Конденсация водяного пара в атмосфере

Конденсация – процесс перехода водяного пара в жидкое состояния, происходит в атмосфере в виде образования мельчайших капелек, диаметром в несколько микрон с их последующим слиянием в более крупные.

Конденсация в атмосферном воздухе начинается при понижении температуры воздуха до «точки росы», когда воздух достигает насыщения, т.е. количество водяного пара становится насыщающим, возникают начальные комплексы молекул воды, которые в дальнейшем растут до величины капелек. Если точка росы (температура воздуха, при которой происходит насыщение) лежит значительно ниже нуля, то первоначально растут переохлажденные капельки, но затем они замерзают, и на них происходит развитие ледяных кристаллов. Охлаждение воздуха чаще всего происходит при его адиабатном подъеме и расширении, когда градиент температуры составляет один градус на каждые 100 мподъема. Для воздуха, не очень далекого от насыщения, вполне достаточно подняться вверх на несколько сотен метров, чтобы в нем началась конденсация.

В атмосфере происходит не только образование капелек, но и переход водяного пара в твердое состояние, этот процесс называется сублимацией, он приводит к образованию твердых осадков, которые имеют хорошо выраженное кристаллическоестроение, например, сложные формы снежинок – шестилучевых звездочек с многочисленными разветвлениями.

Термин конденсация обычно применяется к конденсации и сублимации вместе. Конденсация в атмосфере всегда происходит на некоторых центрах, называемых ядрами конденсации, например, на твердых частичках и капельках, являющихся продуктами сгорания или органического распада, которые вследствие своей гигроскопичности увеличивает устойчивость образовавшегося зародыша капельки. Их размер 10^–7 – 10^–5 см, а концентрация (число частиц в 1 см³) в среднем 10³ над океаном, 10⁴над сушей вне городов, а в городах ≈ 1,5×10⁵. С высотой число ядер быстро убывает. На высоте 3–4 км ядра конденсации считаются только сотнями. Ядра конденсации вследствие своей малости переносятся воздушными течениями на большие расстояния.

Облака. Турбулентное движение воздуха приводит к тому, что столь малые капельки и кристаллы не выпадают на землю, а длительное время остаются взвешенными в воздухе. При повышении относительной влажности капельки на ядрах конденсации начинают расти, а при значениях влажности около 100 % внутри атмосферы возникают видимые скопления капелек и кристаллов – облака. Скопления продуктов конденсации непосредственно у земной поверхности называют туманами.

Облака переносятся воздушными течениями. Если относительная влажность в воздухе, содержащем облака, убывает, то облака испаряются. При определенных условиях часть облачных элементов укрупняется и утяжеляется настолько, что выпадает из облака в виде осадков. Таким путем вода возвращается из атмосферы на земную поверхность. Облака находятся в процессе постоянного новообразования и исчезновения (испарения). Отдельные облака существуют подчас очень короткое время. Например, существование кучевых облаков иногда продолжается всего 10–15 минут.

По своему строению облака делятся на три класса.

1) Водяные (капельные) облака, состоящие только из капелек. Они могут существовать не только при положительных температурах, но и при температурах ниже нуля; в этом случае капельки будут находиться в переохлажденном состоянии, что в атмосферных условиях вполне обычно.

2) Смешанные облака, состоящие из смеси переохлажденных капелек и ледяных кристаллов при умеренных отрицательных температурах.

3) Ледяные (кристаллические)облака, состоящие только из ледяных кристаллов при достаточно низких температурах.

В теплое время года водяные облака образуются, главным образом, в нижних слоях тропосферы, смешанные – в средних слоях, ледяные – в верхних. В холодное время года при низких температурах смешанные и ледяные облака могут возникать и вблизи земной поверхности. Чисто капельное строение облака могут сохранять до температур порядка –10°С. При низких температурах в облаке наряду с капельками встречаются и кристаллы, т.е. облако является смешанным.

Размеры облачных капель варьируют в широких пределах, от долей микрона до сотен микронов. Путем конденсации радиус облачных капелек может увеличиваться примерно до 20 мк, а при взаимном слиянии капелек илипри таянии кристаллов, в облаках могут получаться капли радиусом до 100–200 мк. Крупные капли начинают выпадать из облака в виде мороси или дождя. Радиус крупных капель дождя может достигать и тысяч микронов (нескольких миллиметров). Количество капелек в единице объема облачного воздуха изменяется от сотен на см³в нижней тропосфере, до единиц на см³в высоких слоях тропосферы. Содержание кристаллов в облаках еще меньше – примерно 0,1 на один кубический сантиметр. Водностью облаков называют содержание в них воды в жидком или твердом виде. В водяных облаках на каждый м³воздуха приходится от 0,2 до 5 грамм воды. В кристаллических облаках водность значительно меньше – сотые и тысячные доли граммана каждый кубический метр. Это и понятно: абсолютная влажность воздуха измеряется лишь граммами на кубический метр, а в более высоких слоях, т.е. при более низких температурах, – долями грамма. При конденсации только часть водяного пара, имеющегося в воздухе переходит в жидкое состояние. Поэтому водность облаков оказывается еще меньше, чем абсолютная влажность воздуха.

Облака встречаются на высотах между уровнем моря и тропопаузой. В этом диапазоне высот условно различаются три яруса облаков. Нижний ярус во всех широтах – от земной поверхности до 2 км. Средний ярус в полярных широтах – от 2 до 4 км, в умеренных – от 2 до 7 км и в тропических – от 2 до 8 км. Верхний ярус в полярных широтах простирается в среднем от 3 до 8 км, в умеренных широтах – от 5 до 13 км и в тропических широтах – от 6 до 18 км. Формы облаков в тропосфере можно свести к относительно небольшому числу основных типов.

Рис. 4.1. Распределение родов облаков в тропосфере (интернет-журнал meteoweb.ru)

Таблица 4.2

Характеристика облаков

Название	Ярус	Основные свойства
Перистые – Cirrus (Ci) Перисто-кучевые – Cirrocumulus (Cc) Перисто-слоистые – Cirrostratus (Cs)	ВЕРХНИЙ	Белые, полупрозрачные облака встречаются при наиболее низких температурах и состоят из ледяных кристаллов. Ciвыглядят как отдельные нити, гряды или полосы волокнистой структуры. Cc представляют собой гряды или пласты, имеющие структуру из очень мелких хлопьев, шариков, завитков (барашков), часто похожи на рябь на поверхности воды или песка. Cs представляют тонкую прозрачную белесоватую вуаль. В них иногда различается волокнистая структура.
Высокослоистые – Altostratus (As)	СРЕДНИЙ И ВЕРХНИЙ	Вертикальная мощность Asизмеряется километрами, на вид представляют светлый, молочно-серый облачный покров различной плотности. В отдельных наименее плотных частях можно видеть диски солнца и луны в виде размытых пятен. Наряду с мельчайшими капельками в них содержатся мелкие снежинки. Поэтому такие облака дают слабые осадки, которые в теплое время года, как правило, испаряются по пути к земной поверхности. Зимой из высокослоистых облаков часто выпадает мелкий снег.
Высококучевые –Altocumulus (Ac)	СРЕДНИЙ	Ac представляют собой облачные пласты и гряды белого или серого цвета, достаточно тонки, более или менее затеняющие солнце. Состоят из плоских валов, дисков, пластин, часто расположенных рядами.
Слоисто-дождевые – Nimbostratus (Ns) Слоисто-кучевые – Stratocumulus (Sc) Слоистые – Stratus (St)	НИЖНИЙ И СРЕДНЕЙ Нижний ярус Нижний ярус	Ns представляют собой мощный слой серого цвета, в несколько километров толщиной, диски светил сквозь него не просвечивают. Из этих облаков, как правило, выпадает обложной дождь или снег, достигающий земной поверхности. Под покровом слоисто-дождевых облаков часто существуют бесформенные скопления низких разорванных облаков, особенно мрачные на фоне слоисто-дождевых. Scв нижнем ярусе представляют собой гряды или слои серых или беловатых облаков, почти всегда имеющие более темные части. Облака эти построены из дисков, плит, валов. Состоят из мелких и однородных капелек, при отрицательных температурах переохлажденных, не дают осадков, либо из них выпадает слабая морось или очень слабый снег. St– самые близкие к земной поверхности, в равнинной местности их высота может быть всего несколько десятков метров над землей. Это однородный на вид серый слой капельного строения, из которого может выпадать морось. При достаточно низких отрицательных температурах в облаках появляются твердые элементы и могут выпадать ледяные иглы, мелкий снег, снежные зерна. Солнечный диск, если он просвечивает сквозь облака, имеет четкие очертания. Временами слоистые облака представляются в виде разорванных клочьев; тогда их называют разорванно-слоистыми

Окончание табл.4.2

Название	Ярус	Основные свойства
Кучевые – Cumulus (Cu) Кучево-дождевые – Cumulonimbus (Cb)	ОБЛАКА ВЕРТИКАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ: ОСНОВАНИЯ РАСПОЛАГАЮТСЯ В НИЖНЕМ ЯРУСЕ, ВЕРШИНЫ – В СРЕДНЕМ ИЛИ ВЫСОКОМ	Cu – это отдельные облака в нижнем и среднем ярусах, плотные и с резко очерченными контурами, развивающиеся вверх в виде холмов, куполов, башен. Имеют клубообразный характер (похожи на кочаны цветной капусты) и на солнце кажутся ярко-белыми. Основания облаков сравнительно темные, более или менее горизонтальные. Облака часто настолько многочисленны, что образуют гряды. Иногда они имеют разорванные края и называются разорванно-кучевыми. Кучевые облака состоят только из водяных капель (без кристаллов), осадков, как правило, не дают. Cbявляются дальнейшей стадией развития кучевых. Представляют собой мощные кучевообразные массы, очень сильно развитые по вертикали в виде гор и башен. Закрывая солнце, они имеют мрачный вид и сильно уменьшают освещенность. Вершины их приплюснуты и имеют волокнистую перисто-образную структуру, нередко характерную форму наковален.Кучево-дождевые облака состоят в верхних частях из ледяных кристаллов, а в нижних из кристаллов и капелек различной величины, вплоть до самых крупных. Они дают осадки ливневого характера: это интенсивные дожди, иногда с градом, зимою сильный густой снег, крупа. С ними часто связаны грозовые явления, поэтому такие облака называют еще грозовыми (а также ливневыми). На их фоне нередко наблюдается радуга

В конце XIX века была принята первая международная классификация облаков, которая с тех пор несколько раз подвергалась существенным, но не принципиальным изменениям. В современном варианте международной классификации облака делятся на 10 основных родов по их внешнему виду (рис. 4.1).

В этих основных родах различают значительное число видов, разновидностей и дополнительных особенностей; промежуточных форм. В табл. 4.2 перечислены десять основных родов облаков (кроме русских названий, приводятся также международные латинские названия и их сокращения).

Облачность – это степень покрытия небесного свода облаками. Определяется по десятибалльной шкале. Ноль баллов соответствует безоблачному небу, а 10 баллов – полному покрытию неба облаками.

Облачность является важным фактором погоды и климата. Как показано в разделе 1.8, зимой и ночью она препятствует понижению температуры поверхности земли и приземного слоя воздуха вследствие уменьшения лучеиспускания в мировое пространство. Летом и днём облачность ослабляет нагревание земной поверхности солнечными лучами.

Рассмотрим географическое распределение средней годовой облачности. Над морем облачность больше, чем над сушей на 0,5–1,5 балла. В среднем для всего северного полушария она над сушей 4,8 и над морем 5,6; для всего Земного шара в целом 5,4. Таким образом, поверхность Земного шара закрыта облаками более чем наполовину.

Рис. 4.2. Среднее распределение облачности по географической широте над материками (вверху) и над океанами (внизу) [84].

Среднее распределение облачности по широтам представлено на рис. 4.2. Облачность растет от высоких широт к субполярным, и достигает максимума в зоне 70–60° широты, что связано с максимальным развитием здесь циклонической деятельности. Далее, в направлении к субтропическим широтам, облачность убывает, достигая минимума в районе 30–20°, где развиты субтропические антициклоны. К экватору облачность снова увеличивается, – это зона пассатов и зона вблизи экватора, где встречаются пассаты двух полушарий и развивается сильная конвекция (гл. 5).

4.3. Атмосферные осадки

Капельки или кристаллы крупных размеров, которые не могут удерживаться в атмосфере во взвешенном состоянии, выпадают в виде осадков – дождь, снег и др.

Дождь – жидкие осадки, состоящие из капель диаметром более 0,5 мм, но не более 8 мм; капельки с диаметром порядка 0,5–0,05 мм называются – морось, они характеризуются очень малой скоростью выпадения и легко переносятся ветром в горизонтальном направлении.

Из облаков слоистых форм выпадают обложные осадки – это длительные осадки средней интенсивности, выпадающие на больших площадях, порядка сотен тысяч квадратных километров часами и десятками часов.

Из кучево-дождевых облаков, связанных с конвекцией, выпадают ливневые осадки – интенсивные, непродолжительные, охватывающие небольшие площади, редко превышающие 20–50 км². Например, в Европе при продолжительности ливня 1–5 минут наибольшая его интенсивность составляет 3–4 мм в минуту, тогда как при 2–3 часовом дожде – только 0,5 мм в минуту. В Словакии зафиксирован случай выпадения 228 мм за 65 минут, т.е. со средней интенсивностью 3,5 мм в минуту. Рекордным в мировом масштабе был ливень в штате Айова в июле 1955 г., когда за 1 мин 24 сек интенсивность была 17,5 мм в минуту.

Суточные максимумы осадков могут достигать: в Средней Европе 350 мм; на юго-западе Европейской территории России 210 мм; в центре Европейской России и в Сибири 120–90 мм; наибольшие максимумы в тропиках превышают 1000 мм (Черрапунджи; Филиппины; остров Реюньон).

Кроме обложных и ливневых осадков, различают осадки моросящие (осадки малой интенсивности), выпадающие из облаков слоистых и слоисто-кучевых. Зимой вместо мороси выпадают мелкие снежинки и снежные зерна.

Снег – твердые осадки, состоящие из сложных ледяных кристаллов (снежинок). Основная форма снежных кристаллов – шестилучевая звезда, которая формируется из шестиугольных пластинок потому, что сублимация водяного пара наиболее быстро происходит на углах пластинок, где и нарастают лучи; на этих лучах, в свою очередь, создаются разветвления. Диаметры выпадающих снежинок могут быть различными (в среднем порядка нескольких миллиметров). Снежинки при падении часто слипаются в крупные хлопья. При температурах, близких к нулю и выше нуля, выпадает мокрый снег или снег с дождем. Для него характерны крупные хлопья.

Крупа – снежная и ледяная – выпадает из слоисто-дождевых и кучево-дождевых облаков при отрицательных температурах. Имеет вид округлых (иногда конусообразных) ядрышек диаметром 1 мм и больше. Ядрышки ледяной крупы имеют оледеневшую поверхность; раздавить их трудно, при падении на землю они подскакивают.

Снежные зерна выпадают из слоистых облаков зимой вместо мороси – маленькие крупинки диаметром менее 1 мм, напоминающие манную крупу.

Ледяные иглы – кристаллы в виде шестиугольных призм и пластинок без разветвлений, выпадают из облаков нижнего или среднего яруса, при низких зимних температурах.

Ледяной дождь – осадки в виде прозрачных ледяных шариков от 1 до 3 мм в диаметре. Это замерзшие в воздухе капли дождя. Их выпадение ясно говорит о наличии инверсии температуры. Где-то над земной поверхностью есть слой воздуха с положительной температурой, в котором выпадающие сверху кристаллы растаяли и превратились в капельки, а под ним – слой с отрицательной температурой, где капельки замерзли.

Летом, в достаточно жаркую погоду, иногда выпадает град в виде более или менее крупных кусочков льда неправильной формы (градин), от горошины до 5–8 смв диаметре, иногда и больше. Вес градин в отдельных случаях превышает 300 ги больше.

Часто градины обнаруживают неоднородное строение (рис. 4.3), и состоят из последовательных прозрачных и мутных слоев льда, что свидетельствуето том, что в течение своей «жизни» градины многократно увлекаются то вверх, то вниз сильными токами конвекции, наращивая свои размеры путем столкновения с переохлажденными каплями. В нисходящих токах они опускаются в слои с положительными температурами, где подтаивают сверху; потом снова поднимаются вверх и замерзают с поверхности.

Рис. 4.3. Изображения града (интернет–ресурсы)

Для образования градин необходима большая водность облаков, поэтому град выпадает только в теплое время года при высоких температурах у земной поверхности. Наиболее часто град выпадает в умеренных широтах, а с наибольшей интенсивностью – в тропиках. В полярных широтах града не наблюдается. Таким образом, в пределах различных ландшафтов, характеризующихся разнообразием физико-географических условий, осадки в виде града отмечаются в разном количестве и не везде. В качестве примера рассмотрим территорию Средней Сибири:

· на севере Средней Сибири град – очень редкое погодное явления, за весь период метеонаблюдений (более 50 лет) фиксировался всего несколько раз;

· на территории, располагающейся до 60° с.ш. град повторяется 2–8 раз за 10 лет;

· в горах Восточного и Западного Саян град отмечается ежегодно в среднем 2–3, а в котловинах 1–2 раза, обычно выпадет летом в послеполуденные часы (с 13 – до 19 час.), пятнами или небольшими полосами, продолжительностью в среднем 5 минут, и связан с прохождением циклонов, неустойчивостью воздушных масс и местными орографическими факторами;

· в Западном Саяне, на метеостанции Ермаковское, крупный град был зафиксирован 27 августа 1954 г., он продолжался около 10 минут, диаметр градин достигал 5 см, град нанес повреждения посевам на площади около 1000 га.

Град представляет существенную опасность для народного хозяйства, в связи с этим важное практическое значение имеет метод искусственного воздействия на градовые кучево-дождевые облака. Метод заключается во введение йодистого серебра или других реагентов в кучево-дождевые облака, угрожающие градом, что приводит к быстрому выпадению осадков в виде ливневого дождя или мелкого града и предотвращает образование крупных градин.

Для того чтобы вызвать осадки искусственным путем чаще всего в облаках рассеивают твердую углекислоту с очень низкой температурой, что вызывает замерзание некоторого числа капелек, и образуются зародыши ледяных ядер конденсации, появление которых приводит к началу выпадения осадков.

Другой способ состоит во введении в облака паров йодистого серебра (AgJ), которые, охлаждаясь, образуют в воздухе микроскопические кристаллики. При температурах ниже –4° они являются в облаке ядрами кристаллизации: на них растут ледяные кристаллы.

Таким же путем можно рассеивать туман у земной поверхности, вводя в него соответствующие реагенты, вызывающие укрупнение и осаждение частиц тумана. Подобные опыты дают успешные результаты, например, для защиты посевов от градобитий.

Наземные гидрометеоры. Кроме конденсации внутри атмосферы, возможна еще конденсация на земной поверхности и на наземных предметах. Водяной пар конденсируется при соприкосновении влажного воздуха с холодными поверхностями и образующаяся жидкая вода, или лед покрывает эти поверхности. Продукты конденсации этого типа называются наземными гидрометеорами, они бывают различных видов, в зависимости от условий, в которых конденсация происходит. К жидким продуктам наземной конденсации относится роса и жидкий налет, к твердым наземным гидрометеорам – иней, твердый налет, изморозь, гололед.

Роса – мельчайшие капли воды, выделяющиеся из воздуха на земной поверхности, на траве, на горизонтальных поверхностях предметов, вечером и ночью в теплое время года. Причина выделения росы – охлаждение поверхности почвы, растительности (трава, листья) путем ночного излучения до точки росы. Воздух соприкасающийся с такой поверхностью, охлаждается, и если температура его падает ниже точки росы, то происходит выделение жидкой воды на поверхности. Условием, необходимым для выделения росы, является ясная и тихая погода, при которой ночное излучение особенно велико.

Жидкий налет – пленка из водяных капелек, возникающая на холодных, преимущественно вертикальных поверхностях (стены, заборы, стволы деревьев) в пасмурную и ветреную погоду, при соприкосновении с влажным воздухом. Теплый влажный воздух охлаждается, и часть водяного пара, содержащегося в нем, конденсируется. Этот процесс происходит преимущественно на наветренных поверхностях, которые покрываются мельчайшими каплями, «запотевают». В отапливаемых жилых помещениях в холодное время года по такому же принципу часто запотевают изнутри оконные стекла.

Иней – ледяные кристаллы различной формы, длиной порядка миллиметров, возникающие на траве, почве, на различных горизонтальных поверхностях при тех же условиях, что роса, но только при отрицательных температурах подстилающей поверхности. Водяной пар из воздуха, непосредственно соприкасающегося с холодной поверхностью, сублимируется на ней в виде кристаллов.

Твердый налет возникает на вертикальных поверхностях (стены, цоколи зданий), с наветренной стороны при таких же условиях, как жидкий налет, но при температурах ниже нуля. Его образование связано с притоком теплого влажного воздуха, часто при тумане, причем температура все же остается отрицательной. Твердый налет чаще всего бывает кристаллическим, из мелких кристалликов, густо и плотно сидящих на поверхности; но он может иметь и вид тонкого слоя гладкого прозрачного льда.

Гололёд – слой или комочки льда, образующиеся на поверхности земли и на предметах (проводах, ветвях деревьев и т. п.) при намерзании переохлаждённых капель дождя, мороси или тумана. Толщина гололёда обычно небольшая, но в некоторых случаях может достигать нескольких сантиметров и вызывать, обледенение конструкций, обламывание ветвей, падения деревьев, обрывы проводов, гибель посевов. Обледенение – опасное явление, ухудшающее характеристики и качества конструкций, их прочность и, в конечном счете, долговечность и безопасность. Обледенение значительно увеличивает лобовое сопротивление ветру, что может привести к разрушению конструкций.

Причиной обледенения самолета на земле могут послужить многие атмосферные и окружающие условия: ледяной налет, снег, замерзающий туман, замерзающая морось, замерзающий дождь. Полет под облаками в зоне переохлажденного дождя также опасен из-за возможности сильного обледенения самолета, которое может нарушить работу двигателей, навигационных приборов и радиосвязь и привести к катастрофе.

Гололе́дица – слой бугристого льда (ледяная корка) или обледеневшего снега, образующийся на поверхности земли, чаще всего на дорогах, вследствие замерзания талой воды, часто после оттепели, когда происходит понижение температуры воздуха и почвы. Сохранение гололедицы может продолжаться несколько дней подряд, пока она не будет покрыта сверху свежевыпавшим снежным покровом или не растает полностью в результате повышения температуры воздуха.

Изморозь – рыхлые белые кристаллы, образующие длинные, легко осыпающиеся нити на ветвях деревьев, на хвое, проводах, проволочных изгородях и других тонких предметах. Изморозь нарастает при значительных морозах и, как правило, при тумане, переохлажденные капельки которого замерзают при соприкосновении с предметами и дают начало дальнейшему образованию кристаллов. Нарастание изморози происходит преимущественно с наветренной стороны предметов. Осаждение изморози может быть очень значительным, в особенности в горных лесах.

В искусственно созданных условиях могут наблюдаться явления, подобные твердому налету, инею и изморози: на оконных стеклах (морозные узоры), на стенах и потолках в плохо отапливаемых жилых помещениях, погребах, складах, а также в пещерах.

Географическое распределение осадков связано с распределением облачности и температуры воздуха и, стало быть, также обладает зональностью(рис. 4.4, 4.5). Однако эта зональность перекрывается действием незональных факторов, таких, как распределение суши и моря, особенности рельефа. Поэтому распределение осадков на карте очень сильно генерализировано.

Рис. 4.4. Распределение годовых осадков на Земном шаре по широте [84]

Внутри тропиков, при высоких температурах, влагосодержание воздуха велико и может развиваться сильная конвекция. Поэтому количества осадков здесь вообще значительны, в среднем 1000 мм в год и более. На суше они больше, в открытом море меньше, так как здесь, в областях пассатов, облака менее развиты по вертикали. Наибольшие количества осадков в тропиках – 2000–3000 мм и более – выпадают в сравнительно узкой внутритропической зоне конвергенции, где сближаются линии тока пассатов двух полушарий (гл. 5). Сходимость линий тока вызывает здесь сильные восходящие движения воздуха, поэтому наблюдается интенсивное облакообразование.

Максимальное количество осадков выпадает в бассейне Амазонки, на берегах Гвинейского залива, на островах Индонезии. В районах Средней Америки выпадает до 5000–6500 мм в год, в Колумбии – до 7000 мм и более, в Западной Африке – до 4000–5000 мм, а на юго-западном склоне пика Камерун даже свыше 9000 мм. На некоторых станциях Индонезии выпадает до 7000 мм осадков.

Большие суммы осадков отмечаются на тропических островах, где поток пассата поднимается по горным склонам. На Гавайских островах есть горные станции, где осадков выпадает свыше 9000 мм в год. Муссонная циркуляция в бассейне Индийского океана приводит к перемещению зоны наибольших осадков в более высокие широты обоих полушарий. В Индии и на Мадагаскаре осадки достигают 2000–3000 мм в год и более. В Индии в предгорьях Гималаев на высоте около 1300 м находится станция Черрапунджи, где выпадает в среднем более 11 000 мм в год. Наибольшая годовая сумма осадков в Черрапунджи была почти 23000 мм, наименьшая – свыше 7000 мм.

Рис. 4.5. Среднее распределение годовых сумм осадков (в миллиметрах) [83]

В субтропиках, в областях высокого атмосферного давления, облачность мала и осадки резко убывают. В пустынях этой зоны среднее годовое количество осадков во многих местах меньше 100 мм. В Средней Азии в предгорных районах и в засушливых долинах выпадает в год всего от 350 до 80 мм.

От субтропиков к умеренным широтам, где лучше развита циклоническая деятельность и осадки увеличиваются, располагается зона неустойчивого увлажнения. Здесь бывают засушливые годы, когда осадков недостаточно для нормального развития сельскохозяйственных культур.

В лесной зоне годовые суммы осадков составляют 500–1000 мм, это зона избыточного увлажнения. Осадки на континенте убывают в направлении с запада на восток, по мере удаления от океана. В Европе выпадает от 500 до 1000 мм осадков и более, тогда как на плоскогорьях в Восточной Сибири менее 500 мм, а в степных районах – даже менее 250 мм. Наибольшее количество осадков наблюдается на наветренных склонах гор. На подветренных склонах осадки убывают. Так, на Атлантическом побережье Норвегии, в Бергене, наблюдается 1730 мм осадков в год, тогда как в Осло, за хребтом, – только 560 мм. Контраст в осадках существует между Тихоокеанским побережьем Северной Америки и материком к востоку от Скалистых гор.

В России и СНГ осадки более 3000 мм в год выпадают на обращенных к Черному морю склонах Кавказских гор. Даже невысокие Уральские горы оказывают влияние на распределение осадков.

От умеренных широт к высоким осадки снова убывают по причине уменьшения влагосодержания атмосферы и водности облаков, а в Антарктике – также вследствие малой облачности над материком. В зоне тундры выпадает в общем менее 300 мм осадков, а в восточносибирской тундре – даже менее 200 мм в год. Несмотря на столь малое количество осадков, тундра и арктическая зона, из-за низких температур воздуха и небольшого испарения являются территорией избыточного увлажнения.

В южном полушарии осадки убывают от 1000 мм на 40-й параллели до 250 мм на полярном круге, а в глубине Антарктиды они измеряются десятками миллиметров в год.

На всем Земном шаре за год выпадает 511 тыс. км³ осадков, что дает среднюю высоту слоя 1000 мм. Из них 403 тыс. км³ (1120 мм) выпадают над мировым океаном, и 108 тыс. км³ (720 мм) – над сушей. Почти половина осадков выпадает между 20° с.ш. и 20° ю.ш., тогда как на обе полярные зоны приходится только 4 % .

В холодное время года в умеренных и высоких широтах осадки выпадают в твердом виде, образуя снежный покров. Высота снежного покрова (рис. 4.6) тем больше, чем больше выпадает осадков в холодное время года и чем меньше оттепелей зимой. В многолетнем среднем в России очень высокий снежный покров на Сахалине и Камчатке (до 100–150, в горах до 300 см).

На большей части Европейской территории СНГ высота снега свыше 50 см. В Москве снежный покров достигает к первой декаде марта 60 см, в Ленинграде – 50 см. К югу высота снежного покрова убывает.

Рис. 4.6. Высота снежного покрова в СНГ (в см) [по данным Гидрометеорологической службы]

В континентальных районах Средней Сибири снежный покров имеет меньшую мощность. В лесостепных окрестностях г. Красноярска высота снежного покрова составляет в среднем 35 см. В среднегорной тайге на водораздельных возвышенностях междуречья Енисей – Обь (п. Кача) высота снега достигает 100 см и выше. Распределение снежного покрова в сильной степени зависит от рельефа. Очень высок снежный покров на наветренных склонах гор и на перевалах, где его высота может достигать несколько метров. В горах Саян на метеостанции «Оленья речка» (абсолютная высота месторасположения 1405 м) среднемноголетняя максимальная высота снежного покрова в лесу по результатам многолетних снегомерных съёмок составляет 272 см.

В снежном покрове содержится много воздуха, что снижает его плотность. Один кубический метр снега весит от 20 до 200 кг, т.е. плотность снега всего порядка 0,02–0,20 от плотности воды (1000 кг/м³). Рыхлый снежный покров обладает наименьшей теплопроводностью, что предохраняет почву от глубокого промерзания.

За зиму под действием собственного веса снежный покров слеживается. Его плотность особенно увеличивается при оттепелях или дождях. Средняя плотность снежного покрова растет от 0,10–0,15 г/см³ в начале зимы до 0,25–0,32 г/см³в период снеготаяния. Если поверхность снега подтаивает, а затем снова подмерзает, образуется ледяная корка (наст).

Снежный покров охлаждает приземный воздух, так как снег обладает исключительно высоким альбедо (80–90 %). Весной приток тепла идет на таяние снега, поэтому температура воздуха остается близкой к нулю.

Практическая работа № 4

123

Дата добавления: 2015-09-07; просмотров: 12024;