Водяные пары в атмосфере

Испарение — это испарившееся и поступившее в воздух количество водяного пара. Скорость испарения зависит от многих причин, но главным образом от температуры воздуха и ветра. Понятно, что чем выше температура, тем больше испарение. Но ветер, постоянно перемещая насыщенный водяными парами воздух, приносит в данное место новые и новые объемы сухого воздуха. Даже слабый ветер скоростью 2-3 м/с увеличивает испарение в три раза. На испарение влияют также характер рельефа, растительный покров и т.д.

Однако из-за недостатка влаги в данной местности испарение бывает значительно меньше, чем могло бы быть при данных условиях. Количество воды, которое могло бы испариться при данных условиях, называется испаряемостью. Иначе говоря, испаряемость — это потенциально возможное испарение в данной местности, которое чаще всего определяется с помощью испарителя или по показателям испарения с открытой водной поверхности крупного естественного (пресноводного) водоема или с избыточно увлажненной почвы.

Испаряемость, как и испарение, выражается в миллиметрах слоя испарившейся воды (мм); за конкретный период — мм/год и т.д.

На земной поверхности постоянно происходят два противоположно направленных процесса: орошение местности осадками и осушение ее испарением. Но степень увлажнения территории обусловливается соотношением осадков и испарения. Увлажнение территории характеризуется коэффициентом увлажнения (К), под которым понимается отношение суммы осадков (Q) к испаряемости (И): К =  (если К выражается в долях единицы — дробью) и К = 100% (если в процентах). Например, в европейской тундре осадков выпадает 300 мм, а испаряемость только 200 мм, т.е. осадки превосходят испаряемость в 1,5 раза; коэффициент увлажнения равен 1,5, или 150%.

Увлажнение бывает избыточным, когда К > 1, или > 100%; нормальным, когда К = 1, или 100%; недостаточным, когда К < 1, или < 100%. По степени увлажнения выделяют влажные (гумидные) и сухие (аридные) территории. Коэффициент увлажнения характеризует условия стока, развитие растительности и другое. В лесной зоне он равен примерно 1,0-1,5, в лесостепной 0,6-1,0, в степях 0,3-0,6, полупустынях 0,1-0,3, пустынях менее 0,1.

В атмосфере всегда имеется определенное количество влаги в виде водяного пара, который поступает туда в результате испарения с водных поверхностей и с поверхности суши. Иначе говоря, воздух всегда содержит влагу в виде молекул (пар), капелек и кристалликов льда. Влажность воздуха — это содержание в нем водяного пара. При условии достаточного поступления влаги в атмосферу влажность зависит от температуры воздуха. Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара он может вместить. Так, 1м³ воздуха при температуре 30°С может содержать 30 г влаги, при 20°С — 17,3 г, при 0°С — только 4,8 г. При отрицательных температурах влагосодержание воздуха заметно уменьшается, и уже при -10°С влаги в 1м³ воздуха только 2,3 г. Следовательно, ход влажности параллелен ходу температуры воздуха. Обычно влажность больше днем, чем ночью, в течение года наибольшая влажность отмечается в летние месяцы, а наименьшая — зимой. В низких широтах, где воздух гораздо холоднее, влажность больше, чем в средних и высоких. При определенной температуре воздух может содержать соответствующее количество влаги (водяных паров). Предел содержания водяного пара в воздухе при данной температуре называется максимальной влажностью (Е). Влажность воздуха характеризуется абсолютной и относительной влажностью.

Абсолютной влажностью (а) называется фактическое количество водяных паров в воздухе в данный момент, измеряемое в г/м³. Отношение абсолютной влажности к максимальной, выраженное в процентах, называется относительной влажностью (f), т.е. f =100%. Воздух, имеющий максимальную влажность, называется насыщенным. В отличие от него ненасыщенный воздух еще обладает способностью поглощать водяные пары. Однако при нагревании насыщенный воздух становится ненасыщенным, а в случае охлаждения — перенасыщенным. В последнем случае начинается конденсация. Конденсация — это сгущение избыточных водяных паров и переход их в жидкое состояние, образование мельчайших капелек воды. Как насыщенный, так и ненасыщенный воздух может стать перенасыщенным во время поднятия воздушной массы, так как при этом она сильно охлаждается. Охлаждение возможно также при выхолаживании почвы в данном месте и при проникновении теплого воздуха в холодную местность.

Конденсация может происходить не только в воздухе, но и на земной поверхности, на ралличных предметах. В этом случае в зависимости от условий образуются роса, иней, туман, гололед. Роса и иней образуются при ясной и тихой погоде ночью, преимущественно в предутренние часы, когда поверхность Земли и ее объекты выхолаживаются. Тогда на их поверхности конденсируется влага из воздуха. При этом при отрицательных температурах образуется иней, при положительных — роса. В случае, если на теплую поверхность приходит холодный воздух или теплый воздух резко охлаждается, может образоваться туман. Он состоит из мельчайших капелек, или кристалликов, как бы взвешенных в воздухе. В сильно загрязненном воздухе образуется туман или дымка с примесью дыма — смог. При выпадении переохлажденных капелек дождя или тумана на охлажденную ниже 0°С поверхность и при температуре воздуха от 0 до -3°С образуется слой плотного льда, нарастающего на поверхности земли и на предметах, преимущественно с наветренной стороны, — гололед. Это происходит от намерзания переохлажденных капель дождя, тумана, или мороси. Корка льда может достичь толщины нескольких сантиметров и превратиться в настоящее бедствие: она становится опасной для пешеходов, транспортных средств, обламывает сучья деревьев, обрывает провода и т.д.

Иные причины обусловливают явление, которое называется гололедица. Гололедица возникает как правило, после оттепели или дождя в результате наступления похолодания, когда температура резко опускается ниже 0°С. Происходит замерзание мокрого снега, дождя или мороси. Гололедица образуется и тогда, когда эти жидкие осадки выпадают на сильно переохлажденную поверхность земли, что также обусловливает их замерзание. Таким образом гололедица — это лед на земной поверхности, образовавшийся в результате замерзания мокрого снега или жидких осадков.

Облака образуются при конденсации водяного пара в поднимающемся воздухе вследствие его охлаждения. Высота их образования зависит от температуры и относительной влажности воздуха. При достижении им высоты, на которой насыщение станет полным, — уровня конденсации — начинается конденсация и облакообразование. Облака находятся в постоянном движении и могут состоять из мелких капелек или кристалликов, но чаще они смешанные. По форме различают три основных вида облаков: перистые, слоистые и кучевые. Перистые — облака верхнего яруса (выше 6000 м), полупрозрачные и состоят из мелких ледяных кристалликов. Осадки из них не выпадают. Слоистые — облака среднего (от 2000 до 6000 м) и нижнего (ниже 2000 м) ярусов. В основном они и дают осадки, обычно длительные, обложные. Кучевые облака могут образовываться в нижнем ярусе и достигать очень большой высоты. Часто они имеют вид башен и состоят внизу из капелек, а вверху — из кристалликов. С ними связаны ливни, град, грозы. Кроме трех основных форм облаков образуется много комбинированных. Например, перисто-слоистые, слоисто-кучевые, кучево-дождевые и т.д.

Облачный покров обычно состоит из разных облаков. Степень покрытия неба облаками называют облачностью, которая измеряется в баллах — от 0 до 10. В среднем на Земле половина неба закрыта облаками. Наибольшая облачность — в областях пониженного давления, т.е. там, где воздух поднимается. Над океаном она больше, чем над сушей, так как там больше влаги. Абсолютный средний максимум облачности — 9 баллов (над Северной Атлантикой), абсолютный минимум — 0,2 балла (над Антарктидой и тропическими пустынями).

Облачный покров задерживает солнечную радиацию, идущую к земной поверхности, отражает и рассеивает ее. Одновременно облака задерживают тепловое излучение земной поверхности в атмосферу. Поэтому влияние облачности на климат очень велико.