Как мы знаем из предыдущих статей на нашем канале:
вода на Земле есть везде - как на поверхности планеты в виде океанов и морей, рек и озёр, ручьёв и болот, так и под ней - в виде почвенных, грунтовых, артезианских и пещерных вод. Вода может находиться там как в жидком, так и в твёрдом агрегатном состоянии. Не является в этом отношении исключением и атмосфера Земли - в ней также имеется вода, общий объём которой составляет около 0,001% от общей массы воды в земной гидросфере, при этом она находится там в трёх агрегатных состояниях - газообразном (водяной пар), жидком (капли дождя), твёрдом (кристаллы снега и льда).
Количество влаги, которое может содержать атмосферный воздух - зависит от его температуры: чем ниже температура воздуха - тем ниже и предел насыщения его влагой. Выпадение осадков является следствием насыщения воздуха влагой с последующим понижением его температуры, в результате чего лишняя влага конденсируется и выпадает на поверхность Земли в виде осадков. Степень насыщенности атмосферного воздуха влагой характеризуется значениями относительной влажности воздуха - именно она показывает, насколько воздух насыщен водяным паром (например - если относительная влажность воздуха (ОВВ) равна 75% - то это значит, что воздух насыщен влагой на 3/4 и ещё способен вобрать в себя 1/3 часть от объёма уже содержащейся в нём влаги; если же ОВВ составляет 100%, то это означает то, что воздух максимально насыщен влагой и не способен принять избыток водяного пара, который и переходит в жидкое состояние).
Вода в атмосфере появляется за счёт испарения с поверхности морей
и океанов, а также других открытых водных поверхностей - озёр, рек, болот и заболоченных земель; очень много влаги испаряют и обширные массивы тропических лесов Амазонии, бассейна реки Конго, п-ва Индокитай и островов Малайского архипелага, таёжных лесов Сибири, Канады, США и стран Скандинавии; и т.д.. Ежегодный объём испаряемой с земной поверхности воды составляет около 520 000 кубокилометров. И примерно такой же объём воды возвращается на Землю в виде осадков, которые питают реки, озёра, болота, а также подземные водоносные горизонты (и именно поэтому уровень воды в океанах в целом не изменяется, т.к. все выпавшие осадки в конечном итоге возвращаются в океан как непосредственно в виде осадков на его поверхность, так и в виде речного и подземного стоков с суши).
С разных участков земной поверхности испаряется разное количество влаги. Объёмы испарения зависят от многих факторов, а именно: а) от температуры (чем выше температура - тем больше может испариться воды); б) от уровня относительной влажности воздуха (ОВВ) - чем он ближе к насыщенности (к 100%), тем меньшее количество испаряющейся воды он может принять; в) от скорости ветра - чем она выше, тем быстрее насыщенные влагой массы воздуха сменяются ненасыщенными - и, соответственно - скорость испарения и
объём испаряемой влаги увеличиваются. Величиной, показывающей сколько воды может испариться с той или иной территории, является испаряемость.
Испаряемость - это то количество влаги, которое могло бы испариться с единицы территории в данной местности в существующих температурно-климатических условиях при гипотетически допускаемом неограниченном запасе влаги; или другими словами - это максимально возможное испарение с единицы территории, не ограниченное запасами воды; испаряемость выражается в миллиметрах слоя могущей испариться воды. Показатели испаряемости могут очень сильно отличаться от показателей фактического объёма испарения в местностях с жарким засушливым климатом по причине того, что там просто нет таких объёмов воды (например - для столицы автономии Каракалпакстан в составе Узбекистана - города Нукус - среднегодовое значение испаряемости равно 1 718 мм, при этом среднегодовое количество осадков в Нукусе составляет 107,1 мм). Над водной поверхностью показатели испаряемости и фактического объёма испарения совпадают.
Попадая в атмосферу, водяной пар в составе ещё ненасыщенных влагой тёплых воздушных масс поднимается наверх (т.к. тёплый воздух легче холодного из-за своей меньшей плотности), где воздух
достаточно быстро охлаждается до т.н. точки росы (точка росы - это значение температуры, при которой содержащийся в воздухе водяной пар его насыщает) и, следовательно - становится насыщенным влагой; при этом водяной пар конденсируется в мельчайшие водяные капли, которые образуются на т.н. ядрах конденсации - мельчайших частицах гигроскопических солей, всегда имеющихся в атмосфере; на больших высотах имеет место также и процесс десублимации водяного пара (десублимация - это процесс перехода водяного пара в твёрдое состояние с образованием кристаллов льда, минуя жидкое агрегатное состояние) при t<-40°C. Такой конденсированный или десублимированный водяной пар - взвешенные в атмосфере капли и/или кристаллы - обычно образует разнообразные системы взвешенных элементов, называемые облаками.
Облака - это системы взвешенных в атмосфере облачных элементов, представляющих собой продукты конденсации или десублимации водяного пара, видимые на небе невооружённым глазом с земной
поверхности. Облака переносятся воздушными течениями и постоянно изменяются - испаряются и снова возникают, являясь только видимой в данный момент частью общей массы водяного пара, капелек воды и кристаллов льда, принимающих участие в этом динамичном процессе.
Существует несколько общепринятых классификаций облаков, каждая из которых основывается на том или ином классификационном признаке. Наиболее употребительной из них является морфологическая, в которой облака определяются на основании различий в их внешнем виде и структуре. Согласно морфологической классификации, все облака подразделяются на:
I. Мезосферные облака - это самые высокорасположенные облака в атмосфере Земли; к ним относятся: а) серебристые облака (Noctilucent, NLC), которые образуются в мезосфере близко к мезопаузе - их основания располагаются на высотах от 76 км до 85 км над у.м. (уровнем моря); их можно наблюдать летом в глубоких сумерках (после заката и перед восходом солнца) на широтах между 43 и 65 градусами как северной, так и южной широты; ядрами конденсации и десублимации с образованием кристалликов льда в случае серебристых облаков выступают метеорные частицы, попавшие в атмосферу Земли из космоса.
II. Стратосферные облака - образуются в нижней части стратосферы; к ним относятся: а) перламутровые облака (Nacreous, PSC), которые образуются в полярных и (очень редко) средних широтах при температурах < -78°C на высотах от 15 км до 27 км над у.м.; в качестве ядер конденсации для перламутровых облаков выступает 75%-й вулканогенный сернокислотный аэрозоль; перламутровые облака состоят из кристалликов водяного льда и азотной кислоты; их можно наблюдать во время гражданских сумерек.
III. Тропосферные облака - это облака, образующиеся и движущиеся в тропосфере; они подразделяются на 4 семейства:
1. Облака верхнего яруса - их основания находятся на высотах от 6 км до 12 км; они делятся на 3 рода: а) перистые облака (Cirrus, Ci) - наблюдаются в верхней части тропосферы и иногда в тропопаузе (редко); имеют перистую структуру в виде тонких белых нитей и/или клочьев и вытянутых гряд; б) перисто-кучевые облака (Cirrocumulus, Cc) - наблюдаются на высотах от 6 км до 8 км над у.м.; образуются при возникновении волновых и восходящих движений воздушных масс в верхней части тропосферы и состоят из кристалликов льда; в) перисто-слоистые облака (Cirrostratus, Cs) - встречаются на высотах от 6 км до 8 км над у.м.; состоят из кристалликов льда.
2. Облака среднего яруса - их основания находятся на высотах от 2 км до 6 км над у.м., они делятся на 2 рода: а) высококучевые облака (Altocumulus, Ac) - обычно возникают в результате поднятия тёплых воздушных масс или в результате наступления холодного воздушного фронта, вытесняющего вверх тёплый воздух; располагаются на высотах от 2 км до 6 км; состоят из капелек переохлаждённой воды; б) высокослоистые облака (Altostratus, As) - встречаются на высоте от 3 км до 5 км над у.м.; состоят из ледяных кристаллов, переохлаждённых капель воды и снежинок.
3. Облака нижнего яруса - их основания находятся на высотах до 2-х км над у.м., они делятся на 3 рода: а) слоистые облака (Stratus, St) - встречаются на высоте от 0,1 км до 0,7 км над у.м., иногда сливаясь с наземным туманом; образуются преимущественно внутри однородных воздушных масс; б) слоисто-кучевые облака (Stratocumulus, Sc) - располагаются на высотах от 0,5 км до 1,5 км; состоят из мелких однородных капелек воды; в) слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns) - встречаются на высотах от 0,1 км до 1 км; образуются вследствие охлаждения воздуха при его восходящем движении вдоль наклонной фронтальной поверхности вблизи линии атмосферного фронта; состоят из крупных капель воды или из снежинок.
4. Облака вертикального развития - их основания располагаются на высотах до 2 км над у.м., однако при этом они сильно развиты в вертикальном направлении и своими вершинами выходят за границы среднего, а иногда и верхнего яруса; они делятся на 2 рода: а) кучевые облака (Cumulus, Cu) - располагаются на высотах от 0,8 км до 1,9 км; состоят из водяных капель; б) кучево-дождевые облака (Cumulonimbus, Cb) - их основания располагаются на высоте от 0,4 км до 1,5 км, а вершины могут доходить до 9 -10 км над у.м.; образуются в процессе
охлаждения воздуха в атмосфере при его восходящем движении в условиях термической или динамической конвекции; состоят из ледяных кристаллов и капель переохлаждённой воды.
Облака далеко не каждого рода облаков являются источником выпадения осадков, которые выпадают только из: ~ перисто-слоистых облаков (в виде ледяных игл); ~ высокослоистых облаков (в виде дождя и/или снега); ~ слоисто-дождевых облаков (в виде дождя и/или снега); ~ слоисто-кучевых облаков (в виде дождя, снега, снежной крупы); ~ слоистых облаков (в виде мороси или снега); ~ кучевых облаков (в виде дождя, снега, снежной крупы); ~ кучево-дождевых облаков (в виде дождя, снега, снежной крупы, града).
Осадки - это присутствующая в атмосфере вода в жидком или твёрдом агрегатном состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земную поверхность и/или на какие-либо другие предметы. Все осадки подразделяются на 4 типа, в рамках каждого из которых они могут выпадать как в жидком, так и в твёрдом виде:
1. Моросящие осадки - их характеризует небольшая интенсивность и монотонность выпадения, постепенность начала и прекращения процесса; длительность непрерывного выпадения составляет от нескольких часов до суток и более; состоят из очень мелких частиц, как бы парящих в воздухе; к моросящим осадкам относятся: морось; переохлаждённая морось (жидкие); ледяные иглы; снежные зёрна (твёрдые).
2. Обложные осадки - начинаются и прекращаются постепенно; характеризуются монотонностью выпадения без значительных колебаний интенсивности; длительность непрерывного выпадения обычно составляет несколько часов, иногда - сутки и более; к обложным осадкам относятся: дождь; переохлаждённый дождь; дождь со снегом при t>0°C (жидкие); "ледяной" дождь; снег; снег с дождём при t<0°C (твёрдые).
3. Ливневые осадки - образуются внезапно и так же внезапно заканчиваются, в процессе выпадения могут резко менять свою интенсивность; длительность непрерывного выпадения может составлять от нескольких минут до нескольких часов, в тропиках - до суток и более; к ливневым осадкам относятся: ливневый дождь; ливневый дождь со снегом при t>0°C; золяция (редкий вид осадков, представляющий собой редко падающие крупные водяные пузыри, которые можно увидеть на поверхности воды, земли и различных других предметов; может выпадать после слабых гроз при отсутствии ветра); вирга (дождь, который полностью испаряется в воздухе, не достигая земной поверхности) - жидкие; ливневый снег; ливневый снег с дождём при t<0°C; снежная крупа; ледяная крупа; град (твёрдые).
4. Осадки, образующиеся на поверхности земли и на различных предметах - образуются в результате процессов конденсации и десублимации водяного пара, а также выпадения влаги из тумана или из облаков с дальнейшим изменением её агрегатного состояния в результате соприкосновения с поверхностью земли или каких-либо предметов; к таким осадкам относятся: ~ роса (жидкие); ~ иней (аналог росы, образующийся при отрицательной температуре воздуха); ~ кристаллическая изморозь (состоит из мелких тонкоструктурных частиц льда); ~ зернистая изморозь (рыхлый снеговидный осадок, образуется в результате оседания мелких капелек переохлаждённого тумана при -10°C< t°<0°C на ветви деревьев и кустарников, провода, и т.д.); ~ гололёд (слой плотного (гладкого или бугристого) стекловидного льда, образующийся на различных поверхностях - ветвях деревьев и кустарников, проводах, крышах зданий, поверхности земли, и т.д. - в результате намерзания частиц переохлаждённых жидких (мороси, дождя, ледяного дождя, дождя со снегом) или твёрдых (ледяной крупы) осадков при соприкосновении с поверхностью, имеющей отрицательную температуру; наблюдается при -10°C< t°<+3°C); ~ гололедица (слой бугристого льда или обледенелого снега, образующийся вследствие замерзания талой или дождевой воды или мокрого снега при понижении температуры воздуха и почвы до отрицательных значений; гололедица наблюдается только на земной поверхности - на дорогах, тротуарах, тропах и т.д.) - твёрдые. Образование большей части осадков 4-го вида (всех, кроме гололёда и гололедицы) часто непосредственно связано с таким атмосферным явлением, как туман. Что же такое туман?
Туман - это совокупность взвешенных в воздухе капель воды и/или кристаллов льда, образующихся в результате охлаждения насыщенного влагой воздуха, которая ухудшает дальность видимости в атмосфере до менее чем 1000 м. Если дальность видимости составляет менее 200 м, то такой туман называется густым; если дальность видимости больше 1000 м, но не превышает 10 000 м - то такое явление носит название дымка. По сути туманы - это те же самые облака, только располагающиеся очень низко от земной
поверхности; структура тех и других мало чем отличается.
По генетическому происхождению (способу возникновения) туманы делятся на 3 вида, а именно: А) Туманы охлаждения - образуются при конденсации водяного пара в результате охлаждения воздуха ниже точки росы; охлаждение воздуха может происходить по следующим причинам: а) в результате адвекции (перемещения воздуха на холодную подстилающую поверхность); б) в результате радиационного выхолаживания (излучения) земной поверхности; в) в результате подъёма воздуха вдоль склона; Б) Туманы испарения - образуются при испарении с более тёплой испаряющей поверхности в более холодный воздух с последующей конденсацией этого водяного пара; наблюдаются над водоёмами и влажными участками суши; В) Туманы смешения - образуются при смешении двух воздушных масс, имеющих разную температуру и разную степень насыщенности влагой; наблюдаются в зимнее время вблизи от морской береговой линии при направлении ветра вдоль этой береговой линии, а также в морях вдоль границ между тёплым и холодным морскими течениями в случаях, когда направление движения воздушных потоков в приводном слое идёт примерно параллельно этим границам. Иногда наблюдается такое явление, как слияние наземных туманов и имеющих наиболее низкие основания (не выше 100 м) слоистых облаков.
Водяной пар играет очень важную роль в круговороте воды в природе: испаряющаяся с поверхности океанов вода не содержит имеющихся в морской воде солей (потому что испаряется только вода, а соли остаются в океане) - поэтому в виде осадков, выпадающих над сушей и питающих реки, озёра и подземные водные горизонты - выпадает абсолютно пресная вода. В данном случае атмосфера Земли выступает в качестве главной "опреснительной установки" на нашей планете, обеспечивая постоянное восполнение пресных вод земной суши. Также водяной пар значительно влияет на климат и погоду Земли - облачный покров, с одной стороны - днём защищает земную поверхность от перегрева, вызываемого прямым воздействием на неё солнечных лучей, а ночью резко ослабляет излучение и охлаждение земной поверхности (в целом на земном шаре в каждый момент времени облака закрывают около 60% небосвода, при этом их
распределение по небу очень неравномерно - во многих регионах всегда преобладает ясная погода, тогда как в других наличие или отсутствие облачного покрова на небе зависит от сезона, а в третьих регионах практически всегда пасмурно), но с другой стороны - водяной пар является одним из основных парниковых газов земной атмосферы (наряду с углекислым газом, метаном и озоном), способствующих разогреву нашей планеты, и вносит очень существенный вклад в развитие парникового эффекта на Земле.
Спасибо за прочтение!
Если вам понравилась статья - жмите палец вверх, пишите своё мнение в комментариях и подписывайтесь на канал - будет интересно!
Если вы хотите поддержать автора, вы можете это сделать, нажав на ладонь с сердечком внизу справа. Спасибо!
