Тарасов Л.В. - Ветры и грозы в атмосфере Земли (1109048), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Кроме того, лобовые поверхности самолетов, летящих со скоростью более 600 км/ч, сильно нагреваются вследствие сжатия воздушного потока, обтекающего самолет. Это так называемый кинетический нагрев деталей самолета, из-за которого температура поверхности самолета сохраняется выше точки замерзания воды даже при полете в облачном воздухе со значительной отрицательной температурой. Однако интенсивное обледенение самолета при вынужденном длительном полете в переохлажденном дожде или в облаках с большой водностью представляет реальную опасность и для современных самолетов.
Образование плотной корки льда на фюзеляже и оперении самолета нарушает аэродинамические качества воздушного судна, так как происходит искажение обтекания поверхности самолета воздушным потоком. Это лишает самолет устойчивости полета, снижает его управляемость. Лед на входных отверстиях воздухозаборника двигателя уменьшает тягу последнего, а на приемнике воздушного давления — искажает показания приборов воздушной скорости и т.
д. Все это очень опасно при несвоевременном включении антиобледенительных средств или при отказе последних. Из-за обледенения ежегодно происходит около 7 % всех авиационных катастроф, связанных с метеорологическими условиями. Синоптики различают понятия «гололед» и «гололедица», понимая под гололедицей только лед на дорогах, который образуется после оттепели или дождя при внезапном похолодании.
В объявляемых сводках погоды можно услышать: «Весь день слабый гололед, на дорогах гололедица». Снег — твердые осадки, выпадающие из слоисто-дождевых и высоко-слоистых облаков при отрицательных температурах приповерхностного воздуха. Эти осадки выпадают в виде снежинок разнообразной формы, нередко соединяющихся и образующих снежные хлопья. При температуре приповерхностного воздуха, близкой 0'С и несколько выше выпадает мокрый снег в виде тающих снежинок. Различают снежную крупу и ледяную крупу. 168 Глава 2 Фазавые лерехады в атмосфере Сяежяяя лруяя состоит из непрозрачных белых крупинок диаметром 2 — 5 мм, выпадающих вблизи 0 С.
Крупинки хрупкие, легко раздавливаются пальцами. Снежная крупа образуется, когда снежинки из верхней части облака попадают в нижележащий облачный слой, состоящий из мельчайших переохлажденных капель. Частички снежной крупы отличаются от снежинок отсугствием различимой кристаллической основы. Яеяяяяя круля состоит из прозрачных крупинок диаметром 1 — 3 мм с непрозрачным ядром в центре, выпадающих при температурах ниже нуля (до — 5 С). Крупинки твердые (раздавливаются пальцами с некоторым усилием), при падении на твердую поверхность отскакивают. Ледяная крупа образуется при столкновении снежной крупы с более крупными переохлажденными каплями в слое облака, расположенном еще ниже. Ледяную крупу часто считают разновидностью града. Град — вид твердых ливневых осадков.
Выпадает в виде градин— частичек льда шарообразной или неправильной формы размером от миллиметра до нескольких сантиметров (рис. 2.20). Встречаются градины размером 130 мм и массой около 1 кг. 0 процессе образования градин мы поговорим отдельно немного позднее. Рис. 2.20 Град выпадает обычно в теплое время года (при температуре воздуха выше 20 'С) из мощных кучево-дождевых облаков, сильно развитых вверх, обычно при ливнях и грозах.
Слой выпавшего града 25. Атмосферные осадка 169 иногда составляет несколько сантиметров. Продолжительность выпадения от нескольких минут до получаса, чаще всего 5 — 1О мин и очень редко около часа. Град наносит большой ущерб сельскому хозяйству, уничтожая посевы и виноградники.
Борьба с градом основана на введении в облако специального реагента (обычно йодистого свинца или йодистого серебра), способствующего замораживанию переохлажденных капель. Реагент вводится с помощью ракет или снарядов в переохлажденную часть облака. В результате появляется огромное количество искусственных центров кристаллизации, на которых начинается рост ледяных кристаллов, и переохлажденная вода в облаках, служащая основным сырьем для роста градин, перераспределяется на значительно большее их число. Поэтому градины получаются меньших размеров и успевают полностью или в значительной степени растаять в теплых слоях воздуха еще до выпадения на землю.
Доягдь со сяеевм — смешанные осадки в виде смеси водяных капель и снежинок. Выпадает чаще всего при положительной температуре воздуха Если дождь со снегом выпадает при отрицательной температуре воздуха, частицы осадков смерзаются и образуют на поверхности земли гололед. Ледяной дождь состоит из твердых прозрачных шариков льда диаметром около 3 мм, внутри которых находится вода. Выпадает при температурах от 0 до — 10 'С. При падении на твердую поверхность ледяные шарики разбиваются на скорлупки, вода вытекает, образуется гололед. Снежинки в воздухе Снежинки развиваются из мелких ледяных кристаллов, имеющих форму шестигранников. Во время сильных морозов (ниже — 30 'С) кристаллы выпадают в виде «алмазной пыли».
В этом случае на поверхности земли образуется слой очень пушистого снега, состоящего из тонких ледяных иголок. Обычно же ледяные кристаллы в облаке растут за счет перехода водяного пара в твердое состояние. В одних условиях ледяные шестигранники усиленно растут вдоль своей оси, и тогда образуются снежинки-столбики и снежинки-иглы (рис. 2.21, а). В других условиях шестигранники растут преимущественно в направлениях, перпендикулярных к их оси, и тогда образуются снежинки в виде шестиугольных пластинок и шестиуголь- 1ГО 1оава 2. Фазовые аерекоды в атмое4ере ных звездочек (рис. 2.21, б).
К формирующейся снежинке может примерзнуть капля воды (произойдет, как говорят, обзернение снежинки), и тогда образуются снежинки, имеющие форму, показанную на рисунке 2.21, в. Как видим, снежинки могут не походить на шестиугольные звездочки. Формы снежинок оказываются разнообразными. Ряс. 2.21 При определенных условиях падающие снежинки сцепляются друг с другом, образуя снежные хлопья, имеющие в поперечнике до 1О см и даже больше. Снежные хлопья наблюдаются, как правило, при сильных снегопадах. Их образованию способствуют густота снегопада, не слишком низкая температура воздуха, а главное, отсутствие ветра. Движение снежинки от облака до поверхности земли лишь условно можно назвать падением.
Потому что потоки воздуха подхватывают ее, кружат, сносят в сторону, поднимают вверх. Об этом писал К.Д. Бальмонт: Светло-пушистая снежинка белая, Какая чистая, какая смелая! Под ветром веющим дрожит, взметается, На нем, лелеющем, светло качается. Порхающую в воздухе снежинку подстерегают две опасности или, говоря на языке физики, два фазовых перехода. Во-первых, она может растаять, оказавшись в более теплых воздушных слоях. Вовторых, во время полета происходит постепенное испарение снежинки, усиливающееся в ветреную погоду. Чем мельче снежинка, тем 2.1 Атмос4ерные осадки 171 быстрее она испаряется. В первую очередь испаряются выпуклости и выступы снежинки, и прежде всего ее острые концы (мы уже говорили о зависимости испарения от степени кривизны выпуклой поверхности).
Отсюда следует, что чем дольше падает снежинка, тем более шарообразной должна становиться ее форма. Итак, выпадение снежинок из облака не обязательно заканчивается снегопадом. Снегопад может обернуться дождем, а может случиться так, что не будет ни дождя, ни снега — все снежинки испарятся, не достигнув земной поверхности. В ветреную погоду нередко выпадают снежинки в виде шариков — это снежная или ледяная крупа. Заметим, что в горах расстояние от облаков до земли значительно меньше, чем на равнинной местности.
А чем меньше это расстояние, тем меньше (при прочих равных условиях) вероятность того, что снежинка растает или испарится. Именно поэтому в горных районах выпадает заметно больше снега, чем на равнинах. Снежинки на зевале Напрасно стали бы мы искать в справочниках, чему равна плотность снега. Ее там не указывают, потому что «снег снегу рознь». Сразу после выпадения в тихую погоду снег имеет плотность 30 — 60 кг/м'.
Плотность свежего снега, выпавшего во время метели, в несколько раз больше: 100 — 200 кг/м'. У слежавшегося снега плотность возрастает до 300 кг/м', а у снега, долго подвергавшегося действию ветра, она достигает 400 — 500 кг/м'. При оттепелях снег оседает и еше более уплотняется. Совместное действие оттепелей и ветров, а также давление постепенно нарастающих слоев снега на нижние слои может привести к образованию так называемого снежа ика (срирна), имеющего плотность до 600 — 800 кг'.
В сибирской тайге, где, как правило, не бывает зимних оттепелей, средняя плотность метровой толщи снега составляет примерно 100 кг/м'. В тундре же, где гуляют сильные ветры, снег оказывается весьма уплотненным. По сравнению с тайгой снежный покров в тундре в несколько раз меньше, а его плотность в несколько раз больше — она достигает 400 кг/мз. Когда множество снежинок накапливается на холодной земной поверхности, возникает ажурная или, лучше сказать, довольно рыхлая постройка, пронизанная воздугинмми промемсутками. Эта рыхлость 172 Глава 2 Фазовые переходы в атмосфере как раз и обьясняет, почему относительно низка плотность свежевыпавшего снега и почему он плохо проводит тепло.
В таком снеге много воздуха. Если погода не тихая, а ветреная, то в этом случае, как уже отмечалось, приземляющиеся снежинки больше походят на шарики- крупинки. Упав на землю, крупинки образуют плотную упаковку. Теперь внутри только что выпавшего снега значительно меньше воз- духа (по сравнению со снегом, выпав- ;<.т нчьо,,,„шим в тихую погоду). Отсюда его бо- ..~'„"' .зр;."гг',',: лее высокая плотность и более хоро- Далее учтем, что мириады снежи- ,,,7з.'::,.".;.„:..'..
нок, Упавших на землю, совсем не поз)т ' с, '."'„:..',::,'"$ ' хожи на слой песчинок или опилок. з,";:Гэ, Оказавшись вместе, снежинки начиа нают активно взаимодействовать. В результате свойства снега с течением времени изменяются. Вернемся к свежему рыхлому сне- (|ге;с='-'.;:.'!',::с", ' гу, выпавшему в тихую погоду.
Снеж() гсз ',;; ный покров только-только стал расти, а в нем уже начались фазовые переходы. ф "):.','~с , '. Так, внутри покрова происходит суб- ''зеь' . зр лимация льда, причем в первую очев редь сублимируют (превращаются в водяной пар) острые концы снежинок, ив „, "' (еу острые выступы, а также наиболее мел- :, дйа кие снежинки (сублимация как и ис- ~ЯР Ив' .й(г'.:ь", . паРение более интенсивно пРоисходит Ъ с выпуклых поверхностей, характери- 4ьу .((()в гаь"' Ь зующихся малым радиусом кривизны).
4ьвгг ейз аь Образовавшийся в воздушных промежутках водяной пар быстро становится пересыщенным. В результате актиРис. 2.22 визируется обратный процесс — кон- денсация пара в твердое (или жИдкое) состояние. Этот процесс активнее идет на менее выпуклых, а еще лучше на вогнутых поверхностях. В целом же получается такая картина: исчезают острые концы у снежинок, зато нарастает лед в центре 25. Атмос4ерные осадки 173 снежинок; исчезают мелкие снежинки, зато еще более укрупняются большие снежинки. При этом между снежинками возникают многочисленные ледяные мостики.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
