Продукты конденсации и сублимации на земной поверхности и наземных предметах

Продукты конденсации и сублимации на земной поверхности и наземных предметах

Соприкасаясь с охлажденной поверхностью почвы, растений и наземных предметов, воздух может охладиться до точки росы. При дальнейшем охлаждении избыток пара начинает конденсиро­ваться или сублимироваться на охлажденной поверхности. В за­висимости от температуры поверхности, а также температуры и влажности воздуха, могут образовываться роса, иней, изморозь, а при определенных условиях гололед.

Роса — мелкие капли»-воды, образующиеся на поверхности почвы, на камнях и на других наземных предметах, а также на листьях растений при температуре выше 0° С. Роса образуется вследствие радиационного охлаждения деятельной поверхности в ясные тихие ночи, когда температура поверхности и прилегаю­щего к ней воздуха опускается ниже точки росы и сконденсиро­вавшийся пар выделяется на поверхности в виде капелек воды. Роса исчезает вскоре после восхода Солнца вследствие испарения.

Роса является ресурсом влаги для растений, особенно важным* в засушливых районах, где в течение теплого периода она дает 10—30 мм осадков (100—300 т воды на 1 га). Однако в период уборки урожая роса затрудняет работу комбайнов, так как со­лома и зерно вследствие большой гигроскопичности становятся влажными, зерно плохо вымолачивается, солома забивает бара­бан молотилки комбайна.

Теплота, выделяющаяся при образовании росы, может пред­отвратить наступление заморозков.

Интенсивность образования росы и ее количество определяют по росографу.

Иней — мелкие кристаллы льда, покрывающие поверхность почвы и наземных предметов. Он образуется так же, как и роса, но в тех случаях, когда точка росы ниже 0° С и земная поверх­ность охлаждена ниже 0° С. Иней образуется не вследствие за­мерзания капель росы, а непосредственно из водяного пара, пере­ходящего в твердое состояние, минуя жидкую фазу.

Изморозь — рыхлый снеговидный осадок, нарастающий на ветвях, проводах и т. п. (зернистая изморозь), или пушистый слой кристалликов льда, нарастающий путем сублимации (крис­таллическая изморозь). Зернистая изморозь образуется при нали­чии тумана и температуре —2...—7° С, а кристаллическая — при температуре ниже —15° С.

Гололед — слой   гладкого   прозрачного   или   мутного льда, образующегося на земной поверхности, деревьях и других назем­ных предметах вследствие намерзания переохлажденных капель дождя или тумана при их соприкосновении   с   земной поверхно­стью или с наземными предметами, охлажденными ниже 0° С. Го­лолед образуется преимущественно с наветренной стороны пред­метов.  Гололед — опасное явление.  При  интенсивном и длитель­ном гололедообразовании на предметах накапливается много льда. Например, на   небольших   деревьях   может   образоваться    100— 200 кг льда. Под тяжестью гололеда ломаются ветви плодовых деревьев, обрываются линии электропередачи, валятся телеграф­ные столбы и т. д. В районах пастбищного животноводства расти­тельность,  покрытая гололедом, становится   недоступной   живот­ным, что создает угрозу для их жизни. Гололед затрудняет ра­боту всех видов транспорта.

Рекомендуемые материалы

Для наблюдения за образованием гололеда и изморози на ме­теорологических станциях используют гололедный станок, позво­ляющий определять количество льда, образующегося за опреде­ленный промежуток времени. Для качественных определений вида образовавшегося гидрометеора применяется ледоскоп.

Скопление продуктов конденсации или сублимации водяного пара в воздухе непосредственно у земной поверхности образует различные типы тумана.

Туман состоит из мельчайших капелек воды или кристаллов льда. Основной причиной образования тумана является конденса­ция или сублимация пара в самом нижнем слое атмосферы в ре­зультате его охлаждения под влиянием холодной подстилающей поверхности. Зимой туман может оставаться переохлажденным, так как капли воды могут не замерзать до температуры —20° С, а иногда и ниже. Такой туман часто наблюдается на побережье! незамерзающих морей. Горизонтальная видимость при тумане составляет менее 1 км.

Основными типами тумана являются радиационный, образующийся при большом эффективном излучении и сильном охлажде­нии подстилающей поверхности в ясные тихие ночи, и адвектив-ный, возникающий при движении теплых воздушных масс над охлажденной поверхностью. При наблюдениях различают сле­дующие основные виды туманов: сплошной туман; туман при про­свечивающем небе; поземный туман, простирающийся до высоты 2 м над пониженными местами и водоемами; дымка — разрежен­ный туман при видимости больше 1 км, но меньше 10 км; ледя­ной туман, состоящий из ледяных кристаллов и образующийся при сильном морозе.

Борьба с туманами ведется главным образом на аэродромах. Существуют различные методы искусственного рассеивания тума­нов. Одним из этих методов является воздействие на туман ох­лаждающими веществами, например твердой углекислотой. При действии этого реагента воздух охлаждается и содержащийся в нем водяной пар становится пересыщенным. Вокруг частичек углекислоты образуется огромное количество ледяных кристаллов, которые затем укрупняются и оседают. В толще тумана появля­ются все увеличивающиеся просветы. Такой способ успешно при-. меняется в СССР в наиболее важных аэропортах.

Облака

Облаками называют системы взвешенных в атмосфере (на некоторой высоте над земной поверхностью) продуктов конденса­ции и сублимации водяного пара. Облака по составу делятся на три группы: 1) водяные, состоящие из капель воды; 2) ледяные (кристаллические), состоящие из ледяных кристаллов; 3) сме­шанные, представляющие собой смесь из переохлажденных водя­ных капель и снежных кристаллов.

При укрупнении Ъбла^ных элементов — капель воды и кристал­лов льда — из облаков выпадают осадки. В облаках возникают грозы. Облака влияют на приход солнечной радиации к земной поверхности н, следовательно, на температурный режим почвы, водоемов и воздуха.

По условиям образования облака подразделяют на внутримас-совые, возникающие внутри однородных воздушных масс, и фронтальные, которые возникают в результате сближения двух масс воздуха, различающихся по температуре, влажности и дру­гим свойствам.

Высоту, на которой водяной пар в поднимающемся воздухе становится насыщенным, называют уровнем конденсации. При адиабатическом подъеме воздуха выше этого уровня начинается конденсация водяного пара и выделяется теплота конденсации, нагревающая воздух. Поэтому влажноадиабатический градиент всегда меньше сухоадиабатического градиента, т. е. меньше 1,0° С/100 м. 116

Глава 5

В воздухе, поднимающемся выше уровня конденсации, обра­зуются продукты конденсации — облака.

Воздух, опускающийся ниже уровня конденсации, сухоадиаба-тически нагревается на 1°С на каждые 100 м опускания. При этом возрастает давление насыщенного водяного пара Б¹, относи­тельная влажность становится меньше 100% и содержащиеся в воздухе продукты конденсации постепенно испаряются, в резуль­тате чего облака растекаются и исчезают. Такое явление наблю­дается летом во вторую половину дня, когда ослабевает конвек­ция.

Высота облаков и их строение связаны с высотой уровня кон­денсации, уровня нулевой изотермы, уровня' замерзания и уровня конвекции. Уровень конденсации обычно совпадает с нижней гра­ницей облаков. Между уровнем конденсации и уровнем нулевой изотермы облака состоят из капель или из тающих снежинок. Выше, до уровня замерзания, облака состоят из переохлажденных капель и снежинок, а выше этого уровня — из кристаллов льда. Верхняя граница облаков определяется уровнем конвекции. К внутримассовым облакам относятся слоистые, а также кучевые и некоторые слоисто-кучевые, кучево-дождевые и высоко-кучевые облака, возникающие в связи с охлаждением воздуха от подсти­лающей поверхности, с конвекцией, динамической турбулентно­стью и волновыми движениями на поверхности слоя инверсии.

Основным процессом образования фронтальных облаков явля­ется восходящее натекание массы теплого воздуха на массу бо­лее холодного воздуха (об этом см. главу 7).

Облака имеют разнообразные, быстро меняющиеся формы. Однако в результате многолетних наблюдений на многих тысячах метеорологических станций был собран и обобщен большой мате­риал об облаках, позволивший создать их международную клас­сификацию. В ее основу положен внешний вид облаков и их высота.

Согласно международной классификации, облака делятся на 4 семейства и 10 родов (форм). Семейства и формы облаков, их русские и латинские наименования, а также сокращенные обозна­чения (в скобках) указаны в следующей схеме.

А. Семейство облаков верхнего яруса (высота основания в умеренных широтах более 6 км):

1) перистые — С!ггиз (С1);

2) перисто-кучевые — С1ггосити1из (Сс); •

3) перисто-слоистые — С1ггоз1;гати5  (Сз).

Б. Семейство облаков среднего яруса  (высота основания от 2 , до 6 км):

4) высоко-кучевые — АНосшпи1из (Ас);

5) высоко-слоистые — АНоз1:га1и5 (Аз).

В. Семейство облаков нижнего яруса (высота основания менее 2 км):

Водяной пар в атмосфере

117

6) слоистые—51гаШз (51;);

7) слоисто-кучевые — 51га1осити1из(5с);

8) слоисто-дождевые — №тЬоз1:га{:из  (Нз).

Г. Семейство облаков вертикального развития (нижнее осно­вание на высоте 0,5—1,5 км, вершины могут достигать верхнего яруса):

9) кучевые — Сити1из (Си);

10)  кучево-дождевые — Сити1оп1тЬиз  (СЬ).

Формы облаков подразделяются на виды и разновидности, раз­личающиеся по внешнему виду, плотности, окраске, характеру осадков, оптическим явлениям. При определении форм облачнос­ти пользуются Атласом облаков.

Облака верхнего яруса состоят из ледяных кристаллов, через них просвечивают голубое небо, Солнце и Луна. Вследствие преломления и отражения световых лучей в этих облаках около Солнца или Луны наблюдаются гало и оптические явления в ви­де кругов, дуг, световых столбов и пр. Перистые облака имеют вид белых тонких волокон. Перисто-кучевые похожи на мелкие белые хлопья, расположенные группами или рядами. Перисто-слоистые облака представляют собой тонкую белесоватую пеле­ну. Все облака верхнего яруса имеют белый цвет и не дают теней на земной поверхности.

Облака среднего яруса отличаются от облаков верхне­го яруса большей плотностью: через них лишь слабо просвечи­вают, а иногда совсем не просвечивают ни Луна, ни Солнце. Эти облака имеют сероватый цвет и дают слабые тени. Высоко-куче­вые облака напоминают хлопья, более крупные, чем Сс. Они состоят из капелек воды. В результате преломления проходящих через них лучей Солнца и Луны в них наблюдаются венцы, со­стоящие из радужных колец. Внутренняя часть венца голубоватая, внешняя—красная. Высоко-слоистые облака представляют собой однородную серую пелену.

Облака нижнего яруса обычно плотные, не просвечива­ющие, темно-сер'ого цвета. Слоисто-кучевые облака представляют' собой неоднородный слой в виде волн, глыб, пластин. Слоистые облака лежат наиболее низко и имеют вид однородного светло­серого покрова, из них выпадает морось. Слоисто-дождевые об­лака — темно-серая пелена с размытым основанием, из них вьь падают обложные осадки.

Облака вертикального развития образуются под Действием восходящих потоков воздуха. Кучевые облака — от­дельные плотные массы с сероватыми плоскими основаниями и выпуклыми вершинами. Кучево-дождевые (ливневые, грозовые) облака являются результатом дальнейшего развития кучевых об­лаков. Их вершины часто достигают верхнего яруса. Из этих об­лаков в теплый период выпадают ливневые дожди, иногда очень сильные, вызывающие полегание посевов и смыв почвы со скло-116

Глава 5

В воздухе, поднимающемся выше уровня конденсации, обра­зуются продукты конденсации — облака.

Воздух, опускающийся ниже уровня конденсации, сухоадиаба-тически нагревается на 1°С на каждые 100 м опускания. При этом возрастает давление насыщенного водяного пара Б¹, относи­тельная влажность становится меньше 100% и содержащиеся в воздухе продукты конденсации постепенно испаряются, в резуль­тате чего облака растекаются и исчезают. Такое явление наблю­дается летом во вторую половину дня, когда ослабевает конвек­ция.

Высота облаков и их строение связаны с высотой уровня кон­денсации, уровня нулевой изотермы, уровня' замерзания и уровня конвекции. Уровень конденсации обычно совпадает с нижней гра­ницей облаков. Между уровнем конденсации и уровнем нулевой изотермы облака состоят из капель или из тающих снежинок. Выше, до уровня замерзания, облака состоят из переохлажденных капель и снежинок, а выше этого уровня — из кристаллов льда. Верхняя граница облаков определяется уровнем конвекции. К внутримассовым облакам относятся слоистые, а также кучевые и некоторые слоисто-кучевые, кучево-дождевые и высоко-кучевые облака, возникающие в связи с охлаждением воздуха от подсти­лающей поверхности, с конвекцией, динамической турбулентно­стью и волновыми движениями на поверхности слоя инверсии.

Основным процессом образования фронтальных облаков явля­ется восходящее натекание массы теплого воздуха на массу бо­лее холодного воздуха (об этом см. главу 7).

Облака имеют разнообразные, быстро меняющиеся формы. Однако в результате многолетних наблюдений на многих тысячах метеорологических станций был собран и обобщен большой мате­риал об облаках, позволивший создать их международную клас­сификацию. В ее основу положен внешний вид облаков и их высота.

Согласно международной классификации, облака делятся на 4 семейства и 10 родов (форм). Семейства и формы облаков, их русские и латинские наименования, а также сокращенные обозна­чения (в скобках) указаны в следующей схеме.

А. Семейство облаков верхнего яруса (высота основания в умеренных широтах более 6 км):

1) перистые — С!ггиз (С1);

2) перисто-кучевые — С1ггосити1из (Сс); •

3) перисто-слоистые — С1ггоз1;гати5  (Сз).

Б. Семейство облаков среднего яруса  (высота основания от 2 , до 6 км):

4) высоко-кучевые — АНосшпи1из (Ас);

5) высоко-слоистые — АНоз1:га1и5 (Аз).

В. Семейство облаков нижнего яруса (высота основания менее 2 км):

Водяной пар в атмосфере

117

6) слоистые—51гаШз (51;);

7) слоисто-кучевые — 51га1осити1из(5с);

8) слоисто-дождевые — №тЬоз1:га{:из  (Нз).

Г. Семейство облаков вертикального развития (нижнее осно­вание на высоте 0,5—1,5 км, вершины могут достигать верхнего яруса):

9) кучевые — Сити1из (Си);

10)  кучево-дождевые — Сити1оп1тЬиз  (СЬ).

Формы облаков подразделяются на виды и разновидности, раз­личающиеся по внешнему виду, плотности, окраске, характеру осадков, оптическим явлениям. При определении форм облачнос­ти пользуются Атласом облаков.

Облака верхнего яруса состоят из ледяных кристаллов, через них просвечивают голубое небо, Солнце и Луна. Вследствие преломления и отражения световых лучей в этих облаках около Солнца или Луны наблюдаются гало и оптические явления в ви­де кругов, дуг, световых столбов и пр. Перистые облака имеют вид белых тонких волокон. Перисто-кучевые похожи на мелкие белые хлопья, расположенные группами или рядами. Перисто-слоистые облака представляют собой тонкую белесоватую пеле­ну. Все облака верхнего яруса имеют белый цвет и не дают теней на земной поверхности.

Облака среднего яруса отличаются от облаков верхне­го яруса большей плотностью: через них лишь слабо просвечи­вают, а иногда совсем не просвечивают ни Луна, ни Солнце. Эти облака имеют сероватый цвет и дают слабые тени. Высоко-куче­вые облака напоминают хлопья, более крупные, чем Сс. Они состоят из капелек воды. В результате преломления проходящих через них лучей Солнца и Луны в них наблюдаются венцы, со­стоящие из радужных колец. Внутренняя часть венца голубоватая, внешняя—красная. Высоко-слоистые облака представляют собой однородную серую пелену.

Облака нижнего яруса обычно плотные, не просвечива­ющие, темно-сер'ого цвета. Слоисто-кучевые облака представляют' собой неоднородный слой в виде волн, глыб, пластин. Слоистые облака лежат наиболее низко и имеют вид однородного светло­серого покрова, из них выпадает морось. Слоисто-дождевые об­лака — темно-серая пелена с размытым основанием, из них вьь падают обложные осадки.

Облака вертикального развития образуются под Действием восходящих потоков воздуха. Кучевые облака — от­дельные плотные массы с сероватыми плоскими основаниями и выпуклыми вершинами. Кучево-дождевые (ливневые, грозовые) облака являются результатом дальнейшего развития кучевых об­лаков. Их вершины часто достигают верхнего яруса. Из этих об­лаков в теплый период выпадают ливневые дожди, иногда очень сильные, вызывающие полегание посевов и смыв почвы со скло-116

Глава 5

В воздухе, поднимающемся выше уровня конденсации, обра­зуются продукты конденсации — облака.

Воздух, опускающийся ниже уровня конденсации, сухоадиаба-тически нагревается на 1°С на каждые 100 м опускания. При этом возрастает давление насыщенного водяного пара Б¹, относи­тельная влажность становится меньше 100% и содержащиеся в воздухе продукты конденсации постепенно испаряются, в резуль­тате чего облака растекаются и исчезают. Такое явление наблю­дается летом во вторую половину дня, когда ослабевает конвек­ция.

Высота облаков и их строение связаны с высотой уровня кон­денсации, уровня нулевой изотермы, уровня' замерзания и уровня конвекции. Уровень конденсации обычно совпадает с нижней гра­ницей облаков. Между уровнем конденсации и уровнем нулевой изотермы облака состоят из капель или из тающих снежинок. Выше, до уровня замерзания, облака состоят из переохлажденных капель и снежинок, а выше этого уровня — из кристаллов льда. Верхняя граница облаков определяется уровнем конвекции. К внутримассовым облакам относятся слоистые, а также кучевые и некоторые слоисто-кучевые, кучево-дождевые и высоко-кучевые облака, возникающие в связи с охлаждением воздуха от подсти­лающей поверхности, с конвекцией, динамической турбулентно­стью и волновыми движениями на поверхности слоя инверсии.

Основным процессом образования фронтальных облаков явля­ется восходящее натекание массы теплого воздуха на массу бо­лее холодного воздуха (об этом см. главу 7).

Облака имеют разнообразные, быстро меняющиеся формы. Однако в результате многолетних наблюдений на многих тысячах метеорологических станций был собран и обобщен большой мате­риал об облаках, позволивший создать их международную клас­сификацию. В ее основу положен внешний вид облаков и их высота.

Согласно международной классификации, облака делятся на 4 семейства и 10 родов (форм). Семейства и формы облаков, их русские и латинские наименования, а также сокращенные обозна­чения (в скобках) указаны в следующей схеме.

А. Семейство облаков верхнего яруса (высота основания в умеренных широтах более 6 км):

1) перистые — С!ггиз (С1);

2) перисто-кучевые — С1ггосити1из (Сс); •

3) перисто-слоистые — С1ггоз1;гати5  (Сз).

Б. Семейство облаков среднего яруса  (высота основания от 2 , до 6 км):

4) высоко-кучевые — АНосшпи1из (Ас);

5) высоко-слоистые — АНоз1:га1и5 (Аз).

В. Семейство облаков нижнего яруса (высота основания менее 2 км):

Водяной пар в атмосфере

117

6) слоистые—51гаШз (51;);

7) слоисто-кучевые — 51га1осити1из(5с);

8) слоисто-дождевые — №тЬоз1:га{:из  (Нз).

Г. Семейство облаков вертикального развития (нижнее осно­вание на высоте 0,5—1,5 км, вершины могут достигать верхнего яруса):

9) кучевые — Сити1из (Си);

10)  кучево-дождевые — Сити1оп1тЬиз  (СЬ).

Формы облаков подразделяются на виды и разновидности, раз­личающиеся по внешнему виду, плотности, окраске, характеру осадков, оптическим явлениям. При определении форм облачнос­ти пользуются Атласом облаков.

Облака верхнего яруса состоят из ледяных кристаллов, через них просвечивают голубое небо, Солнце и Луна. Вследствие преломления и отражения световых лучей в этих облаках около Солнца или Луны наблюдаются гало и оптические явления в ви­де кругов, дуг, световых столбов и пр. Перистые облака имеют вид белых тонких волокон. Перисто-кучевые похожи на мелкие белые хлопья, расположенные группами или рядами. Перисто-слоистые облака представляют собой тонкую белесоватую пеле­ну. Все облака верхнего яруса имеют белый цвет и не дают теней на земной поверхности.

Облака среднего яруса отличаются от облаков верхне­го яруса большей плотностью: через них лишь слабо просвечи­вают, а иногда совсем не просвечивают ни Луна, ни Солнце. Эти облака имеют сероватый цвет и дают слабые тени. Высоко-куче­вые облака напоминают хлопья, более крупные, чем Сс. Они состоят из капелек воды. В результате преломления проходящих через них лучей Солнца и Луны в них наблюдаются венцы, со­стоящие из радужных колец. Внутренняя часть венца голубоватая, внешняя—красная. Высоко-слоистые облака представляют собой однородную серую пелену.

Облака нижнего яруса обычно плотные, не просвечива­ющие, темно-сер'ого цвета. Слоисто-кучевые облака представляют' собой неоднородный слой в виде волн, глыб, пластин. Слоистые облака лежат наиболее низко и имеют вид однородного светло­серого покрова, из них выпадает морось. Слоисто-дождевые об­лака — темно-серая пелена с размытым основанием, из них вьь падают обложные осадки.

Облака вертикального развития образуются под Действием восходящих потоков воздуха. Кучевые облака — от­дельные плотные массы с сероватыми плоскими основаниями и выпуклыми вершинами. Кучево-дождевые (ливневые, грозовые) облака являются результатом дальнейшего развития кучевых об­лаков. Их вершины часто достигают верхнего яруса. Из этих об­лаков в теплый период выпадают ливневые дожди, иногда очень сильные, вызывающие полегание посевов и смыв почвы со скло-118

Глава 5

нов. Из них может выпадать и град, повреждающий посевы и на­саждения.

Высота основания облаков и их вертикальная мощность ко­леблются в значительных пределах (табл. 27). Летом высота об­лаков больше, чем зимой.

Таблица 27 Средняя высота и вертикальная мощность облаков в умеренных   широтах

Водяной пар в атмосфере

119

Суточный ход облаков вертикального развития над континен­тами имеет максимум после полудня (из-за усиления конвекции), к вечеру облака растекаются. Слоистые и слоисто-кучевые облака чаще образуются ранним утром вследствие радиационного выхо-лаживания, а днем они рассеиваются под влиянием усиления ветра и развития конвекции. Над океанами суточный ход облач­ности противоположен.

Годовой ход облачности над океанами характеризуется наи­большей облачностью летом и наименьшей — зимой. Над конти­нентами он разный в различных климатических зонах. Например, над Европейской частью СССР максимум облачности наблюда­ется поздней осенью и зимой. Так, в Москве с октября по январь ежемесячно в среднем более 20 пасмурных дней. Минимум облач­ности здесь летом. В Восточной Сибири, наоборот, зимой облач­ность наименьшая, а летом — наибольшая. Такой же ход облач­ности наблюдается в областях с муссонным климатом.

 Степень покрытия неба облаками (количество облаков) опре-||деляют глазомерно в баллах от 0 до 10. Один балл означает П докрытие 0,1 части неба. При отсутствии облаков или незначи-[;, _тельном их количестве (менее 0,5 балла) записывается 0 баллов, < при полном покрытии неба облаками —10 баллов, а если при ; этом имеются просветы, общая площадь которых менее 0,5 балла, I _то ставится |10|. При определении количества облаков сначала I устанавливают общую облачность, т. е. видимое количество обла-' ков всех ярусов, а затем отдельно определяют количество обла­ков нижнего яруса.

Высоту облаков определяют глазомерно или инструментально при помощи светолокатора ИБО (измеритель высоты облаков), шаров-пилотов (днем) и потолочных прожекторов (ночью).

Наблюдения за облаками ведут также с искусственных спут­ников Земли (ИСЗ). В настоящее время ИСЗ непрерывно пере­дают на Землю фотографии облачного покрова, дающие представ­ление о количестве и видах облаков, а также о структуре облач­ного покрова и его географическом распределении над земным шаром. 124 Осадки, снежный покров, почвенная влага