Тарасов Л.В. - Ветры и грозы в атмосфере Земли (1109048), страница 28
Текст из файла (страница 28)
Великолепные картины облачного неба мы наблюдаем довольно часто. Ими можно любоваться также, глкая на полотна многих художников-пейзажистов. В качестве примера отметим прекрасные пейзажи голландского живописца Якоба Рейсдапа с фантастическими громадами кучевых облаков, выразительно освещенных солнечными лучами (на рис. 2.13 можно видеть картину Рейсдала «Луч солнца»). Отметим также облака над морем русского художника-мариниста И.К. Айвазовского (на рис. 2.14 представлена картина Айвазовского «Бриг Меркурий»).
Рис. 2.13 Впрочем, при всей выразительности живопись не в состоянии показать одно из наиболее важных свойств облаков — их непостоянство, непрерывные изменения, происходяи1ие с ними. На картине облака изображены в какой-то момент времени. Конечно, нетрудно представить, что в действительности они не неподвижны, что ветер гонит их. Этого, однако, мало.
Облака не просто проплывают над землей — они на наших глазах непрерывно изменяются, 24. Образование обеаков и выпадение осадков 153 возникают и тают. Все время неуловимо изменяются их форма и оттенки окраски. Рис. 2.14 Небольшое облако может буквально на глазах родиться, покрасоваться некоторое время и исчезнуть. Вот как описывает это И.А. Бунин: Высоко в просторе неба, все сияя белизною, Вышло облачко на полдень над равниной водяною.
Из болот оно восстало, из холодного тумана— И замлело, засияло в синей стали океана... Вышло облачко высоко, стало тонкое, сквозное, Улыбнулось одиноко — и угасло в ярком зное. Прекрасное стихотворение посвятил облаку английский поэт Перси Шелли. В нем есть такие строки: Я землей рождено, я водой вспоено, Взращено средь небесной равнины, Отдыхаю в горах, исчезаю в морях, Я меняюсь, но нет мне кончины. Действительно, облака весьма изменчивы. Их изменчивость говорит о том, что внутри облака постоянно происходят превращения. Возникнув на ядрах конденсации, водяные капли растут, блуждают внутри облака, выносятся за его пределы, выпадая в виде осадков или испаряясь.
В облаке капли тоже испаряются, но они могут кро- 154 Глава 2 Фазоеые переходы е атмосфере ме того слипаться с другими каплями (коагулировать) или, напротив, разбиваться на более мелкие капли. Развивающееся облако пронизано восходящими воздушными потоками, рождающими все новые и новые капли воды, которые этими же потоками подхватываются и уносятся вверх. Увлекаемые восходящими потоками воздуха водяные капли кристаллизуются, превращаясь в льдинки. А льдинки опускаются вниз, сублимируя (превращаясь в пар) и плавясь (становясь каплями воды). Время жизни жидких и твердых частиц облака может оказаться во много раз меньше времени жизни облака в целом. Цикл жизни облака завершается его испарением. Выпадение осадков, естественно, способствует разрушению облака.
Время жизни кучевообразйых облаков измеряется десятками минут, а слоистообразных облаков— сутками. Длительность существования облака объясняется, во-первых, малыми скоростями падения облачных частиц (капли радиусом 1 — 1О мкм падают со скоростью порядка 0,1 — 1 см/с) и, во-вторых, наличием восходящих воздушных потоков, которые поддерживают частицы и, кроме того, наряду с турбулентными движениями обусловливают приток водяного пара, что способствует рождению новых облачных частиц. Почему образуются облака? Как и туманы, облака возникают в результате конденсации водяного пара в жидкое и твердое состояния.
Подобно туманам облака образуются или вследствие увеличения абсолютной влаокности воздуха, или в результате пониакения температуры воздуха. На практике в образовании облаков участвуют оба указанных фактора. Понижение температуры воздуха обусловлено, во-первых, подьемом (восходящим движением) воздушных масс и, во-вторых, адвекцией воздушных масс — их перемещением в горизонтальном направлении, благодаря которому теплый воздух, переместившись, 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 остается непосредственно у земной поверхности. 2.4. Образование облаков и выпадение осадков 155 Что заставляет воздух подниматься вверх? Отметим четыре причины, обусловливающие восходящее лвижение воздушных масс. Первая причина — конвекция воздуха в атмосфере.
В жаркий день солнечные лучи сильно прогревают земную поверхность, она передает тепло приземным массам воздуха — и начинается их конвективный подъем. Так возникают облака конвективного происхозкдения. Кучевые и кучево-дождевые облака имеют чаще всего именно такое происхождение. Процесс образования облака начинается с того, что некоторая воздушная масса поднимается вверх. По мере подъема будет происходить расширение воздуха. Это расширение можно считать адиабатным, так как воздух поднимается относительно быстро, и поэтому при достаточно большом его объеме (а в образовании облака участвует действительно большой объем воздуха) теплообмен между рассматриваемым воздухом и окружающей средой просто не успевает произойти за время подъема. При адиабатном расширении воздух, не получая теплоты извне, совершает работу только за счет собственной внутренней энергии, а потому охлахсдается.
Итак, поднимающийся вверх воздух будет охлаждаться. Когда начальная температура Т поднимающегося воздуха понизится до точки росы Т, соответствующей упругости содержащегося в нем пара, станет возможным процесс конденсации этого пара. При наличии в атмосфере ядер конденсации (а они практически всегда присутствуют) этот процесс действительно начинается. Высота Н, по достижении которой поднимающимся воздухом начинается конденсация пара, определяет низкнюю границу формирующегося облака (рис. 2.15, а).
Ее называют уровнем конденсации. В метеорологии применяют приближенную формулу для высоты Н (так называемую формулу Ферреля); (2.9) Н 120( Ть — Тг) 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 (рис. 2.!5, б). Вертикальное развитие облака прекратится тогда, когда воздух, охладившись, перестанет подниматься. При этом сформируется нечетко выраженная верхняя граница облака (рис. 2.15, в).
Ее называют уровнем свободнои конвекции. Он располагается несколько выше уровня, 156 Глава 2. Фазовые переходы в атмосфере иа котором температура подиимаюшегося воздуха становится равной температуре окружающего воздуха. а б в Ряс. 2.15 Вторая причина подъема воздушных масс обусловлена рельефом местности.
Ветер, дующий вдоль земной поверхности, может встретить иа своем пути горы или иные природные возвышения. Преодолевая их, воздушные массы вынуждены подниматься вверх. Образующиеся в данном случае облака называют облаками орографического проиехозкдения (от греческого слова огол, означающего «гора»). Поиятио, что такие облака ие получают существенного развития в высоту (оиа ограничена высотой преодолеваемого воздухом возвышения); в этом случае возникают слоистые и слоисто-дождевые облака.
Третья причина подъема воздушных масс — возникновение теплых и холодных атмосферных фронтов. Образование облака происходит особенно интенсивно иад теплым фронтом — когда теплая воздушная масса, надвигаясь иа холодную массу воздуха, выиуждеиа скользить вверх по клину отступающего холодного воздуха (напомним рис. 1.33). Фронтальная поверхность (поверхиость холодного клина) очень пологая — тангенс угла ее наклона к горизонтальной поверхности составляет всего 0,005 — 0,01. Поэтому восходящее движение теплого воздуха мало отличается от горизоитаяьиого движения; как следствие, облачность, возникающая иад холодным клином, слабо развивается в высоту, ио имеет значительную горизонтальную протяженность.
Такие облака называют облаками восходящего скольхеения. В нижнем и среднем ярусах это слоисто-дождевые и высоко- слоистые облака, а в верхнем ярусе — перисто-слоистые и перистые 24. Образование облаков и выведение осадков 157 (понятно, что облака верхнего яруса образуются уже далеко за линией атмосферного фронта). Горизонтальная протяженность облаков восходящего скольжения может измеряться сотнями километров.
Образование облаков происходит также и над холодным атмосферным фронтом — когда наступающая холодная воздушная масса поддвигается под массу теплого воздуха и тем самым поднимает ее (напомним рис. 1.34). В этом случае наряду с облаками восходящего скольжения могут возникать также кучевые облака. Четвертая причина подъема воздушных масс — циклоны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
