Давление, ветер, температура, влажность, облака, осадки.

Атмосфера оказывает давление на земную поверхность и все находящиеся в атмосфере предметы.

В соответствии с законом Б. Паскаля, в неподвижной атмосфере давление воздуха не зависит от ориентации поверхности, на которую оно действует, а определяется высотой поверхности. Высота отсчитывается от уровня моря. Под уровнем моря понимается средний уровень свободной поверхности воды в Мировом океане, определяемый за длительный период наблюдений. Известный итальянский физик и математик Э. Торричелли (1608 — 1647), ученик Г. Галилея, изобрел ртутный барометр. С тех пор это основной прибор для измерения атмосферного давления. Он используется как эталонный и устанавливается на всех метеорологических станциях мировой системы наблюдений за погодой. В ртутном барометре вес столба ртути в запаянной сверху стеклянной трубке уравновешивается весом столба атмосферы от уровня барометра до верхней границы атмосферы. Таким образом, атмосферное давление есть вес вертикального столба воздуха, расположенного выше рассматриваемого уровня с основанием 1 м2.

Давление измеряется в Паскалях (1 паскаль — это сила в 1 ньютон, приходящаяся на площадь 1 м2). На практике в качестве единицы давления удобнее использовать сотни Паскалей, или гектопаскаль (гПа). Продолжают широко использоваться такие внесистемные единицы давления, как дюймы, миллиметры ртутного столба (мм рт. ст.), а в некоторых книгах употребляются также миллибары (мб). Среднее атмосферное давление на уровне моря близко к 1013,3 гПа, или 760 мм

Перемещение воздуха относительно земной поверхности — это ветер. Характеристиками ветра являются скорость и направление, откуда он дует. Направление определяется в румбах или градусах геодезического азимута. Скорость ветра меняется от нулевой при полном штиле до ураганной во время смерчей. Она может достигать 130 м/с. Для измерения скорости и направления ветра используется прибор — анеморумбометр, в котором в качестве датчика скоростей применяется пропеллер, а датчиком направления служит флюгарка, поворачивающая прибор в точку, откуда дует ветер. Быстрота вращения пропеллера и поворот флюгарки определяют скорость (м/с) и направление ветра (сторона горизонта, откуда дует ветер).

Температуру при метеорологических наблюдениях записывают в градусах по шкале Цельсия (t°C). При термодинамических расчетах используется абсолютная температурная шкала — шкала Кельвина (ТК). Шкалы Цельсия и Кельвина имеют различные положения начала отсчета, соответствующего нулю градусов. Переход от шкалы Цельсия к шкале Кельвина прост: ТК = 273,15 + ГС
При измерениях температуры необходимо, чтобы термометрическая жидкость приняла температуру измеряемого тела, в нашем случае — воздуха. Для этого термометры помешают в специальные метеорологические будки с жалюзийными вертикальными стенками, через которые воздух свободно проходит и омывает термометр. Вместе с тем термометр защищен от падения прямых солнечных лучей, и нагревание термометра исключается. Таким образом, он принимает температуру воздуха.

Присутствие водяного пара делает воздух влажным. Водяной пар, как и любой газ, обладает собственным давлением, которое вместе с давлением сухого воздуха составляет атмосферное. Парциальное давление водяного пара (собственное давление пара) характеризует влажность воздуха и измеряется в тех же единицах, что и атмосферное (гПа). Максимальное давление водяного пара зависит от температуры и называется насыщающим. Если влага продолжает попадать в атмосферу, а давление водяного пара равно насыщающему, происходит конденсация или сублимация водяного пара, и образуются капельки воды или кристаллы льда. Отношение фактического парциального давления к насыщающему при данной температуре называется относительной влажностью и выражается в процентах. Относительная влажность меняется от нуля для сухого воздуха до 100% при насыщенном водяном паре. Измерения относительной влажности воздуха производят гигрометром — прибором, в котором используется обезжиренный человеческий волос, имеющий свойство изменять длину в зависимости от влажности: удлиняться во влажном воздухе и укорачиваться в сухом.

Наиболее влажный воздух наблюдается в приземном слое в экваториальном поясе. При удалении от темной поверхности влажность воздуха в безоблачной атмосфере стремительно уменьшается. Так, в слое атмосферы на высоте от 0 до 2 км содержится около 55% всего количества водяного пара, а в слое на высоте от 0 до 5 км — 90%. В стратосфере количество водяного пара составляет десятые или даже сотые доли процента от всего содержания влаги в атмосфере.

Облака — это скопление мельчайших капелек воды или кристалликов льда, плавающих в воздухе и видимых человеческим глазом. Капли и кристаллы настолько малы, что их вес почти уравновешивается трением о воздух. Когда такие скопления образуются у поверхности земли, они называются туманом. Скорость падения капель в неподвижном воздухе равна нескольким миллиметрам в секунду, а скорость падения кристаллов еще меньше. Существующие в атмосфере вертикальные движения воздуха препятствуют выпадению капелек и кристалликов из облаков, и они длительное время плавают в воздухе, увлекаясь воздушными потоками и смещаясь то вверх, то вниз. При определенных условиях капли и кристаллы начинают расти и становятся настолько тяжелыми, что уже не удерживаются в облаке и выпадают в виде осадков. В других случаях, когда относительная влажность воздуха становится меньше 100%, капли и кристаллы испаряются и облака рассеиваются.

Для образования облаков нужно, чтобы пар, содержащийся в воздухе, достиг насыщения. При подъеме пар охлаждается, конденсируется, и образуются мельчайшие капельки воды и кристаллы. Это и есть облака. Если облака состоят только из капель воды и пара, то их называют водяными, если из пара и кристаллов льда — кристаллическими. А смешанные облака включают и водяной пар, и капли воды, и кристаллы. Все облака, за небольшим исключением, образуются на разных высотах в тропосфере и принимают различные формы, которые отражают характер воздушных течений, несущих эти облака. Такова облачность, которую мы наблюдаем с Земли в пределах видимого горизонта, т. е. в пределах радиусом примерно 5 км. С запуском искусственных спутников Земли появилось новое средство слежения за облачностью. Телевизионные и инфракрасные снимки облаков, получаемые с искусственных спутников Земли, позволяют наблюдать облачные системы, их развитие, перемещение, непрерывные изменения на огромных пространствах. Самое замечательное, что облачные системы фронтов, построенные синоптиками теоретически, на основе наблюдений с Земли за облаками, были блестяще подтверждены, когда стало возможно наблюдать эти системы со спутников. Кроме того, спутниковые изображения открыли многие новые облачные скопления размером от 20 до 200 км и подтвердили правильность классификации облаков, созданной по наблюдениям с Земли. Облака делают видимыми движения воздуха и процессы, происходящие в воздушных потоках. По этой причине в метеорологии уделяется большое внимание формам облаков и их классификации. Для того чтобы наблюдатели во всем мире на метеорологических станциях одинаковым образом определяли формы облаков, созданы Международная классификация облаков и Атлас облаков, принятые Всемирной метеорологической организацией.

Прежде всего, облака разделяют по высотным слоям, так называемым ярусам, а затем по их строению и форме. В наиболее высоком и самом холодном верхнем ярусе от 6 до 13 км (о полярных широтах — от 3 до 8 км; в тропических — от 6 до 18 км) образуются кристаллические облака: перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые.

Перистые облака похожи на отдельные нити, коготки, запятые. Перисто-кучевые облака напоминают мелкие шарики и барашки, а перисто-слоистые представляют собой тонкую белую пелену, застилающую все небо или часть его. Перистые облака полупрозрачны и мало затеняют солнечный свет.
В среднем ярусе (от 2 до 7 км — в умеренных широтах; от 2 до 4 км — в полярных и от 2 до 8 км — в тропических широтах) существуют только две формы облаков — высокослоистые и высококучевые. Высокослоистые облака представляют собой молочно-серый облачный покров, застилающий весь небосвод или часть его.

Через менее плотные его участки могут просвечивать Солнце и Луна, но только в виде размытых пятен. Через более плотные, обычно серые участки. Солнце и Луна не просвечивают. Эти облака смешанные. Высококучевые же облака выглядят как система облачных гряд, состоящих из овалов в основном белого цвета, но с серыми основаниями. Они затеняют Солнце, но их толщина невелика. По краям овалов иногда наблюдается радужная окраска. Высококучевые облака всегда водяные. В нижнем ярусе (на всех широтах до 2 км от земли), различают три формы облаков: слоисто-дождевые, слоисто-кучевые и слоистые.

Слоисто-дождевые — это плотные свинцовые или темно-серые облака, из которых обязательно выпадают осадки: идет или обложной дождь, или обложной снег. Солнце и Луна сквозь них не просвечивают. Слоисто-дождевые — это смешанные облака.

Слоисто-кучевые облака представляют собой длинные гряды облаков, состоящих из мощных светло-серых опалой с серыми основаниями, между которыми либо просвечивает небо, либо тонкая белая облачность, связующая валы.

Слоистые облака — это однородный серый слой плотных облаков, из которых ни дождь, ни снег не выпадают. Иногда может идти морось. И слоистые, и слоисто-кучевые облака — водяные.

Осадки — это дождь, морось, снег, снежная и ледяная крупа, град, выпадающие из облаков на земную поверхность. Измеряются осадки в миллиметрах слоя воды, выпавшей на поверхность. Когда говорят, что выпало 10 мм осадков, это значит, что слой воды, покрывший земную поверхность, имел бы толщину 10 мм, если бы вода не стекала, не испарялась и не просачивалась в почву. Нетрудно догадаться, что 10 мм осадков — это 10 кг воды, выпавшей на I м». Осадки измеряются простыми приборами — дождемерами. Дождемер — это цилиндрическое ведро, в котором накапливаются осадки в течение 6 или 12 ч. К ведру прилагается дождемерный стакан, который позволяет измерять выпавшие осадки в миллиметрах слоя воды на квадратный метр. В случае твердых осадков (снег, град) их предварительно превращают в воду (растапливают). Кроме того, толщину слоя выпавшего снега определяют с помощью снегомерной рейки.

В умеренных широтах осадки идут только из смешанных облаков. Это происходит потому, что в смешанных облаках, где соседствуют водяной пар, капли воды и кристаллики льда, создаются условия для роста кристалликов. Известно, что давление насыщенного водяного пара над водой больше, чем надо льдом, поэтому в смешанном облаке насыщенный для капелек воды водяной пар оказывается перенасыщенным для ледяных кристалликов, вследствие чего водяной пар конденсируется на кристалликах. При этом водяной пар становится ненасыщенным по отношению к каплям воды, и они начинают испаряться. В смешанном облаке происходит перегонка водяного пара с капель на кристаллы льда. После того как капли и кристаллы льда вырастают до 20 — 60 мкм основную роль D их укрупнении начинает играть процесс слияния (коагуляции) облачных элементов, которому способствуют как столкновения, так и хаотическое (турбулентное) и броуновское движения, всегда существующие в облаке. Наиболее быстро процесс укрупнения облачных элементов происходит при сильных вертикальных движениях внутри облака. При быстром подъеме воздуха резко понижается температура, создается большое перенасыщение водяного пара не только над кристаллами льда, но и над каплями, которые также могут расти. Затем капли и кристаллы, поднятые на большую высоту восходящим потоком, падая, проходят большую толщу облака. В результате слияния и примораживания кристаллами переохлажденных водяных капель облачные элементы вырастают до таких больших размеров, что они уже не способны удерживаться в облаке и выпадают на землю. Таким образом, если температура в слое под облаком ниже нуля, то идет снег, а если выше нуля — дождь.

Есть такие непокорные облака, которые не соблюдают ярусов: они образуются внизу, затем простираются на всю высоту тропосферы. Это кучево-дождевые облака. Всем знакомы плотные с резко очерченными контурами ослепительно белые водяные облака, поднимающиеся вверх в виде куполов с серыми горизонтальными основаниями. Их гряды с просветами ясного неба — признак хорошей погоды в умеренных широтах, но при определенных условиях в тропосфере кучевые облака начинают быстро расти вверх, наслаиваясь, купол над куполом и расширяясь по площади. За считанные минуты они охватывают всю тропосферу, и их верхние части принимают волокнистую перистообразную структуру. Облако становится кучево-дождевым. Перистообразная структура свидетельствует о том, что в верхней части образовались кристаллы и облако стало смешанным. Из кучево-дождевых облаков выпадают ливни, иногда град, с ними связаны электрические явления — молнии и гром, поэтому часто кучево-дождевые облака называют грозовыми, а также ливневыми.


Буду благодарен, если Вы поделитесь этой статьей в социальных сетях:


Поиск по сайту: