки. Откуда берутся облака? Что такое облако в атмосфере

Л. Тарасов

Как и туманы, облака возникают в результате конденсации водяного пара в жидкое и твёрдое состояния. Конденсация происходит или вследствие увеличения абсолютной влажности воздуха, или в результате понижения температуры воздуха. На практике в образовании облаков участвуют оба фактора.

Формирование облаков в результате конвекции.

Формирование облаков над тёплым атмосферным фронтом.

Формирование облаков над холодным атмосферным фронтом.

Понижение температуры воздуха обусловлено, во-первых, подъёмом (восходящим движением) воздушных масс и, во-вторых, адвекцией воздушных масс — их перемещением в горизонтальном направлении, благодаря чему тёплый воздух может оказаться над холодной земной поверхностью.

Ограничимся обсуждением образования облаков, вызванного понижением температуры воздуха при восходящем движении. Очевидно, что такой процесс существенно отличается от образования тумана - ведь туман практически не поднимается вверх, он остаётся непосредственно у земной поверхности.

Что заставляет воздух подниматься вверх? Отметим четыре причины восходящего движения воздушных масс. Первая причина - конвекция воздуха в атмосфере. В жаркий день солнечные лучи сильно прогревают земную поверхность, она передаёт тепло приземным массам воздуха - и начинается их подъём. Кучевые и кучево-дождевые облака имеют чаще всего именно конвективное происхождение.

Процесс образования облака начинается с того, что некоторая воздушная масса поднимается вверх. По мере подъёма будет происходить расширение воздуха. Это расширение можно считать адиабатным, так как воздух поднимается относительно быстро, и поэтому при достаточно большом его объёме (а в образовании облака участвует действительно большой объём воздуха) теплообмен между поднимающимся воздухом и окружающей средой просто не успевает произойти за время подъёма. При адиабатном расширении воздух, не получая теплоты извне, совершает работу только за счёт собственной внутренней энергии, а потом охлаждается. Итак, поднимающийся вверх воздух будет охлаждаться.

Когда начальная температура Т 0 поднимающегося воздуха понизится до точки росы Т р, соответствующей упругости содержащегося в нём пара, станет возможным процесс конденсации этого пара. При наличии в атмосфере ядер конденсации (а они практически всегда присутствуют) этот процесс действительно начинается. Высота Н, на которой начинается конденсация пара, определяет нижнюю границу формирующегося облака. Её называют уровнем конденсации. В метеорологии применяют приближённую формулу для высоты Н (так называемую формулу Ферреля):

Н = 120(Т 0 -Т р),

где Н измеряется в метрах.

Продолжающий поступать снизу воздух пересекает уровень конденсации, и процесс конденсации пара происходит уже выше этого уровня - облако начинает развиваться в высоту. Вертикальное развитие облака прекратится тогда, когда воздух, охладившись, перестанет подниматься. При этом сформируется нечётко выраженная верхняя граница облака. Её называют уровнем свободной конвекции. Он располагается несколько выше уровня, на котором температура поднимающегося воздуха становится равной температуре окружающего воздуха.

Вторая причина подъёма воздушных масс обусловлена рельефом местности. Ветер, дующий вдоль земной поверхности, может встретить на своём пути горы или иные природные возвышения. Преодолевая их, воздушные массы вынуждены подниматься вверх. Образующиеся в данном случае облака называют облаками орографического происхождения (от греческого слова oros, означающего «гора»). Понятно, что такие облака не получают существенного развития в высоту (она ограничена высотой преодолеваемого воздухом возвышения); в этом случае возникают слоистые и слоисто-дождевые облака.

Третья причина подъёма воздушных масс - возникновение тёплых и холодных атмосферных фронтов. Образование облака происходит особенно интенсивно над тёплым фронтом - когда тёплая воздушная масса, надвигаясь на холодную массу воздуха, вынуждена скользить вверх по клину отступающего холодного воздуха. Фронтальная поверхность (поверхность холодного клина) очень пологая - тангенс угла её наклона к горизонтальной поверхности составляет всего 0,005-0,01. Поэтому восходящее движение тёплого воздуха мало отличается от горизонтального движения; как следствие облачность, возникающая над холодным клином, слабо развивается в высоту, но имеет значительную горизонтальную протяжённость. Такие облака называют облаками восходящего скольжения. В нижнем и среднем ярусах это слоисто-дождевые и высокослоистые облака, а в верхнем ярусе - перисто-слоистые и перистые (понятно, что облака верхнего яруса образуются уже далеко за линией атмосферного фронта). Горизонтальная протяжённость облаков восходящего скольжения может измеряться сотнями километров.

Образование облаков происходит также и над холодным атмосферным фронтом - когда наступающая холодная воздушная масса подвигается под массу тёплого воздуха и тем самым поднимает её. В этом случае наряду с облаками восходящего скольжения могут возникать также кучевые облака.

Четвёртая причина подъёма воздушных масс - циклоны. Воздушные массы, двигаясь вдоль поверхности земли, закручиваются к центру депрессии в циклоне. Накапливаясь там, они создают перепад давления по вертикали и устремляются вверх. Интенсивный подъём воздуха вплоть до границы тропосферы приводит к мощному облако-образованию - возникают облака циклонического происхождения. Это могут быть слоисто-дождевые, высокослоистые, кучево-дождевые облака. Из всех таких облаков выпадают осадки, создавая дождливую погоду, характерную для циклона.

По книге Л. В. Тарасова «Ветры и грозы в атмосфере Земли». - Долгопрудный: ИД «Интеллект» , 2011.
Информация о книгах издательского дома «Интеллект» - на сайте

Лёгкие, пушистые и воздушные облака – они ежедневно проплывают над нашими головами и заставляют поднимать вверх голову и любоваться причудливыми формами и оригинальными фигурами. Иногда сквозь них пробивается удивительного вида радуга, а бывает – утром или вечером во время заката или восхода Солнца облака озаряют солнечные лучи, придавая им невероятный, зачаровывающий дух оттенок. Ученые уже давно исследуют воздушные облака и другие виды облаков. Они дали ответы на вопросы, что это за явление и какие бывают облака.

На самом деле, не так уж и просто дать объяснение. Потому что состоят они из обыкновенных капелек воды, которые с поверхности Земли поднял вверх тёплый воздух. Самое большое количество водяных паров образуется над океанами (за один год вода здесь испаряется не менее 400 тыс. км. куб.), на суше – в четыре раза меньше.

А так как в верхних слоях атмосферы значительно холоднее, чем внизу, воздух там довольно быстро остывает, пар конденсируется, образуя малюсенькие частички из воды и льда, вследствие чего появляются белые облака. Вполне можно утверждать, что каждое облако является своеобразным генератором влаги, через который проходит вода.

Вода в облаке находится в газообразном, жидком и твердом состоянии. Вода в облаке и наличие в них ледяных частичек, влияют на внешний вид облаков, его формирование, а также на характер осадков. Именно от типа облака и зависит вода в облаке, например, у ливневых облаков наблюдается наибольшее количество воды, а у слоисто-дождевых этот показатель в 3 раза меньше. Вода в облаке характеризуется также тем количеством, которое запасено в них - водозапас облака (вода или лед, который содержится в столбе облака).

Но всё не так просто, поскольку для того, чтобы образовалось облако, капельки нуждаются в конденсационных зёрнах – мельчайших частицах пыли, дыма или соли (если речь идёт о море), к которым они должны прилипнуть и вокруг которых должны образоваться. Это значит, что даже если состав воздуха будет полностью перенасыщенный водяным паром, без пыли он не сможет превратится в облако.

Какую именно форму примут капли (вода), прежде всего зависит от температурных показателей в верхних слоях атмосферы:

• если температура воздуха атмосферы превышает -10°С, белые облака будут состоять из водяных капель;
• если температурные показатели атмосферы станут колебаться между -10°С и -15°С, то состав облаков будет смешанным (капельные + кристаллические);
• если температура в атмосфере ниже -15°С, белые облака будут содержать в себе ледяные кристаллики.

После соответствующих преобразований получится, что в 1 см3 облака содержится около 200 капель, при этом их радиус будет составлять от 1 до 50 мкм (средние показатели – от 1 до 10 мкм).

Классификация облаков

Каждый наверняка задавался вопросом, какие бывают облака? Обычно образование облаков происходит в тропосфере, верхняя граница которой в полярных широтах находится на расстоянии в 10 км, в умеренных – 12 км, в тропических – 18 км. Нередко можно наблюдать и другие виды. Например, перламутровые обычно расположены на высоте от 20 до 25 км, а серебристые – от 70 до 80 км.

В основном мы имеем возможность наблюдать за тропосферными облаками, которые подразделяются на такие виды облаков: верхнего, среднего и нижнего ярусов, а также вертикального развития. Практически все они (кроме последнего типа) появляются тогда, когда влажный тёплый воздух поднимается наверх.

Если воздушные массы тропосферы находятся в спокойном состоянии, образуются перистые, слоистые облака (перисто-слоистые, высокослоистые и слоисто-дождевые) и если воздух в тропосфере движется волнообразно, появляются кучевые облака (перисто-кучевые, высококучевые и слоисто-кучевые).

Облака верхнего яруса

Речь идёт о перистых, перисто-кучевых и перисто-слоистых облаках. Небо облака внешне напоминает перья, волны или вуаль. Все они полупрозрачные и более-менее свободно пропускают солнечные лучи. Они могут быть как чрезвычайно тонкими, так и довольно плотными (перисто-слоистые), значит, свету пробиваться через них тяжелее. Погода облаков сигнализирует о приближении теплового фронта.

Перистые облака также могут возникать выше облаков. Они располагаются полосами, которые пересекают небесный свод. В атмосфере они располагаются выше облаков. Как правило, осадкой из них не выпадает.

В средних широтах расположены белые облака верхнего яруса обычно на высоте от 6 до 13 км, в тропических – значительно выше (18 км). При этом толщина облаков может составлять от несколько сотен метров до сотен километров, которые могут располагаться выше облаков.

Движение облаков верхнего яруса по небосводу прежде всего зависит от скорости ветра, поэтому может варьироваться от 10 до 200 км/ч. Небо облака состоит из мелких ледяных кристалликов, но погода облаков осадков практических не дает (а если и дает, то измерить их на данный момент нет никакой возможности).

Облака среднего яруса (от 2 до 6 км)

Это кучевые облака и слоистые облака. В умеренных и полярных широтах они находятся на расстоянии от 2 до 7 км над Землёй, в тропических могут подниматься немного выше – до 8 км. Все они имеют смешанную структуру и состоят из водяных капелек, смешанных с ледяными кристаллами. Поскольку высота небольшая, в тёплое время года в основном состоят из водяных, в холодное – из ледяных капелек. Правда, осадки из них до поверхности нашей планеты не доходят – испаряются в дороге.

Кучевые облака немного прозрачные и располагаются выше облаков. Цвет облаков белого или серого оттенков, местами затемнённые, имеющие вид слоёв или параллельных рядов из округлых масс, валов или огромных хлопьев. Туманные или волнистые слоистые облака представляют собой пелену, которая постепенно закрывает небеса.

Образуются в основном тогда, когда холодный фронт вытесняет наверх тёплый. И, хотя осадки до земли не долетают, появление облаков среднего яруса почти всегда (кроме, может, башенковидных) сигнализирует о перемене погоды в худшую сторону (например, к грозе или к снегопадам). Происходит это из-за того, что сам по себе холодный воздух намного тяжелее тёплого и двигаясь вдоль поверхности нашей планеты, он очень быстро вытесняет нагретые воздушные массы наверх – поэтому из-за этого при резком вертикальном подъёме тёплого воздуха образуются сначала белые облака среднего яруса, а затем и дождевые облака, небо облака которого несет громы и молнии.

Облака нижнего яруса (до 2 км)

Слоистые облака, дождевые облака и кучевые облака содержат капельки воды, которые в холодное время года замерзают и превращаются в частицы снега и льда. Расположены они довольно невысоко – на расстоянии от 0,05 до 2 км и являют собой плотный, однородный низко нависающий покров, редко размещаются выше облаков (других видов). Цвет облаков серый. Слоистые облака похожи на большие валы. Погода облаков часто сопровождается осадками (мелкий дождь, снег, туман).

Облака вертикального развития (конвенции)

Кучевые облака сами по себе довольно плотные. По форме немного напоминают купола или башни с округлыми очертаниями. Кучевые облака при порывистом ветре могут становиться разорванными. Находятся они на расстоянии 800 метров от земной поверхности и выше, толщина составляет от 1 до 5 км. Некоторые из них способны преобразоваться в кучево-дождевые облака и располагаться выше облаков.

Кучево-дождевые облака могут находиться на довольно большой высоте (до 14 км). Нижние их уровни содержат воду, верхние – ледяные кристаллики. Их появление всегда сопровождается ливнями, грозами, в отдельных случаях – градом.

Кучевые и кучево-дождевые, в отличии от других облаков образуются только при очень быстром вертикальном подъеме влажного воздуха:

1. Влажный тёплый воздух чрезвычайно интенсивно поднимается вверх.
2. Наверху капельки воды замерзают, верхняя часть облака тяжелеет, опускается и вытягивается по направлению к ветру.
3. Через четверть часа начинается гроза.

Облака верхних слоёв атмосферы

Иногда в небе можно наблюдать за облаками, которые находятся в верхних слоях атмосферы. Например, на высоте от 20 до 30 км образуются перламутровые небесные облака, которые состоят в основном из ледяных кристаллов. А перед заходом или восходом Солнца нередко можно увидеть серебристые тучки, которые находятся в верхних слоях атмосферы, на расстоянии около 80 км (интересно, что эти небесные облака открыли только в 19 веке).

Облака этой категории могут размещаться выше облаков. Например, облако-шапка — это небольшое, горизонтальное и высоко-слоистое облако, которое зачастую располагается выше облаков, а именно выше кучево-дождевых и кучевых. Данный вид облака может образовываться выше облака из пепла или огненного облака в период извержения вулканов.

Сколько живут облака

Жизнь облаков напрямую зависит от влажности воздуха в атмосфере. Если её мало, они довольно быстро испаряются (например, есть белые облака, которые живут не более 10-15 минут). Если много – могут продержаться довольно длительное время, дождаться образования определённых условий, и выпасть на Землю в виде осадков.

Сколько бы не жило облако, оно никогда не находится в неизменном состоянии. Частицы, из которых оно состоит, постоянно испаряются и появляются снова. Если даже внешне облако не изменяет своей высоты, на самом деле оно находится в постоянном движении, поскольку находящиеся в нём капли опускаются, переходят в воздух под облаком и испаряются.

Облако в домашних условиях

Белые облака довольно нетрудно сделать в домашних условиях. Например, один нидерландский художник научился создавать его в квартире. Для этого он при определённой температуре, уровне влажности и освещения из дымовой машины выпустил немного пара. Облако, которое получается в состоянии продержаться несколько минут, чего будет вполне достаточно, чтобы сфотографировать удивительное явление.

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

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.

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 (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

Всем доводилось видеть облака. Они бывают большими и маленькими, почти прозрачными и совсем густыми, белыми или темными, предгрозовыми. Принимая различную форму, они напоминают животных и предметы. Но и почему они так выглядят? Об этом расскажем ниже.

Что такое облако

Тот, кто летал на самолете, наверняка "проходил" сквозь облако и заметил, что оно похоже на туман, только находится он не прямо над землей, а высоко в небе. Сравнение вполне логичное, ведь и то, и другое представляет собой обычный пар. А он, в свою очередь, состоит из микроскопических капелек воды. Откуда же они берутся?

Эта вода поднимается в воздух в результате испарения с поверхности земли и водоемов. Поэтому наибольшее скопление облаков наблюдается над морями. За год с их поверхности испаряется около 400 тысяч кубических километров, что в 4 раза превышает аналогичный показатель суши.

Какие бывают? Все зависит от состояния воды, которая их образует. Она может быть газообразной, жидкой или твердой. Может показаться удивительным, но некоторые облака действительно состоят из льдинок.

Мы уже выяснили, что облака образуются в результате скопления большого количества частичек воды. Но для завершения процесса необходимо связующее звено, к которому будут "липнуть" капли и собираться вместе. Зачастую эту роль выполняет пыль, дым или соль.

Классификация

От высоты расположения во многом зависит, из чего образуются облака и как они будут выглядеть. Как правило, белые массы, которые мы привыкли видеть на небе, появляются в тропосфере. Ее верхняя граница варьируется в зависимости от географического положения. Чем ближе территория к экватору, тем выше могут формироваться стандартные облака. Например, над местностью с тропическим климатом граница тропосферы располагается на высоте примерно 18 км, а за Полярным кругом - 10 км.

Образование облаков возможно и на больших высотах, но они в настоящее время мало изучены. Например, перламутровые появляются в стратосфере, а серебристые - в мезосфере.

Облака тропосферы условно делятся на типы в зависимости от того, на какой высоте они расположены - в верхнем, среднем или нижнем ярусе тропосферы. Движение воздуха также оказывает большое влияние на формирование облака. В спокойной среде образуются перистые и слоистые облака, но если тропосферы движутся неравномерно, повышается вероятность появления кучевых.

Верхний ярус

Этот промежуток охватывает участок неба на высоте более 6 км и до края тропосферы. Учитывая, что температура воздуха здесь не поднимается выше 0 градусов, несложно догадаться, из чего образуются облака в верхнем ярусе. Это может быть только лед.

По внешнему виду облака, расположенные здесь, подразделяются на 3 рода:

1. Перистые . Имеют волнистую структуру и могут выглядеть как отдельные нити, полосы или целые гряды.
2. Перисто-кучевые состоят из мелких шариков, завитков или хлопьев.
3. Перисто-слоистые представляют собой полупрозрачное подобие ткани, "накрывающей" небо. Облака такого типа могут растягиваться на все небо или занимать только небольшой участок.

Высота облака, находящегося в верхнем ярусе, может сильно варьироваться в зависимости от различных факторов. Это могут быть и несколько сотен метров, и десятки километров.

Средний и нижний ярус

Средний ярус - это часть тропосферы, расположенная обычно в промежутке между 2 и 6 км. Здесь встречаются высококучевые облака, представляющие собой объемные серые или белые массы. Состоят они из воды в теплое время года и, соответственно, изо льда в холодное. Второй тип облаков - высокослоистые. Они имеют и зачастую полностью накрывают небо. Такие облака несут осадки в виде моросящего дождя или мелкого снега, но они редко долетают до поверхности земли.

Нижний ярус представляет собой непосредственно находящееся над нами небо. Облака здесь могут быть 4 типов:

1. Слоисто-кучевые в виде глыб или валов серого цвета. Могут нести осадки, кроме тех случаев, когда температура слишком низкая.
2. Слоистые . Располагаются ниже всех остальных, имеют серый цвет.
3. Слоисто-дождевые. Как можно понять по названию, несут осадки, причем, как правил, они имеют обложной характер. Это серые облака, не имеющие определенной формы.
4. Кучевые . Одни из самых узнаваемых облаков. Выглядят, как мощные кучи и клубы с практически плоским основанием. Осадков такие облака не приносят.

Существует еще один вид, не входящий в общий список. Это кучево-дождевые облака. Они развиваются вертикально и присутствуют в каждом из трех ярусов. Такие облака приносят ливни, грозы и град, поэтому зачастую их называют грозовыми, или ливневыми.

Продолжительность жизни облака

Для тех, кто знает, из чего образуются облака, интересным может быть и вопрос о сроке их жизни. Здесь большое значение играет уровень влажности. Она является своеобразным источником жизненных сил для облаков. Если воздух в тропосфере достаточно сухой, то облако не сможет просуществовать долго. Если же влажность высока, оно может дольше парить в небе, пока не станет более мощным для того, чтобы произвести осадки.

Что касается формы облака, то срок ее жизни совсем мал. Частицы воды имеют свойство постоянно перемещаться, испаряться и появляться снова. Поэтому одна и та же форма облака не может сохраниться даже на 5 минут.