Превращение воды в атмосфере связано с двумя принципиально различными типами процессов

· Крупномасштабные движения воздушных масс и конвективный подъем воздуха.

· Процессы этого типа определяют охлаждение влажного воздуха до температуры точки росы (т.е. до температуры насыщения пара).

· Крупномасштабные процессы создают необходимые термодинамические условия конденсации пара.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВОДЫ

· Вода – простейшее устойчивое соединение водорода с кислородом (Н2О). В весовом отношении кислород составляет 88,81%,

· водород – 11,19%.

Вода аномальна в отношении многих физических свойств.

· максимальная плотность воды наблюдается при +4,00 °С.

· При уменьшении или росте температуры плотность воды убывает.

· При замерзании объем воды увеличивается до 10%.

· Вода, лед и пар находятся в равновесии при давлении 6.1 гПа и температуре 0.010 °С.

· Теплоемкость воды аномально велика по сравнению с другими веществами.

· При замерзании воды теплоемкость уменьшается более чем вдвое.

· Температура плавления льда понижается при увеличении давления примерно на 10 °С, на каждые 130 атмосфер.

· Теплота плавления льда также относительно велика.

Некоторые физико-химические параметры воды

Аномалии свойств воды связаны с особенностью строения ее молекул и структурой в разных агрегатных состояниях.

· Два ядра водорода и ядро кислорода образуют в молекуле водыравнобедренный треугольник с двумя протонами 1.54 Аº, между ядром кислорода и протоном – 0.96 Аº, угол между направлениями от кислорода и протоном – 105º.

· Строение электронного облака таково, что во льду каждая молекула связана четырьмя водородными связями с ближайшими к ней молекулами, находящимися на расстоянии 2.76 Аº.

· Отдельной молекуле воды можно условно приписать радиус, равный 1.38 Аº.

· Другими словами в жидкой воде частично сохраняются комплексы молекул, свойственные льду. Полагают, что вода является смесью молекулярных комплексов, каждый из которых состоит из 2, 4 и 6 отдельных молекул.

Водородные связи (кластеры)

Вода Лёд Форма связи

· Благодаря значительной полярности молекул, а также строению их электронной оболочки, вода исключительно активна в химическом отношении: образует гидроокиси, кристаллогидраты.

· При повышенных температурах вода реагирует почти со всеми металлами (коррозия); она является наилучшим растворителем для большинства химических соединений, существенно изменяющим многие физические свойства веществ.

ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ ТЕОРИИ ФАЗОВЫХ ПЕРЕХОДОВ ВОДЫ

· В каждой системе, состоящей из нескольких фаз, происходит переход молекул вещества из одной фазы в другую. Часто при этом наступает некоторое установившееся состояние без внешних проявлений фазовых превращений – равновесие фаз.

· Такое равновесие носит подвижный характер: обмен молекулами между фазами существует, но преимущественного перехода вещества из одной фазы в другую нет.

· Система может находиться в фазовом равновесии сколь угодно долго без всяких видимых изменений ее свойств до тех пор, пока внешние условия среды постоянны.

· Характер и интенсивность фазовых переходов зависят от термодинамических параметров внешней среды и от количественных характеристик самих агрегатных состояний.

Первое начало термодинамики

· где dQ – приток тепла, Ср – удельная теплоемкость газа, R – удельная газовая постоянная, Т и Р - соответственно температура и давление .

· Первое слагаемое правой части есть изменение внутренней энергии, а второе – работа против внешних сил.

Температура и давление пара связаны между собой известным уравнением состояния

· ρ - плотность пара,

· Rn = 462 Дж/кг*К – удельная газовая постоянная пара.

· удельная газовая постоянная пара в 1.6 раза больше, чем для сухого воздуха, поэтому водяной пар легче воздуха, а влажный воздух всегда легче сухого.

Второе начало термодинамики говорит о направлении перехода тепла

· S – энтропия

Соотношение свидетельствует о том, что предоставленная самой себе замкнутая термодинамическая система будет менять свое состояние только так, чтобы увеличивать энтропию. При этом, для обратимых процессов в выражении нужно, чтобы dS = 0.

· Соотношение свидетельствует о том, что предоставленная самой себе замкнутая термодинамическая система будет менять свое состояние только так, чтобы увеличивать энтропию. При этом, для обратимых процессов в выражении нужно, чтобы dS = 0.

· Второе начало термодинамики используется для характеристики циклических (круговых) процессов.

· Почти все природные процессы необратимы. В этом случае предоставленная самой себе замкнутая система будет менять свое термодинамическое состояние только так, чтобы энтропия увеличивалась (знак неравенства). Для процессов обратимых, к которым относится испарение и конденсация в атмосфере, при условии, что вода не выпадает в виде осадков, в выражении нужно принять знак равенства.

Важнейшее соотношение фазовых переходов – уравнение Клаузиуса – Клапейрона

· Е – упругость насыщающего пара, L – удельная теплота испарения

Состояния воды

Уравнения характеризуют поведение влажного воздуха и водяного пара как макроскопическую термодинамическую систему, в которой не учитываются индивидуальные свойства молекул.

· атмосфера как сплошная среда - при описании относительно крупномасштабных процессов переноса влажного воздуха.

· зарождение капель воды в воздухе, рост или испарение зародышевых капель и кристаллов - применяют выводы статистической физики и учитывают свойства отдельных молекул.

Важнейшим представлением статистической физики является понятие о вероятностной природе возникновения зародышевой капли: при беспорядочном хаотическом движении несколько молекул могут одновременно столкнуться и объединиться в зародышевую каплю.

· Важнейшим представлением статистической физики является понятие о вероятностной природе возникновения зародышевой капли: при беспорядочном хаотическом движении несколько молекул могут одновременно столкнуться и объединиться в зародышевую каплю.

· скорость теплового движения молекул может быть самой различной и подчиняется вероятностным законам (например, распределение Максвелла)

· объединение молекул в комплексы также является случайным и зависит от концентрации пара и температуры среды

· Свойствами воды обладают комплексы из 6-8 молекул. Такие зародыши жидкой и твердой фазы возникают постоянно, при любых температурах и влажностях, однако, они одновременно и разрушаются.

Формирование и рост зародышевых капель. Влияние кривизны капли и концентрации растворенных в ней веществ на давление насыщенного пара.

Механизм образования капель при разрыве оболочки всплывающего парового пузыря аналогичен разрыву пузыря, всплывающего при барботаже газа или продуктов сгорания в жидкости. В том и другом случаях капли, оторвавшиеся от зеркала испарения, будут выбрасываться на высоту, достаточную для уноса с потоком пара. [1]

Механизм образования капель и, следовательно, механизм образования тумана в каждом из этих случаев различен, и поэтому оба случая рассматриваются отдельно. [2]

Механизм образования капель жидкости при механическом распылении заключается в вытягивании жидкости в тонкие нити или пленки, распадающиеся затем на отдельные капли. В момент разрыва жидкости наряду с каплями некоторого среднего размера возникают вторичные значительно меньшие капли. [3]

Учитывая сложность механизма образования капель при струйном режиме истечения и сложности описания этого режима, такое отклонение следует признать вполне удовлетворительным.

только два различных режима истечения: капельный и струйный, так как только они определяются принципиально различными механизмами образования капель.

15. Туманы. Физические условия образования, классификация. Облака. Условия образования. Классификация и основные характеристики.

Туман и дымка представляют собой результат конденсации водя­ного пара в непосредственной близости от земной поверхности (в приземном слое атмосферы). Туманом называют совокупность взве­шенных в воздухе капель воды или кристаллов льда, ухудшающих дальность видимости* до значений менее 1 км. При видимости от 1 до 10 км эта совокупность взвешенных капель или кристаллов льда носит название дымки. Наряду с понятием дымки существует поня­тие мглы, которая представляет собой совокупность взвешенных в воздухе твердых частиц, ухудшающих видимость до 10 км и менее. Мгла отличается от тумана и дымки тем, что относительная влаж­ность в ней, как правило, значительно меньше 100 %.

В зависимости от дальности видимости различают следующие виды туманов и дымок (по интенсивности):

Важнейшей характеристикой туманов является их водность. Абсолютной, или объемной водностью туманов (равно как облаков и осадков) называют массу капель воды и кристаллов льда, содер­жащихся в единичном объеме воздуха (чаще всего в 1 м³). Удель­ная, или массовая водность — это масса капель воды и кристаллов льда в 1 кг воздуха. Нередко абсолютную водность называют просто водностью.

Физические условия образования и классификация туманов

В тумане вода находится в двух, а при низких отрицательных температурах в трех фазовых состояниях. Введем новую величину Q— абсолютное влагосодержание воздуха, под которым будем по­нимать суммарную массу водяного пара (а), капель воды и кристал­лов льда (а) в 1 м³воздуха, т. е.

где а — абсолютная влажность, δ* — водность тумана. До момента образования тумана

δ* = 0 и Q=а; в тумане величина а близка к значению, соответствующему абсолютной влажности при насыще­нии (а_т), которая является функцией только температуры Т. Для тумана

Из этого соотношения следует, что водность тумана может возрастать под влиянием:

1) увеличения влагосодержания воздуха Q;

2) пониже­ния температуры воздуха, с которым связано уменьшение а_т(Т).

Влагосодержание индивидуальной массы воздуха может увели­чиваться под влиянием:

1) испарения воды с земной поверхности, 2) горизонтального и вертикального перемешивания.

Понижение температуры массы воздуха происходит вследствие:

1) турбулентного и молекулярного теплообмена с окружающими ее массами воздуха и земной поверхностью, 2) радиационного выхола­живания, 3) адиабатического расширения массы воздуха при ее вер­тикальных движениях.

Если рассматривается фиксированная точка (область) простран­ства, то наряду с указанными процессами на изменение влагосодер­жания и температуры в ней оказывают влияние горизонтальный пе­ренос (адвекция) и вертикальные движения воздуха. Рассмотрим кратко механизм образования тумана под влиянием указанных выше процессов.

Испарение.Скорость испарения пропорциональна разностиЕо - е,гдеЕо — давление насыщенного водяного пара при темпера­туре испаряющей поверхности, е — истинное давление водяного пара в воздухе. Испарение может происходить лишь до тех пор, пока е <Ео.

Пусть Е— давление насыщенного пара при температуре возду­ха. Если температура воздуха больше температуры испаряющей по­верхности, тоЕ > E₀. Испарение прекратится при

е = E₀< Е. Это означает, что в таком случае состояние насыщения не может быть достигнуто. Если температура испаряющей поверхности выше тем­пературы воздуха, то

E₀ > Е, а следовательно, испарение будет про­должаться и после того, как водяной пар достигнет состояния насы­щения, когда его давлениее = Е < Ео.

При отсутствии ядер конденсации воздух оказался бы перенасы­щенным водяным паром. При наличии ядер начинается конденса­ция водяного пара, которая и приводит к образованию тумана испа­рения.

Таким образом, туман может образоваться под влиянием испа­рения с поверхности теплой воды в относительно холодный воз­дух. Такие условия наблюдаются при движении холодной воздуш­ной массы над более теплой водной (или сильно увлажненной) по­верхностью.

Туманы, образовавшиеся путем испарения, носят название ту­манов испарения(иногда туманов морских испарений). Туманы ис­парения особенно часто образуются над арктическими морями, где температура поверхности льда или снега значительно ниже темпе­ратуры открытой воды. Поэтому воздух, перемещавшийся над льдом или материком, при переходе на водную поверхность оказы­вается значительно холоднее воды. Под влиянием интенсивного ис­парения с водной поверхности над полыньями образуется туман.

Следует заметить, что в связи с прогреванием воздуха снизу он становится неустойчивым над водной поверхностью. Неустойчи­вость способствует развитию интенсивного турбулентного тепло- и влагообмена. Однако неустойчивость развивается лишь в нижнем (приводном) слое. Выше этого слоя сохраняется инверсия, которая образовалась в воздушной массе при движении ее над льдом или ма­териком. Благодаря этой инверсии водяной пар задерживается под ней, и туман образуется во всем нижнем слое, от поверхности воды до инверсии.

Испарение воды играет заметную роль в образовании тумана над озерами и реками осенью, а также ночью, когда воздух при переме­щении с суши оказывается холоднее воды. Однако основную роль в образовании таких туманов играет радиационное охлаждение воз­духа. Испарение лишь усиливает эффект охлаждения.

Смещение.

В целом процесс смешения воздушных масс с различными термогигрометрическими свойствами играет существенную роль в об­разовании облаков и туманов. Под влиянием в основном именно это­го фактора образуются туманы вблизи береговой черты (при нали­чии значительного перепада температур между сушей и водоемом) и фронтальные туманы (вблизи фронта). При образовании других ви­дов туманов смешение играет хотя и вспомогательную, но также не­маловажную роль.

Физически механизм образования туманов (так же как и обла­ков) под влиянием горизонтального перемешивания можно предста­вить в следующем виде. Если смешиваются два объема воздуха с различной температурой, то температура теплого воздуха понижа­ется. Образующийся при этом избыток водяного пара (сверх насы­щения) в теплом воздухе конденсируется. Затем капли воды распро­страняются на весь объем. Поскольку температура холодного воздуха при этом повышается, то в нем возникает недостаток насы­щения, поэтому часть капель испаряется, а оставшаяся масса ка­пель образует туман.

Охлаждение.

Понижение температуры воздуха является одной из основных причин конденсации водяного пара как вблизи земной поверхности, так и в свободной атмосфере. Вследствие понижения температуры образуются наиболее интенсивные туманы. В зависи­мости от вида процесса, приводящего к охлаждению, различают: ра­диационные и адвективные туманы, а также туманы восхожде­ния (вдоль склонов возвышенностей и гор).Радиационные туманы образуются в результате охлаждения земной поверхности и прилегающего слоя воздуха под влиянием из­лучения и турбулентного перемешивания. Понижение температуры земной поверхности вследствие излучения составляет в среднем около 1 "С/ч.Обычно считают, что при образовании радиационных туманов доля водяного пара при охлаждении воздуха до точки росы остается практически постоянной. В действительности под влиянием турбу­лентного перемешивания и выпадения росы происходит перерас­пределение водяного пара между слоями атмосферы, вследствие чего доля водяного пара и до начала туманообразования на данном уровне не сохраняет постоянного значения, а, как правило, умень­шается. Понижение температуры ниже точки росы сопровождается конденсацией водяного пара, которая приводит к уменьшению доли и давления водяного пара. Для образования тумана необходимо, чтобы сконденсировалось определенное количество водяного пара.Для образования радиационных туманов благоприятны следую­щие условия:

а) отсутствие облаков или наличие облаков только верхнего яру­са; увеличение количества облаков и уменьшение их высоты приводят к усилению противоизлучения атмосферы и уменьшению эф­фективного излучения земной поверхности, что не способствует ох­лаждению последней;б) высокая относительная влажность в начальный момент; чем выше относительная влажность, тем меньше охлаждение, необходи­мое для достижения состояния насыщения и образования тумана. Адвективные туманыобразуются в теплой воздушной массе, перемещающейся на более холодную подстилающую поверхность, в результате неадиабатического охлаждения воздуха при соприкосно­вении с ней. В воздушной массе, сместившейся на холодную поверх­ность, устанавливается инверсионное распределение температуры.

Образованию адвективных туманов благоприятствуют следую­щие условия:

а) высокая относительная влажность перемещающегося воздуха до вступления его на более холодную подстилающую поверхность;

б) большая разность температур воздушной массы и земной по­верхности;

в) умеренные скорости ветра (2—5 м/с); если скорость ветра ве­лика, то развивается сильный турбулентный обмен, препятствую­щий образованию тумана; при слабом ветре воздушная масса мед­ленно перемещается и, следовательно, медленно охлаждается от подстилающей поверхности;

г) увеличение или постоянство доли водяного пара с высотой; турбулентный обмен всегда способствует выравниванию доли водя­ного пара по вертикали; если доля пара возрастает с высотой в при­ земном слое, то под влиянием турбулентного обмена количество во-­ дяного пара вблизи земной поверхности будет увеличиваться за счет переноса из более высоких слоев;

д) умеренно устойчивая стратификация и сравнительно слабый турбулентный обмен; при очень устойчивой стратификации (силь­ной инверсии) турбулентный обмен прекращается. Вследствие же молекулярной диффузии охлаждение от земной поверхности распространяется крайне медленно, поэтому туман образуется в дан­ном случае в очень тонком слое вблизи земной поверхности. Частным случаем адвективных туманов являются береговые ту­маны, образующиеся на суше зимой при ветре с моря. Адвективные туманы наиболее интенсивны и занимают большие площади. Туманы восхождения(склонов) образуются в результате подъе­ма воздуха вдоль склонов возвышенностей и гор. Воздух при этом адиабатически охлаждается, что приводит к конденсации водяного пара. Стратификация воздуха, поднимающегося по склону, должна быть устойчивой, иначе вместо тумана будут развиваться кучевые облака.

Туман- совокупность капель воды и/или кристаллов льда, на­ходящихся в приземном слое во взвешенном состоянии и ухудшающих гори­зонтальную видимость до значений менее 1 км. Диаметр частиц тумана, как и дымки, составляет несколько десятков микрометров. Относительная влаж­ность воздуха при тумане близка к 100 %.

Туманы классифицируют в зависимости от физического процесса, приво­дящего к насыщению воздуха водяным паром и последующему процессу конденсации или сублимации водяного пара. Насыщение воздуха водяным паром может произойти вследствие двух причин:

а) увеличение содержания водяного пара в воздухе;

б) понижение температуры воздуха.

Туман, наблюдающийся при отрицательной температуре воздуха и со­держащий переохлаждённые капли воды, называется переохлажденным ту­маном .

Высокий туманохватывает по вертикали слой атмосферы толщиной бо­лее 100 м. Водность мощного тумана обычно увеличивается с увеличением высоты. При мощном тумане посадочная видимость почти всегда меньше дальности видимости на ВПП.

Низкий туманохватывает небольшой по мощности слой атмосферы -примерно от 2 до 100 м. Низкий туман образуется на аэродромах при хорошо выраженных радиационных процессах и характеризуется уменьшением вод­ности с увеличением высоты. При наличии низкого тумана на аэродроме по­садочная видимость, как правило, превышает значение дальности видимости на ВПП.

Поземный туманохватывает слой атмосферы менее примерно 2 м, распространяясь по вертикали ниже того слоя, где инструмен­тально определяется прозрачность атмосферы.

Радиационный туманформируется на аэродромах обычно во второй по­ловине ночи и продолжается, как правило, менее 6 ч. Наиболее часто радиа­ционные туманы формируются в центрах антициклонов, на осях барических гребней, в барических седловинах, в мал о градиентных барических полях.

Возникновение радиационного тумана связано с формированием призем­ной инверсии температуры воздуха. Образование приземной инверсии и ра­диационного тумана обусловлено взаимодействием двух процессов: 1) излу­чением подстилающей поверхности, вызывающим охлаждение приземного слоя воздуха; 2) слабым турбулентным обменом в приземном слое воздуха. Вследствие излучения ночью температура земной поверхности в течение ча­са понижается примерно на 1°С.

Адвективный туман образуется при движении теплого влажного воздуха над холодной подстилающей поверхностью. Это происходит часто в тыловой части антициклонов, в передней части или в тёплом секторе циклонов. Ско­рость приземного ветра при адвективных туманах может достигать 12 м/с, но чаще всего не превышает 6 м/с.

Адвективные туманы могут возникать в любое время суток, однако ночью они обычно усиливаются из-за радиационного охлаждения приземного слоя воздуха. Адвективные туманы являются почти всегда высокими и занимают большую площадь. Продолжительность адвективных туманов чаще всего со­ставляет 7—12 ч.

Туманы испарения образуются в холодной и устойчивой воздушной массе за счет испарения с тёплой водной поверхности озер, рек, водохрани­лищ. Это происходит тогда, когда температура водной поверхности примерно на 8-12 °С выше температуры прилегающего к ней слоя воздуха. Скорость приземного ветра при этом, как правило, не превышает 3 м/с.

Морозные и антропогенные туманы наблюдаются при физических ус­ловиях в атмосфере, благоприятных для формирования радиационных тума­нов. Морозные туманы возникают обычно при температуре воздуха ниже -20 °С. Антропогенные туманы связаны с выбросами в приземный слой атмо­сферы тепла, водяного пара, твёрдых и жидких аэрозолей из антропогенных источников загрязнения атмосферы.

Орографические туманы или туманы склонов образуются при адиаба­тическом охлаждении перемещающегося вверх по наветренному склону воз­вышенности ли горы влажного воздуха.

Фронтальные туманывозникают чаще всего в зоне тёплых фронтов в клине холодного воздуха вследствие перемешивания тёплого и холодного воздуха, а также испарения выпадающих из фронтальных облаков капель дождя.

Классификация облаков

Согласно международной классификации облака по внешнему виду делятся на 10 основных форм, а по высотам – на 4 класса.

1. Облака верхнего яруса – располагаются на высоте от 6 км и выше, представляют собой тонкие белые облака, состоят из ледяных кристаллов, имеют маленькую водность, поэтому осадков не дают. Мощность мала – 200 – 600 м. К ним относятся:

· перистые облака, имеющие вид белых нитей, крючков. Являются предвестниками ухудшения погоды, приближения теплого фронта (рис.2г);

· перисто-кучевые облака – мелкие барашки, мелкие белые хлопья, рябь;

· перисто-слоистые имеют вид голубоватой однородной пелены, которая покрывает все небо, виден расплывчатый диск солнца, а ночью - вокруг луны возникает круг гало.

2. Облака среднего яруса – располагаются на высоте от 2 до 6 км, состоят из переохлажденных капель воды в смеси со снежинками и ледяными кристаллами. К ним относятся:

· высоко-кучевые, имеющие вид хлопьев, пластин, волн, гряд, разделенных просветами. Вертикальная протяженность 200 - 700 м., осадки не выпадают (рис.2 в);

· высоко-слоистые представляют собой сплошную серую пелену, тонкие высоко-слоистые имеют мощность – 300 - 600 м, а плотные – 1 - 2 км. Зимой из них выпадают обложные осадки.

3. Облака нижнего ярусарасполагаются от 50 до 2000 м, имеют плотную структуру. К ним относятся:

· слоисто-дождевые, имеющие темно-серый цвет, большую водность, дают обильные обложные осадки. Под ними в осадках образуются низкие разорванно-дождевые облака. Высота нижней границы слоисто-дождевых облаков зависит от близости линии фронта и составляет от 200 до 1000 м, вертикальная протяженность 2 - 3 км, сливаясь часто с высоко-слоистыми и перисто-слоистыми облаками;

· слоисто-кучевые состоят из крупных гряд, волн, пластин, разделенных просветами. Нижняя граница 200 - 600 м, а толщина облаков 200 - 800 м, иногда 1 - 2 км. Это облака внутримассовые, в верхней части слоисто-кучевых облаков наибольшая водность. Осадки из этих облаков, как правило, не выпадают (рис 2 б);

· слоистые облака представляют собой сплошной однородный покров, низко нависший над землей с неровными размытыми краями. Высота бывает 100-150 м и ниже 100 м, а верхняя граница – 300-800 м. Могут опускаться до земли и переходить в туман (рис 2 а);

· разорванно-слоистые облака имеют нижнюю границу 100 м и ниже 100 м, образуются в результате рассеивания тумана. Осадки из них не выпадают.

4. Облака вертикального развития. Нижняя граница их лежит в нижнем ярусе, верхняя достигает тропопаузы. К ним относятся:

· кучевые облака – плотные облачные массы, развитые по вертикали с белыми куполообразными вершинами и с плоским основанием. Нижняя граница их порядка 400 - 600 м и выше, верхняя граница 2 - 3 км, осадков не дают (рис 2,д);

· мощно-кучевые облака представляют собой белые куполообразные вершины с вертикальным развитием до 4 - 6 км, осадков не дают;

· кучево-дождевые (грозовые) являются самыми опасными облаками, представляют собой мощные массы клубящихся облаков с вертикальным развитием до 9 - 12 км. С ними связаны грозы, ливни, град (рис 2 е, ж).

· Облака переносятся ветрами на огромные расстояния, в результате чего осуществляется постоянный влагообмен между различными областями нашей планеты. Крайне упрощенная схема влагообмена такова: вода из моря попадает в облака, образующиеся над поверхностью моря, затем ветры переносят эти облака на материк, где они изливаются дождями, наконец, через реки вода возвращается обратно в море.

Облачный покров нашей планеты достаточно велик. Облака покрывают в среднем около половины всего небосвода. В них содержится во взвешенном состоянии 10¹² кг воды (льда).Существует еще одна важная характеристика –облачность, т.е. количество облаков – число условных частей неба, закрытых облаками. Раньше такое число выражалось в баллах (от 0 до 10), сейчас принято выражать в октантах (от 0 до 8).

Облака образуются в результате конденсации водяного пара в свободной атмосфере. Кроме рассмотренных выше процессов перемешивания, приводящие к насыщению, конденсация водяного пара может произойти и при адиабатическом подъеме с охлаждением до точки росы. Такой подъем может происходить в следующих случаях:
а) конвективный подъем.
б) фронтальный подъем.
в) орографический подъем.

В соответствии с условиями их образования, существует генетическая классификация облаков Бержерона, в которой различаются основные генетические типы:
а) облака восходящего скольжения (фронтальные).
б) облака неустойчивых воздушных масс (конвекции).
в) облака устойчивых масс.

16. Атмосферные осадки. Условия образования, классификация и основные характеристики.

Виды осадков

Обложные осадки - равномерные, длительные по продолжительности, выпадают из слоисто-дождевых облаков;

Ливневые осадки - характеризуются быстрым изменением интенсивности и непродолжительностью. Они выпадают из кучево-дождевых облаков в виде дождя, нередко с градом.

Моросящие осадки - в виде мороси выпадают из слоистых и слоисто-кучевых облаков.

По происхождению различают:

Конвективные осадки характерны для жаркого пояса, где интенсивны нагрев и испарение, но летом нередко бывают и в умеренном поясе.

Фронтальные осадки образуются при встрече двух воздушных масс с разной температурой и иными физическими свойствами, выпадают из более теплого воздуха, образующего циклонические вихри, типичны для умеренного и холодного поясов.

Орографические осадки выпадают на наветренных склонах гор, особенно высоких. Они обильны, если воздух идет со стороны теплого моря и обладает большой абсолютной и относительной влажностью. (см. прил.4)

Характеризуются монотонностью выпадения без значительных колебаний интенсивности. Начинаются и прекращаются постепенно. Длительность непрерывного выпадения составляет обычно несколько часов (а иногда 1-2 суток), но в отдельных случаях слабые осадки могут длиться полчаса - час. Выпадают обычно из слоисто-дождевых или высокослоистых облаков; при этом в большинстве случаев облачность сплошная (10 баллов) и лишь изредка значительная (7-9 баллов, - обычно в начале или конце периода выпадения осадков). Иногда слабые кратковременные (полчаса - час) обложные осадки отмечаются из слоистых, слоисто-кучевых, высококучевых облаков, при этом количество облаков составляет 7-10 баллов. В морозную погоду (температура воздуха ниже ?10…-15°) слабый снег может выпадать из малооблачного неба.

Дождь - жидкие осадки в виде капель диаметром от 0,5 до 5 мм. Отдельные капли дождя оставляют на поверхности воды след в виде расходящегося круга, а на поверхности сухих предметов - в виде мокрого пятна.

Переохлаждённый дождь - жидкие осадки в виде капель диаметром от 0,5 до 5 мм, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0…-10°, иногда до ?15°) - падая на предметы, капли смерзаются, и образуется гололёд.

Ледяной дождь - твёрдые осадки, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0…-10°, иногда до ?15°) в виде твёрдых прозрачных шариков льда диаметром 1-3 мм. Внутри шариков находится незамёрзшая вода - падая на предметы, шарики разбиваются на скорлупки, вода вытекает и образуется гололёд.

Снег - твёрдые осадки, выпадающие (чаще всего при отрицательной температуре воздуха) в виде снежных кристаллов (снежинок) или хлопьев. При слабом снеге горизонтальная видимость (если нет других явлений - дымки, тумана и т.п.) составляет 4-10 км, при умеренном 1-3 км, при сильном снеге - менее 1000 м (при этом усиление снегопада происходит постепенно, так что значения видимости 1-2 км и менее наблюдаются не ранее чем через час после начала снегопада). В морозную погоду (температура воздуха ниже ?10…-15°) слабый снег может выпадать из малооблачного неба. Отдельно отмечается явление мокрый снег - смешанные осадки, выпадающие при положительной температуре воздуха в виде хлопьев тающего снега.

Дождь со снегом - смешанные осадки, выпадающие (чаще всего при положительной температуре воздуха) в виде смеси капель и снежинок. Если дождь со снегом выпадает при отрицательной температуре воздуха, частицы осадков намерзают на предметы и образуется гололёд.

Моросящие осадки

Характеризуются небольшой интенсивностью, монотонностью выпадения без изменения интенсивности; начинаются и прекращаются постепенно. Длительность непрерывного выпадения составляет обычно несколько часов (а иногда 1-2 суток). Выпадают из слоистых облаков или тумана; при этом в большинстве случаев облачность сплошная (10 баллов) и лишь изредка значительная (7-9 баллов, - обычно в начале или конце периода выпадения осадков). Часто сопровождаются ухудшением видимости (дымка, туман).

Морось - жидкие осадки в виде очень мелких капель (диаметром менее 0,5 мм), как бы парящих в воздухе. Сухая поверхность намокает медленно и равномерно. Осаждаясь на поверхность воды, не образует на ней расходящихся кругов.

Переохлаждённая морось - жидкие осадки в виде очень мелких капель (диаметром менее 0,5 мм), как бы парящих в воздухе, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0…-10°, иногда до ?15°) - оседая на предметы, капли смерзаются, и образуется гололёд.

Снежные зёрна - твёрдые осадки в виде мелких непрозрачных белых частиц (палочек, крупинок, зёрен) диаметром менее 2 мм, выпадающие при отрицательной температуре воздуха.

Ливневые осадки

Характеризуются внезапностью начала и конца выпадения, резким изменением интенсивности. Длительность непрерывного выпадения составляет обычно от нескольких минут до 1-2 часов (иногда несколько часов, в тропиках - до 1-2 суток). Нередко сопровождаются грозой и кратковременным усилением ветра (шквалом). Выпадают из кучево-дождевых облаков, при этом количество облаков может быть как значительным (7-10 баллов), так и небольшим (4-6 баллов, а в ряде случаев даже 2-3 балла). Главным признаком осадков ливневого характера является не их высокая интенсивность (ливневые осадки могут быть и слабыми), а именно сам факт выпадения из конвективных (чаще всего кучево-дождевых) облаков, что и определяет колебания интенсивности осадков. В жаркую погоду слабый ливневой дождь может выпадать из мощно-кучевых облаков, а иногда (очень слабый ливневой дождь) - даже из средних кучевых облаков.

Ливневый дождь - дождь ливневого характера.

Ливневый снег - снег ливневого характера. Характеризуется резкими колебаниями горизонтальной видимости от 6-10 км до 2-4 км (а порой до 500-1000 м, в ряде случаев даже 100-200 м) в течение периода времени от нескольких минут до получаса (снежные "заряды").

Ливневый дождь со снегом - смешанные осадки ливневого характера, выпадающие (чаще всего при положительной температуре воздуха) в виде смеси капель и снежинок. Если ливневой дождь со снегом выпадает при отрицательной температуре воздуха, частицы осадков намерзают на предметы и образуется гололёд.

Снежная крупа - твёрдые осадки ливневого характера, выпадающие при температуре воздуха около 0° и имеющие вид непрозрачных белых крупинок диаметром 2-5 мм; крупинки хрупкие, легко раздавливаются пальцами. Нередко выпадает перед ливневым снегом или одновременно с ним.

Ледяная крупа - твёрдые осадки ливневого характера, выпадающие при температуре воздуха от ?5 до +10° в виде прозрачных (или полупрозрачных) ледяных крупинок диаметром 1-3 мм; в центре крупинок - непрозрачное ядро. Крупинки достаточно твёрдые (раздавливаются пальцами с некоторым усилием), при падении на твёрдую поверхность отскакивают. В ряде случаев крупинки могут быть покрыты водяной плёнкой (или выпадать вместе с капельками воды), и если температура воздуха ниже 0°, то падая на предметы, крупинки смерзаются, и образуется гололёд.

Град - твёрдые осадки, выпадающие в тёплое время года (при температуре воздуха выше +10°) в виде кусочков льда различной формы и размеров: обычно диаметр градин составляет 2-5 мм, но в ряде случаев отдельные градины достигают размеров голубиного и даже куриного яйца (тогда град наносит значительные повреждения растительности, поверхностей автомобилей, разбивает оконные стёкла и т.д.). Продолжительность града обычно невелика - от 1 до 20 минут. В большинстве случаев град сопровождается ливневы