Когда облака образуются не высоко в небе, а прямо у поверхности земли, их называют туманом. Получается, что все предметы: здания, деревья, люди оказываются внутри облачного слоя.
Особенности тумана
Туман состоит из капелек воды. Они очень маленькие и лёгкие, поэтому не падают на землю, а "висят" в воздухе. Туман может существенно снижать видимость, что делает его довольно опасным природным явлением. Туманные условия особенно опасны на автомобильных дорогах, в авиации. Уже не говоря о том, что в тумане легко заблудиться.
Кстати, метеорологи называют туманом только те условия, при которых видимость падает ниже 1 км. Если видимость в тумане превышает 1 км (но всё ещё меньше 10 км), то такой туман метеорологи называют дымкой.
Как туман образуется
В воздухе всегда есть водяной пар. Его может быть очень мало (например, в пустыне) или очень много (например, над озёрами и морями). Но важно, что в воздух может вместиться строго определённое количество водяного пара. Измерять это количество очень удобно в процентах, а называется такая величина относительной влажностью воздуха.
Например, относительная влажность 100% означает, что в воздухе содержится максимально возможное количество водяного пара, а влажность 50% — что воздух сейчас содержит половину водяного пара от возможного.
При этом чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара в него может вместиться. То есть в холодный воздух может поместиться меньше водяного пара, чем в тёплый. Получается, если начать охлаждать воздух, то его относительная влажность начнёт расти, хотя количество водяного пара в нём не менялось. Так относительная влажность может вырасти даже до 100% — в воздухе будет содержаться максимально возможное количество водяного пара.
Но если и дальше охлаждать воздух, то в нём появится "лишний" водяной пар, то есть тот, который в воздух уже не помещается. Но вмещать его воздух в себя больше и не будет — этот пар из газа превратится в жидкость: воду, которая будет в виде маленьких капелек висеть в воздухе.
Именно так и образуется туман. Если сильно охладить воздух прямо у земли, влажность в нём превысит 100%, и образуются те самые маленькие капельки, которые мы видим как белую пелену тумана.
Почему охлаждается воздух
Охлаждение воздуха, приводящее к образованию тумана, может происходить по разным причинам. Две основные — адвективная и радиационная. Сейчас расскажем о каждой подробнее.
"Адвекция" — это перемещение. Если тёплый воздух перемещается куда-то, где холодно, то при контакте с холодной подстилающей поверхностью он охлаждается, и может образоваться туман. Летом такие туманы часто наблюдаются над океанами. Океаны летом обычно холоднее суши, и если ветер дует с материка в море, то он как раз приносит тёплый воздух на холодную поверхность. Зимой всё наоборот, и адвективные туманы можно чаще встретить над сушей.
Радиационные туманы образуются ночью в спокойную безоблачную погоду. Когда Солнце заходит за горизонт, Земля перестаёт нагреваться и начинает быстро терять тепло. От охлаждающейся поверхности охлаждается и воздух в приземном слое. Отражать часть уходящего в космос тепла обратно на Землю способны облака. Они могут не дать планете остыть за ночь слишком сильно. Но если небо ясное, температура у поверхности земли может опуститься настолько, что появится туман. Чаще всего такой тип тумана можно встретить после заката на полях и в долинах. Утром с появлением солнца он быстро рассеивается.
Отдельно стоит сказать про "туманы испарения", образование которых не связано с охлаждением воздуха. Если какая-то поверхность сильно нагрета, вода с неё активно испаряется. Когда воздух вокруг холодный (либо в нём уже содержится много водяного пара), часть испаряющейся воды будет сразу конденсироваться, превращаясь в капельки.
Самая простая аналогия здесь — кипящий чайник. "Пар", идущий от чайника, — это на самом деле туман. Но если прямо над источником влаги пар конденсируется, то на небольшом расстоянии от него, где воздух суше, он вновь испаряется. Мы видим это над чайником, то же происходит и с туманами, протяжённость которых в высоту может не превышать нескольких метров.
В природе туманы испарения могут встречаться в холодную погоду над тёплыми водоёмами или прохладным вечером после тёплого летнего дождя.
Кстати, все виды туманов внешне очень похожи. К тому же очень часто туман образуется не по какой-то одной из причин, а по совокупности разных факторов. Так что определить точную причину образования тумана на глаз почти невозможно.
Как предсказать туман
Определить возможность образования тумана можно по Аэрологической диаграмме, которая доступна в приложении Windy.app на Android в меню спота. Кривая стратификации (красная) и кривая точки росы (зелёная) должны выходить из одной точки и полностью совпадать до высоты нескольких десятков метров. Это означает, что влажность в приземном слое близка к 100% и с высокой вероятностью можно ожидать туман.
Ещё важно, чтобы в воздухе над туманом была устойчивая стратификация атмосферы, т. е. кривая состояния (голубая) была левее кривой стратификации. Необязательно, чтобы так было во всей атмосфере, достаточно лишь тонкого слоя непосредственно над туманом. Если стратификация будет неустойчивой, то воздух у земли начнёт подниматься вверх, и образующийся туман будет быстро рассеиваться.