Когда мы уточняем прогноз погоды, мы в первую очередь обращаем
внимание не только на температуру воздуха, но и на такой
метеорологический параметр, как атмосферные осадки. Какими они
бывают, когда образуются и почему они идут не из всех
облаков?ГидрометеорыАтмосферные осадки очень разнообразны.
Существует такое явление, как наземные гидрометеоры осадки,
возникающие на земной поверхности. Прежде всего это роса, которая
образуется, когда при понижении температуры, как правило в ночные и
предутренние часы, происходит конденсация влаги непосредственно над
землей. И если температура падает ниже нуля, то после конденсации
влаги происходит ее сублимация, и образуется иней. К гидрометеорам
относится и изморозь: на отдельных предметах, чаще всего ветках или
травинках, в результате сублимации намерзают кристаллы. Как
правило, это происходит при несколько более низких температурах,
чем при образовании инея.Также всем хорошо известен гололед. Люди
часто задают вопрос: чем различаются гололед и гололедица? На самом
деле гололедица это не осадки, в отличие от гололеда. Представьте,
что на поверхности почвы или асфальта днем растаял снег или лед и
образовалась пленка воды. При понижении температуры (обычно это
происходит в ночные часы, но может и в течение дня, если
температура воздуха падает с приходом более холодной воздушной
массы после прохождения холодного фронта) вода замерзает
непосредственно на поверхности, и образуется гололедица. То есть
она связана с похолоданием, с понижением температуры.А гололед,
наоборот, чаще всего связан с приходом более теплой воздушной
массы, с прохождением теплого фронта или фронта окклюзии. Каков
механизм его образования? До прихода теплого воздуха господствовал
более холодный, и поверхность была также более холодная. С приходом
теплой воздушной массы из облаков могут выпадать осадки либо в виде
дождя, либо в виде мокрого снега, но очень часто это именно
переохлажденный дождь. Дело в том, что, поскольку примесей в
атмосферной воде намного меньше, чем в реке, океане или море, вода
на земле замерзает при температуре 0 C. А в атмосфере более чистая
вода, в которой мало примесей, поэтому она может долго находиться в
переохлажденном состоянии, не замерзая при отрицательных
температурах. Но если устойчивость таких переохлажденных капель
нарушается в результате столкновения с любым твердым объектом
поверхностью, деревьями, машинами или самолетами, они мгновенно
замерзают. Именно это явление и называется гололедом, который может
образовываться не только на поверхности, но и, например, на ветках
деревьев.Знаменитое явление ледяного дождя наблюдалось несколько
лет назад в Москве и Московской области: тогда повалило огромное
количество деревьев, и даже на поверхности домов и машин слой льда
образовался толщиной в 10 сантиметров. При попадании в более
холодный воздух капли воды покрываются корочкой льда. Ударяясь о
твердую поверхность, они разбиваются, и влага мгновенно замерзает.
Именно из-за того, что выпал достаточно интенсивный дождь, а до
этого температура воздуха и поверхности была минус 1620 C,
произошло намерзание на всевозможных поверхностях очень толстого
слоя льда. Сильные гололедные явления бывают привязаны именно к
ледяным дождям, поэтому в настоящий момент их прогнозу уделяется
очень большое внимание.Виды осадковАтмосферные осадки делятся на
твердые и жидкие. В свою очередь, жидкие подразделяются по размеру
капель на дождь и морось. Морось это капли, диаметр которых меньше
одного миллиметра. Видов твердых осадков намного больше: снег,
ледяные зерна, ледяная крупа, ледяные иглы, град и так далее они
различаются и по размеру, и по структуре.Кроме того, осадки могут
различаться по интенсивности. Выделяют осадки обложные. Они не
очень интенсивные, но долго идущие. Бывают осадки моросящие:
выпадает именно морось, и они не более приятны, чем осадки
обложные. Чаще всего такие осадки выпадают в прибрежных районах,
например в Шотландии, Великобритании. Неприятны они тем, что от них
невозможно укрыться, никакой зонт вам не поможет, потому что очень
легкие капли переносятся ветром и падают не сверху, а сбоку, снизу
откуда угодно. От моросящих осадков спасает только непромокаемая
одежда. И наконец, осадки бывают очень интенсивные, от которых вы
промокнете за считаные минуты, а иногда даже секунды. Но они, как
правило, кратковременные и редко продолжаются больше часа.Почему
выпадают осадки?Облака не состоят из водяного пара, как ошибочно
может кто-то предположить: водяной пар всегда присутствует в
воздухе, но его нельзя увидеть невооруженным глазом. Облака это
скопление именно капелек воды, которые удерживаются воздушным
течением и не падают на землю, потому что сравнительно легкие. Но
если капли становятся тяжелыми и силы гравитации достаточно, чтобы
они упали на землю, формируются атмосферные осадки: капли воды
достигают земли. Капли становятся тяжелыми, поскольку происходит их
коагуляция: они сливаются друг с другом, и более крупные падают на
землю. Однако данные наблюдений, которые проводились в течение XX
века, показали, что коагуляции капель недостаточно, чтобы
образовались крупные капли (дождь или снег), максимум выпадет
морось.Механизм образования крупных капель был открыт Туром
Бержероном, шведским ученым, принадлежавшим к норвежской школе, и
был назван в его честь бержероновским процессом. Благодаря
норвежской школе в синоптику и прогноз погоды было введено понятие
фронтального анализа. Ученые тогда проводили очень много натурных
наблюдений, например, на территории Скандинавского полуострова. Во
время одной из таких кампаний Бержерон наблюдал за одним из холмов,
на который часто садилось облако, и обнаружил, что, когда
температура падала ниже нуля, облако не образовывалось, а если
температура была выше нуля, то оно появлялось. Он предположил, что
образование облака может быть связано с взаимодействием капель и
кристаллов.Важным здесь является насыщение воздуха. Почему вообще
из водяного пара образуются капли? Дело в том, что воздух не может
вобрать в себя бесконечное количество водяного пара. Например, если
мы будем вытирать лужу воды губкой, то до определенного момента она
будет впитывать воду, но если она насытится этой водой, то дальше
впитывать ее уже не будет, и вода начнет вытекать. Поэтому губку
надо периодически отжимать. То же самое с воздухом: он до
определенного момента, который называется состоянием насыщения,
вбирает в себя водяной пар, а если водяной пар продолжает
поступать, то возникает его избыток, и начинается конденсация.
Порог, при котором начинается конденсация, называется давлением
насыщения.Насыщение надо льдом наступает быстрее, чем над водой.
Если у нас есть капля воды и кристаллик льда, то для воды воздух
будет ненасыщенным, и она начнет испаряться. А для кристаллика льда
воздух будет уже насыщенным, и испарившаяся капля мгновенно будет
намерзать на кристалле. Изначально он более тяжелый, чем капля, и
будет становиться все тяжелее, а потом начнет падать вниз. По
дороге он встретит другие кристаллы и, сталкиваясь с ними, будет
разбиваться на массу частичек. Пойдет цепная реакция: будет
образовываться все больше кристалликов, каждый из которых станет
ядром для намерзания новых капель, и все они будут падать вниз.
Получается, в облаке должны присутствовать одновременно и капли, и
ледяные кристаллы, чтобы из него выпали осадки. Такие облака
называются смешанными. Бержерон все это понял, основываясь на
знании физических процессов и интуиции, никаких экспериментов он не
проводил. И только спустя 10 лет немецкий ученый Вальтер Финдейзен
сумел доказать, что такой процесс существует, уже
экспериментально.Таким образом, у нас есть облака, которые состоят
только из капель, и они, как правило, находятся в нижнем слое
тропосферы. Есть облака, состоящие только из кристаллов, это белые
прозрачные облака, которые формируются в верхних слоях тропосферы,
и из них осадки не идут. И есть облака, которые пронизывают всю
тропосферу и распространяются от нижних слоев до верхних от 2 до 10
километров. Именно в них присутствуют одновременно капли и ледяные
кристаллы, а потому из них будут выпадать осадки.Понять, какое
перед нами облако и будут ли идти из него осадки, могут
специалисты: определить тип облака не так-то просто, и синоптики
знают, как это делать. Но на одну хорошую примету все же можно
ориентироваться: признаком того, что дождь точно пойдет, является
формирование так называемой наковальни в огромной башне облака,
которое кажется очень страшным, из-за чего всегда хочется понять,
пойдет из него ливневый дождь или нет. Термин наковальня пришел из
кузнечного дела: верхушка такого облака расплывается по горизонтали
и действительно напоминает кузнечную наковальню.Подобное растекание
облака происходит за счет того, что на высоте от 9 до 12 километров
дуют очень сильные ветры. Если наковальня образовалась, значит,
облако выросло до высоты 9 километров, а там температуры настолько
низкие, что формируются ледяные кристаллы. Таким образом, в башне
облака, простирающейся от низких слоев до верхних, присутствуют и
капли, и кристаллы, а значит, есть условия для формирования
осадков. От такого облака надо скорее убегать, потому что
непременно начнется интенсивный ливень.
