Тарасов Л.В. - Ветры и грозы в атмосфере Земли (1109048), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Обложные осадки характеризуются монотонностью и умеренной интенсивностью выпадения. Длительность непрерывного выпадения составляет обычно несколько часов, но может увеличиваться до 1 — 2 сут. Обложные осадки выпадают обычно из слоисто-дождевых или высоко-слоистых облаков (в виде дождя, снега или дождя со снегом). Моросящие осадки характеризуются малой интенсивностью, но примерно такой же длительностью, что и обложные осадки. Выпадают из слоистых облаков в виде мороси или снежных зерен радиусом менее 1 мм. Лывлевые осадки отличаются интенсивностью, малой длительностью (от нескольких минут до часа) и внезапностью начала и окончания выпадения. Нередко сопровождаются грозой. Выпадают из кучево-дождевых облаков в виде ливневого дождя, снегопада, снежной крупы, иногда града.
Теперь обсудим в общих чертах физику процессов, происходящих при выпадении осадков из облаков. Осадки выпадают, если по 2.4. Образование облаков и выпадение осадков 163 каким-либо причинам происходит укрупнение хотя бы некоторой части составляющих облако капель и ледяных кристаллов. Когда эти облачные частицы становятся настолько тяжелыми, что сопротивление воздуха и его восходящие движения уже не могут удерживать частицы во взвешенном состоянии, те выпадают из облака в виде осадков. Обратим внимание на то, что путем только конденсации пара не может произойти укрупнение облачных частиц до нужных размеров. В результате конденсации образуются относительно мелкие капли.
Чтобы образовались достаточно крупные капли, процесс конденсации пара должен был бы продолжаться чрезмерно долго. Выпадающие из облака дождевые капли возникают другими путями. Они могут быть результатом взаимного слияния капель. Если разные капли несут разноименные электрические заряды, то вероятность их слияния повышается. Немалое значение имеет также различие размеров капель. При разных размерах они падают в облаке с разной скоростью, что способствует их столкновению.
Очень малые капли могут воссоединяться с относительно крупными также своеобразным путем, отмечавшимся в разд. 2.2: малая капля легко испаряется, а образовавшийся пар конденсируется на крупной капле. Столкновениям капель способствует также турбулентность воздуха. Однако обильные осадки все же не могут возникнуть только путем конденсации пара и слияния капель. Для их выпадения важно, чтобы облако было смешанным, т. е. чтобы в нем были перемешаны ледяные кристаллы и переохлажденные капли воды. Именно таковы высоко-слоистые, слоисто-дождевые и кучево-дождевые облака (разумеется, не в целом, а в некоторой части объема облака).
Степень насыщения водяного пара для находящихся в соседстве ледяных кристаллов и переохлажденных капель оказывается различной. Если над каплями пар является насыщенным, то над кристаллами он будет пересыщенным (напомним, что при одной и той же температуре воздуха упругость насыщения над льдом меньше, чем над водой — напомним рис.
2.7, б). В этом случае кристаллы будуг расти за счет конденсации в твердое состояние водяного пара, испаряющегося с водяных капель. Образно говоря, будет происходить пере- гонка водяного пара с капель на ледяные кристаллы. Укрупнившиеся ледяные кристаллы начинают падать из верхней части облака, где они обычно находятся.
По пути они продолжают укрупняться путем конденсации на них водяного пара (процесс, 164 Глава 2 Фазовые переходы в атмосфере обратный сублимации), а также за счет нримораживания к себе сталкивающихся с ними капель. В нижней части облака появляются, таким образом, относительно крупные кристаллы льда. Если температура там выше нуля, кристаллы тают, превращаясь в капли, которые и выпадают из облака в виде дождя. Если же температура под облаками ниже нуля до самой поверхности земли, осадки выпадают в виде снега или крупы.
Заметим, что осадки могут выпадать из чисто ледяных облаков и вследствие конденсационного укрупнения кристаллов. Но эти облака высоки (они находятся в верхнем ярусе), поэтому кристаллы сублимируют, не достигая земной поверхности. У некоторых видов перистых облаков наблюдаются своеобразные «метлы» и «хвостым Это не что иное как полосы «ледяного дождя», происходящего в вышине и прекращающегося, не достигнув земной поверхности. Активные воздействия на облака и туманы Атмосферные процессы связаны, как правило, с огромными затратами энергии. Например, энергия образования только одного относительно мощного кучевого облака сравнима с энергией, вырабатываемой за время развития облака несколькими крупнейшими и дроэлектростанциями.
Как отмечалось в разд. 1.6, кинетическая энергия воздушных масс в тропическом циклоне порядка 10" — 10в Дж, что в сотни тысяч раз больше энергии, вьиелившейся при взрыве атомной бомбы на атолле Бикини в 1946 г. Понятно, что у людей нет возможности воздействовать на ат~юсферные процессы прямым образом. Нет смысла пытаться, например, изменять направление ветра с целью разогнать или пригнать облака.
Но есть у атмосферных процессов интересная особенность — они могут обладать неустойчивостью, благодаря которой достаточно небольшого (по энергии) воздействия, чтобы направить развитие процесса в нужном для человека направлении. Так, внесение в облако, содержащее в большом количестве переохлажденные водяные капли, некоторого (ничтожного по сравнению с массой воды в облаке) количества специального вещества может привести к саморазвивающемуся процессу, который закончится выпадением осадков и исчезновением облака. Таким образом, можно говорить об искусственном осаждении облака (или, по крайней мере, его части). 2.1 Атмосферные осадки 165 Вносимые в облако с целью его осаждения вещества играют роль ядер конденсации, активно стимулирующих конденсацию пара и образование ледяных зародышей.
Предположим, в облако попала частица твердой углекислоты СО . Вблизи нее воздух сильно охлаждается благодаря испарению диоксида углерода. Это может привести к существенному пересыщеиию водяного пара и, как следствие, образованию водяных капель и кристаллов льда иа комплексах молекул водяного пара. Экспериментально установлено, что при испарении всего лишь грамма сухого льда образукпся в зависимости от температуры воздуха от 1Оп до 1Оы ледяных кристаллов. Ледяные зародыши начинают расти за счет перегонки водяного пара с пере- охлажденных водяных капель (иапомиим, что эта перегоика пара связана с различием упругости насыщения иад водой и над льдом).
Укрупненные ледяные кристаллы выпадают из облака, и облачность в пределах некоторой зоны рассеивается. Для воздействия иа облака наряду с твердой углекислотой применяют иодистое серебро Ад) и иодистый свинец РЫ вЂ” вещества, кристаллическая решетка которых похожа иа решетку льда. Используют также некоторые гигроскопические вещества (ХаС1, СаС1, и др.). Попавшие в облако частицы таких веществ выполняют роль ядер кристаллизации — центров, на которых образуются маленькие ледяные кристаллы. Эти кристаллы быстро укрупняются за счет перегонки водяного пара с переохлажденных водяных капель. Засеивание облаков твердой углекислотой и другими веществами производят с самолетов. Это засеивание преследует следующие цели: рассеяние переохлажденных облаков, стимулирование выпадения осадков, предотвращение выпадения града.
Активное воздействие иа туманы с целью их рассеяния (осаждеиия) основано иа тех же приемах, которые используются при активном воздействии на облака. 2.5. АТМОСФЕРНЫЕ ОСАДКИ Атмосферные осадки разделяют на две группы: осадки, вынадаюгцие из облаков (а также из тумана), и осадки„которые ниоткуда ие выпадают, а образуются непосредственно иа поверхности земли и различных объектов (их называют наземными гидрометеорами). 166 Глава 2.
Фазавые нереаады в атмосфере Виды атмосферных осадков из облаков Осадки из облаков выпадают в виде водяных капель (дождь и морось) или ледяных кристаллов (снег, крупа, град). Кроме того встречаются осадки особого типа — дождь со снегом и ледяной дождь. Даждь — жидкие осадки в виде водяных капель диаметром примерно от 0,5 мм до 3 мм.
Крупные дождевые капли выпадают из кучево-дождевых облаков; их относительно большие размеры связаны с тем, что эти облака хорошо развиты в высоту. Из слоисто-дождевых облаков выпадают относительно мелкие капли. Оно и понятно: небольшая толщина таких облаков не позволяет сформироваться крупным каплям, а отсутствие мощных восходящих воздушных потоков позволяет мелким каплям достигать поверхности земли.
Из слоистых облаков (и тумана) выпадают особенно мелкие капли — диаметром менее 0,5 мм; зто и есть морось. Отдельно отметим нереохложденный дождь и нереохаожденную морось — когда водяные капли выпадают при отрицательной температуре воздуха (от 0 до — 15 'С). Падая на поверхность земли, переохлажденные капли смерзаются, в результате чего образуется гололед — слой плотного льда. Рис. 2.19 Гололед покрывает не только горизонтальные, но и вертикаль- ные поверхности — цокольные части зданий, деревья (рис.
2.19). 2 Д Атмосферные осадки 167 Особенно подвержены обледенению обдуваемые ветром объекты— мосты и их опоры, эстакады, столбы, линии ЛЭП. Образование гололеда может происходить также на поверхностях самолетов, пролетающих в толще переохлажденных водяных облаков. К счастью, у современных самолетов имеются антиобледенительные средства (электрообогрев уязвимых мест, химическая защита поверхностей).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
