Водяной пар в атмосфере. Атмосферные осадки

Вследствие испарения воды с поверхности океанов и прочих водоемов в тропосфере всегда присутствует водяной пар. Испарение зависит от температуры воздуха, наличия и скорости ветра, характера рельефа, растительного покрова и цвета почвы (темная почва интенсивнее поглощает солнечное излучение, сильнее нагревается и интенсивнее испаряет воду). Ветер имеет очень важное значение для испарения, поскольку он постоянно заменяет насыщенный водяными парами воздух на менее насыщенный.

Обратите внимание! Не путайте такие понятия, как «испарение» и «испаряемость»! Испарение – это процесс фазового перехода вещества из жидкого состояния в парообразное или газообразное, происходящий на поверхности вещества. Испаряемость – это величина потенциального испарения при данных условиях в единицу времени, то есть количество воды, которое могло бы испариться с данной территории за единицу времени. Испаряемость и испарение могут не коррелировать друг с другом. Так, например, в пустыне испаряемость большая, а испарение выражено незначительно, поскольку испарять практически нечего.

Показатель содержания воды (водяных паров) в воздухе называют влажностью воздуха.

Влажность воздуха зависит от места (над материками воздух сухой, а над океанами – влажный) и от температуры воздуха. Чем выше температура, тем сильнее расширяется воздух и тем больше воды он может содержать в виде пара. При определенной температуре воздух может принимать водяные пары до известного предела, то есть – до насыщения. При охлаждении ненасыщенный воздух будет постепенно приближаться к точке насыщения. Температура, при которой данный ненасыщенный воздух переходит к насыщению, называется точкой росы. Если насыщенный воздух будет охлаждаться дальше, то в нем начнется сгущение избыточных водяных паров. Вода начнет конденсироваться, образуются облака, а затем выпадают осадки.

Различают абсолютную, максимальную и относительную влажность воздуха.

Абсолютной влажностью называется фактическое содержание водяного пара в единице объема воздуха в данный момент. Абсолютная влажность измеряется в граммах на кубический метр (г/м?).

Максимальной влажностью называется предельно возможное содержание пара в воздухе при данной температуре. Если абсолютная влажность равна максимальной, то воздух считается насыщенным водяным паром.

Относительная влажность представляет собой отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в долях или в процентах. Относительная влажность показывает, насколько воздух близок к насыщению водяным паром. Относительная влажность может возрастать как вследствие повышения испарения, так и вследствие понижения температуры воздуха.

Относительная влажность воздуха является одной из характеристик погоды.

Влажность воздуха измеряют при помощи прибора, который называется гигрометром.

Концентрируясь в атмосфере, водяной пар образует облака – скопления взвешенных в атмосфере продуктов конденсации водяного пара (капель воды или мельчайших кристаллов льда). Облака делятся на перистые, слоистые, кучевые, слоисто-дождевые и кучево-дождевые.

Образование облаков

Перистые облака формируются на большой высоте – в стратосфере. Они состоят из кристаллов льда и осадков из них не выпадает. Слоистые облака, однообразные и бледные, формируются в тропосфере на высоте от 100 до 400 м (иногда могут наблюдаться и на высоте в 30 м). Осадков эти облака практически не приносят, лишь иногда из них могут выпадать снежные зерна или морось – медленный мелкий дождь. Кучевые облака Кучевые облака плотные, ярко-белые, имеющие выраженное вертикальное развитие, осадков не приносят. Слоисто-дождевые облака, закрывающие весь небосвод, приносят длительные осадки. Кучево-дождевые облака, имеющие свинцово-черную окраску, приносят грозы и ливни.

Грозой называют атмосферное явление, при котором внутри облаков или между облаками и земной поверхностью возникают электрические разряды – молнии, сопровождаемые быстро распространяющиеся в воздухе звуковой волной (громом).

Облачность измеряют по 10-балльной шкале, 1 балл которой соответствует 10 % площади небосвода. Среднегодовая облачность всей Земли составляет 4,9 балла. Минимальная среднегодовая облачность (примерно 0,2 балла) наблюдается во внутренних областях Антарктиды и в тропических пустынях, а максимальная (более 9 баллов) – над Белым морем и над северной частью Атлантического океана.

Причиной выпадения атмосферных осадков является охлаждение воздуха до точки росы. Воздух охлаждается при подъеме вверх или вследствие контакта с более холодными массами воздуха.

Измерение количества осадков происходит с помощью дождемера (ведра-осадкомера) – металлической емкости цилиндрической формы высотой 40 см и площадью сечения 500 см?. Метеорологи оперируют понятиями суточного, месячного и годового количества осадков для определенной территории. Количество атмосферных осадков измеряют в миллиметрах, по толщине возникшего на поверхности слоя воды.

Количество осадков зависит от следующих факторов:

– от температуры воздуха, которая влияет на испарение и количество влаги, поглощаемой воздухом (влагоемкость);

– от характера циркуляции воздушных масс – если воздух перемещается с моря на сушу, осадков выпадает больше;

– от высоты территории над уровнем океана, обуславливающей температуру воздуха, и от направления горных хребтов. Становясь препятствием для движущихся воздушных масс, горы вынуждают их подниматься вверх, что сопровождается охлаждением, конденсацией водяного пара и образованием осадков;

– от наличия и характера морских течений. Воздух, нагревшийся и насытившийся влагой над теплыми течениями, легко образует осадки при перемещении в более холодные районы. Холодные течения производят обратное действие – охладившийся над ними воздух имеет малую влагоемкость, вдобавок испарение холодной воды небольшое. Поэтому воздух, приходящий от холодного течения, осадков не приносит.

По агрегатному состоянию атмосферные осадки делят на жидкие и твердые.

К жидким атмосферным осадкам относятся роса, морось и дождь. Морось отличается от дождя малым размером капель, диаметр которых не превышает 0,5 мм, и очень низкой скоростью их падения. Кажется, что капли не падают вниз, а висят в воздухе.

К твердым атмосферным осадкам относятся иней, изморозь, снег, крупа, гололед и град.

Инеем называется тонкий слой кристаллического водного льда, нарастающего на поверхности земли и наземных предметах при отрицательной температуре почвы, малооблачном небе и слабом ветре.

Изморозь образуется на поверхностях из оседающих водяных паров в туманную морозную погоду. Она бывает кристаллической, состоящей из частиц льда, и зернистой (снеговидной). От изморози следует отличать гололед – слой плотного стекловидного льда, образующийся на поверхностях в результате намерзания частиц осадков (переохлажденных капель мороси, или дождя, ледяной крупы).

Крупа отличается от снега своей структурой. Снег представляет собой твердые осадки в виде снежных кристаллов (снежинок) или хлопьев, а крупа – в виде ледяных или снежных зерен.

Градом называют твердые ливневые осадки, выпадающие в теплое время года (при температуре воздуха выше +10 C) в виде кусков льда различной формы и размеров. Для образования града необходимы интенсивные восходящие воздушные потоки со скоростью свыше 10 м/с. Такие потоки заносят водяной пар на большие высоты (5 км), где из переохлажденных водяных капель образуются льдинки-градины. Интенсивные восходящие потоки в течение длительного времени удерживают градины от выпадения на землю, давая им возможность расти за счет присоединения переохлажденных капель. Относительно крупные градины не успевают растаять при падении и выпадают в виде льда.

Атмосферное явление, при котором происходит скопление воды в воздухе с образованием мельчайших продуктов конденсации водяного пара – капелек воды (при температуре воздуха выше —10 C) или кристалликов льда (при температуре воздуха ниже —15 C) называется туманом.

По интенсивности атмосферные осадки подразделяют на ливневые и моросящие.

Выпадение атмосферных осадков происходит неравномерно. Количество выпадающих осадков изменяется зонально, то есть от экватора к полюсам. Больше осадков выпадает там, где преобладают восходящие токи воздуха (то есть в областях с низким атмосферным давлением) – в экваториальном и умеренных поясах. В тропических и полярных поясах, где преобладают нисходящие потоки, осадков выпадает сравнительно мало.

Выделяют семь широтных поясов атмосферных осадков – один экваториальный, два тропических, два умеренных и два полярных.

Экваториальный пояс, расположенный примерно между 20-ми параллелями является поясом максимального количества атмосферных осадков. Здесь их выпадает около 3000 мм/год, примерно половина от объема всех осадков на нашей планете.

Тропические пояса расположены в обоих полушариях между 20-ми и 40-ми параллелями. Осадков здесь выпадает до 250 мм/ год.

В умеренных поясах, расположенных между 40-ми и 70-ми параллелями, выпадает осадков около 500 мм/год.

В полярных поясах, лежащих внутри полярных кругов, выпадает осадков до 250 мм/год.

Количество впадающих осадков изменяется и азонально – при движении от побережий вглубь материков (в тропических и умеренных поясах). Около 80 % годового количества осадков выпадает над океанами, главными поставщиками воды в атмосферу. Осадки на материки приносят воздушные массы с океана. По мере продвижения над сушей, океанический воздух охлаждается все сильнее и отдает все больше влаги. Поэтому на побережьях выпадает гораздо больше осадков, чем в центре материков.

Количество атмосферных осадков существенно зависит от рельефа. На наветренных склонах высоких гор выпадает больше осадков, чем на подветренных. Так, например, на южных (наветренных) склонах Гималаев осадков выпадает около 14 000 мм/год. Летние муссоны приносят сюда влагу с Индийского океана. А на северных (подветренных) склонах Гималаев осадки могут не выпадать не годами.

Самой сухой территорией нашей планеты считается юг Ливийской пустыни (северо-восточной части пустыни Сахары), где осадки выпадают не каждый год, а среднегодовое их количество составляет 3–5 мм. Самая влажная местность планеты находится в районе индийского города Черапунджи (на высоте 1313 м над уровнем океана). За год здесь в среднем выпадает 12 000 – 14 000 мм осадков, а в отдельные годы их количество может доходить до 24 000 мм.

Также наблюдаются сезонные изменения количества выпадающих осадков. Если возле экватора в течение года количество осадков изменяется незначительно, то в субэкваторальных широтах выделяют сухой сезон продолжительностью до 8 месяцев, связанный с поступлением тропических воздушных масс, и длящийся до 4 месяцев дождевой сезон, связанный с поступлением экваториальных воздушных масс. При движении от экватора к тропикам продолжительность сухого сезона возрастает, а дождевого – уменьшается. В субтропических широтах преобладают зимние осадки, которые приносят воздушные массы из умеренных широт. В умеренных широтах осадки выпадают круглогодично, но во внутренних частях материков большее количество осадков выпадает в теплое время года. То же самое наблюдается и в полярных широтах.

Круговорот воды в природе

Характерное для данной местности (наблюдаемое в течение длительного времени) распределение количества выпадающих осадков по месяцам или сезонам, называют режимом выпадения осадков.

Увлажнение – это важный климатический показатель, характеризующий обеспеченность территории влагой. Нельзя напрямую связывать увлажнение с количеством выпадающих атмосферных осадков, потому что выпавшая на поверхность влага при разных температурах будет распределяться по-разному – часть испарится, а часть впитается в почву и будет усвоена растениями.

Коэффициент увлажнения рассчитывают по формуле:

К = О: И

где О – годовая сумма осадков, а И – испаряемость.

Различают избыточное, достаточное и недостаточное увлажнение.

Избыточным называют увлажнение, при котором К > 1. При избыточном увлажнении на поверхности растут леса и могут образовываться болота.

Достаточным называют увлажнение, при котором К = 1. Достаточное увлажнение наблюдается в лесостепях, степях и саваннах.

Недостаточным называют увлажнение, при котором К < 1. Нехватка влаги свойственна для жарких полупустынь и пустынь.

Естественным индикатором увлажнения служит растительность, которая тем пышнее, чем выше увлажнение.








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