ВОДЯНОЙ ПАР И ОБЛАКА

Водяной пар - это вода в газообразном состоянии. Если воздуха не способно удерживать большое количество водяного пара, она переходит в состояние насыщения, и тогда вода с открытой поверхности перестает испаряться. Содержание водяного пара в насыщенном воздухе находится в тесной зависимости от температуры и при ее повышении на 10 °С может увеличиться не более, чем вдвое.

Относительная влажность - это отношение водяного пара, фактически содержащегося в воздухе, к количеству водяного пара, соответствующего состояния насыщение. Относительная влажность воздуха вблизи земной поверхности преимущественно большая утром, когда прохладно. С повышением температуры относительная влагость конечно уменьшается, даже если количество водяного пара в воздухе мало меняется. Предположим, что утром при температуре 10 °С относительная влажность была близка к 100 %. Если в течение дня температура снизится, начнется конденсация воды и выпадет роса. Если же температура повысится, например, до 20 °С, роса испарится, но относительная влажность составит лишь ок. 50 %.

Облака возникают при конденсации водяного пара в атмосфере, когда образуются или капельки воды или кристаллы льда. Формирование облаков происходит, когда при подъеме и охлаждении водяной пар переходит через точку насыщения. При подъеме воздух попадает в слои более низкого давления. Ненасичене воздуха с подъемом на каждый километр охлаждается примерно на 10 °С. Если воздух с относительной влажностью ок. 50 % поднимется более чем на 1 км, начнется образование облаков. Сначала происходит конденсация у основания облака, которая растет вверх до тех пор, пока воздух не перестанет подниматься и, следовательно, охлаждаться. Облака формируются также во фронтальных зонах, когда теплое воздух поднимается вверх, надвигающийся на холодное, и при этом охлаждается до состояния насыщения. Облачность возникает и в областях низкого давления с восходящими потоками воздуха.

Конденсация является сложным процессом, при котором микроскопические частицы примесей (сажи, пыли, морской соли), содержащихся в воздухе, служат ядрами конденсации, вокруг которых формируются капли воды. Такие же ядра необходимые для замерзания воды в атмосфере, поскольку в чистом воздухе за их отсутствии капли воды не замерзают до температур ок. 40 °С. Ядро льдообразования представляет собой маленькую частицу, похожую по структуре на кристалл льда, вокруг которой и формируется кусочек льда. Вполне естественно, что ледяные частицы, находящиеся в воздухе, являются лучшими ядрами льдообразования. В роли таких ядер выступают также мельчайшие глинистые частицы, они имеют особое значения при температурах ниже 10-15 °С. Таким образом, создается странная ситуация: капли воды в атмосфере почти никогда не замерзают при переходе температуры через 0 °С. Для их замерзания нужны более низкие температуры, особенно если в воздухе содержится мало ядер льдообразования.

Формирование дождя или снега - достаточно сложный процесс. Если ледяные кристаллы внутри облака очень тяжелые, то, чтобы оставаться взвешенными в восходящем потоке воздуха, они выпадают в виде снега. Если нижние слои атмосферы достаточно теплые, снежинки тают и выпадают на землю дождевыми каплями. Даже летом в умеренных широтах дожди обычно зарождаются в форме снежинок. И даже в тропиках дожди, выпадающие из кучево-дождевых облаков, начинаются с ледяных частиц. Убедительным доказательством того, что лед в облаках существует даже летом, служит град.

Дождь обычно идет с «теплых» облаков, т.е. из облаков с температурой выше точки замерзания. Здесь мелкие капельки, несут заряды противоположного знака, притягиваются и сливаются в более крупные капли. Они могут увеличиться настолько, что станут очень тяжелыми, перестанут удерживаться в облаке восходящими потоками воздуха и прольются дождем.

Основа современной международной классификации облаков была заложена в 1803 г. английским метеорологом-любителем Л. Говардом. В ней для описания внешнего вида облаков использованы латинские термины: alto - высокий, citrus- перистый, cumulus- купчастий, nimbus-дождливый istratus - слоистый. Различные сочетания этих терминов применяются для наименования 10 основных форм облаков: cirrus - перистые; cirrocumulus - перисто-кучевые; cirrostratus - перисто-слоистые; altocumulus - высококучевые; altostratus- високошаруваті; nimbostratus - слоисто-дождевые; stratocumulus - слоисто-кучевые; stratus- слоистые; cumulus- кучевые и cumulonimbus - кучево-дождевые. Высококучевые и високошаруваті облака располагаются выше, чем кучевые и слоистые.

Облака нижнего яруса (слоистые, слоисто-кучевые и слоисто-дождевые) состоят почти исключительно из воды, их основы располагаются примерно на высоте 2000 м. Облака, стелющиеся по земному поверхности, называются туманом.

Основы облаков среднего яруса (висококупчастих и високошаруватих) находятся на высотах от 2000 до 7000 м. Эти облака имеют температуру от 0° до -25 °С и часто представляют собой смесь капель воды и ледяных кристаллов.

Облака верхнего яруса (перистые, перисто-кучевые и перисто-слоя - вате) имеют нечеткие контуры, поскольку состоят из ледяных кристаллов. их основания располагаются на высотах более 7000 м, а температура ниже -25 °С.

Кучевые и кучево-дождевые облака относятся к облакам вертикального развития и могут выходить за пределы одного яруса. Особенно это касается кучево-дождевых облаков, основания которых находятся всего в нескольких сотнях метров от земной поверхности, а вершины могут достигать высот 15-18 км. В нижней части они состоят из капель воды, а в верхний - из кристаллов льда.