Из чего образуются облака и на какие типы делятся. Образование облаков Как образуются облака и осадки

Лёгкие, пушистые и воздушные облака – они ежедневно проплывают над нашими головами и заставляют поднимать вверх голову и любоваться причудливыми формами и оригинальными фигурами. Иногда сквозь них пробивается удивительного вида радуга, а бывает – утром или вечером во время заката или восхода Солнца облака озаряют солнечные лучи, придавая им невероятный, зачаровывающий дух оттенок. Ученые уже давно исследуют воздушные облака и другие виды облаков. Они дали ответы на вопросы, что это за явление и какие бывают облака.

На самом деле, не так уж и просто дать объяснение. Потому что состоят они из обыкновенных капелек воды, которые с поверхности Земли поднял вверх тёплый воздух. Самое большое количество водяных паров образуется над океанами (за один год вода здесь испаряется не менее 400 тыс. км. куб.), на суше – в четыре раза меньше.

А так как в верхних слоях атмосферы значительно холоднее, чем внизу, воздух там довольно быстро остывает, пар конденсируется, образуя малюсенькие частички из воды и льда, вследствие чего появляются белые облака. Вполне можно утверждать, что каждое облако является своеобразным генератором влаги, через который проходит вода.

Вода в облаке находится в газообразном, жидком и твердом состоянии. Вода в облаке и наличие в них ледяных частичек, влияют на внешний вид облаков, его формирование, а также на характер осадков. Именно от типа облака и зависит вода в облаке, например, у ливневых облаков наблюдается наибольшее количество воды, а у слоисто-дождевых этот показатель в 3 раза меньше. Вода в облаке характеризуется также тем количеством, которое запасено в них - водозапас облака (вода или лед, который содержится в столбе облака).

Но всё не так просто, поскольку для того, чтобы образовалось облако, капельки нуждаются в конденсационных зёрнах – мельчайших частицах пыли, дыма или соли (если речь идёт о море), к которым они должны прилипнуть и вокруг которых должны образоваться. Это значит, что даже если состав воздуха будет полностью перенасыщенный водяным паром, без пыли он не сможет превратится в облако.

Какую именно форму примут капли (вода), прежде всего зависит от температурных показателей в верхних слоях атмосферы:

• если температура воздуха атмосферы превышает -10°С, белые облака будут состоять из водяных капель;
• если температурные показатели атмосферы станут колебаться между -10°С и -15°С, то состав облаков будет смешанным (капельные + кристаллические);
• если температура в атмосфере ниже -15°С, белые облака будут содержать в себе ледяные кристаллики.

После соответствующих преобразований получится, что в 1 см3 облака содержится около 200 капель, при этом их радиус будет составлять от 1 до 50 мкм (средние показатели – от 1 до 10 мкм).

Классификация облаков

Каждый наверняка задавался вопросом, какие бывают облака? Обычно образование облаков происходит в тропосфере, верхняя граница которой в полярных широтах находится на расстоянии в 10 км, в умеренных – 12 км, в тропических – 18 км. Нередко можно наблюдать и другие виды. Например, перламутровые обычно расположены на высоте от 20 до 25 км, а серебристые – от 70 до 80 км.

В основном мы имеем возможность наблюдать за тропосферными облаками, которые подразделяются на такие виды облаков: верхнего, среднего и нижнего ярусов, а также вертикального развития. Практически все они (кроме последнего типа) появляются тогда, когда влажный тёплый воздух поднимается наверх.

Если воздушные массы тропосферы находятся в спокойном состоянии, образуются перистые, слоистые облака (перисто-слоистые, высокослоистые и слоисто-дождевые) и если воздух в тропосфере движется волнообразно, появляются кучевые облака (перисто-кучевые, высококучевые и слоисто-кучевые).

Облака верхнего яруса

Речь идёт о перистых, перисто-кучевых и перисто-слоистых облаках. Небо облака внешне напоминает перья, волны или вуаль. Все они полупрозрачные и более-менее свободно пропускают солнечные лучи. Они могут быть как чрезвычайно тонкими, так и довольно плотными (перисто-слоистые), значит, свету пробиваться через них тяжелее. Погода облаков сигнализирует о приближении теплового фронта.

Перистые облака также могут возникать выше облаков. Они располагаются полосами, которые пересекают небесный свод. В атмосфере они располагаются выше облаков. Как правило, осадкой из них не выпадает.

В средних широтах расположены белые облака верхнего яруса обычно на высоте от 6 до 13 км, в тропических – значительно выше (18 км). При этом толщина облаков может составлять от несколько сотен метров до сотен километров, которые могут располагаться выше облаков.

Движение облаков верхнего яруса по небосводу прежде всего зависит от скорости ветра, поэтому может варьироваться от 10 до 200 км/ч. Небо облака состоит из мелких ледяных кристалликов, но погода облаков осадков практических не дает (а если и дает, то измерить их на данный момент нет никакой возможности).

Облака среднего яруса (от 2 до 6 км)

Это кучевые облака и слоистые облака. В умеренных и полярных широтах они находятся на расстоянии от 2 до 7 км над Землёй, в тропических могут подниматься немного выше – до 8 км. Все они имеют смешанную структуру и состоят из водяных капелек, смешанных с ледяными кристаллами. Поскольку высота небольшая, в тёплое время года в основном состоят из водяных, в холодное – из ледяных капелек. Правда, осадки из них до поверхности нашей планеты не доходят – испаряются в дороге.

Кучевые облака немного прозрачные и располагаются выше облаков. Цвет облаков белого или серого оттенков, местами затемнённые, имеющие вид слоёв или параллельных рядов из округлых масс, валов или огромных хлопьев. Туманные или волнистые слоистые облака представляют собой пелену, которая постепенно закрывает небеса.

Образуются в основном тогда, когда холодный фронт вытесняет наверх тёплый. И, хотя осадки до земли не долетают, появление облаков среднего яруса почти всегда (кроме, может, башенковидных) сигнализирует о перемене погоды в худшую сторону (например, к грозе или к снегопадам). Происходит это из-за того, что сам по себе холодный воздух намного тяжелее тёплого и двигаясь вдоль поверхности нашей планеты, он очень быстро вытесняет нагретые воздушные массы наверх – поэтому из-за этого при резком вертикальном подъёме тёплого воздуха образуются сначала белые облака среднего яруса, а затем и дождевые облака, небо облака которого несет громы и молнии.

Облака нижнего яруса (до 2 км)

Слоистые облака, дождевые облака и кучевые облака содержат капельки воды, которые в холодное время года замерзают и превращаются в частицы снега и льда. Расположены они довольно невысоко – на расстоянии от 0,05 до 2 км и являют собой плотный, однородный низко нависающий покров, редко размещаются выше облаков (других видов). Цвет облаков серый. Слоистые облака похожи на большие валы. Погода облаков часто сопровождается осадками (мелкий дождь, снег, туман).

Облака вертикального развития (конвенции)

Кучевые облака сами по себе довольно плотные. По форме немного напоминают купола или башни с округлыми очертаниями. Кучевые облака при порывистом ветре могут становиться разорванными. Находятся они на расстоянии 800 метров от земной поверхности и выше, толщина составляет от 1 до 5 км. Некоторые из них способны преобразоваться в кучево-дождевые облака и располагаться выше облаков.

Кучево-дождевые облака могут находиться на довольно большой высоте (до 14 км). Нижние их уровни содержат воду, верхние – ледяные кристаллики. Их появление всегда сопровождается ливнями, грозами, в отдельных случаях – градом.

Кучевые и кучево-дождевые, в отличии от других облаков образуются только при очень быстром вертикальном подъеме влажного воздуха:

1. Влажный тёплый воздух чрезвычайно интенсивно поднимается вверх.
2. Наверху капельки воды замерзают, верхняя часть облака тяжелеет, опускается и вытягивается по направлению к ветру.
3. Через четверть часа начинается гроза.

Облака верхних слоёв атмосферы

Иногда в небе можно наблюдать за облаками, которые находятся в верхних слоях атмосферы. Например, на высоте от 20 до 30 км образуются перламутровые небесные облака, которые состоят в основном из ледяных кристаллов. А перед заходом или восходом Солнца нередко можно увидеть серебристые тучки, которые находятся в верхних слоях атмосферы, на расстоянии около 80 км (интересно, что эти небесные облака открыли только в 19 веке).

Облака этой категории могут размещаться выше облаков. Например, облако-шапка — это небольшое, горизонтальное и высоко-слоистое облако, которое зачастую располагается выше облаков, а именно выше кучево-дождевых и кучевых. Данный вид облака может образовываться выше облака из пепла или огненного облака в период извержения вулканов.

Сколько живут облака

Жизнь облаков напрямую зависит от влажности воздуха в атмосфере. Если её мало, они довольно быстро испаряются (например, есть белые облака, которые живут не более 10-15 минут). Если много – могут продержаться довольно длительное время, дождаться образования определённых условий, и выпасть на Землю в виде осадков.

Сколько бы не жило облако, оно никогда не находится в неизменном состоянии. Частицы, из которых оно состоит, постоянно испаряются и появляются снова. Если даже внешне облако не изменяет своей высоты, на самом деле оно находится в постоянном движении, поскольку находящиеся в нём капли опускаются, переходят в воздух под облаком и испаряются.

Облако в домашних условиях

Белые облака довольно нетрудно сделать в домашних условиях. Например, один нидерландский художник научился создавать его в квартире. Для этого он при определённой температуре, уровне влажности и освещения из дымовой машины выпустил немного пара. Облако, которое получается в состоянии продержаться несколько минут, чего будет вполне достаточно, чтобы сфотографировать удивительное явление.

При конденсации водяного пара в атмосфере на высоте от нескольких десятков до сотен метров и даже километров образуются облака.

Это происходит в результате испарения водяного пара с поверхности Земли и его поднятия восходящими потоками теплого воздуха. В зависимости от своей температуры облака состоят из капелек воды или кристалликов льда и снега. Эти капли и кристаллы настолько малы, что их удерживают в атмосфере даже слабые восходящие потоки воздуха.

Форма облаков очень разнообразна и зависит от многих факторов: высоты, скорости ветра, влажности и т. д. Вместе с тем можно выделить группы облаков, сходных по форме и высоте. Наиболее известны из них кучевые, перистые и слоистые, а также их разновидности: слоисто-кучевые, перисто-слоистые, слоисто-дождевые и др. Облака, перенасыщенные водяным паром, имеющие темно-фиолетовый или почти черный оттенок, называют тучами.

Степень покрытия неба облаками, выраженную в баллах (от 1 до 10), называют облачностью.

Высокая степень облачности предвещает, как правило, выпадение осадков. Их выпадение наиболее вероятно из высокослоистых, кучево-дождевых и слоисто-дождевых облаков.

Воду, выпавшую в твердом или жидком состоянии в виде дождя, снега, града или сконденсировавшуюся на поверхности различных тел в виде росы, инея, называют атмосферными осадками.

Дождь образуется тогда, когда мельчайшие капельки влаги, содержащиеся в облаке, сливаются в более крупные и, преодолевая силу восходящих потоков воздуха, под действием силы тяжести выпадают на Землю. Если в облаке оказываются мельчайшие частицы твердых тел, например пыль, то процесс конденсации ускоряется, поскольку пылинки играют роль ядер конденсации.

В пустынных районах при низкой относительной влажности конденсация водяного пара возможна только на большой высоте, где температура ниже, однако дождинки, не долетая до земли, испаряются в воздухе. Это явление получило название сухих дождей.

Если конденсация водяного пара в облаке происходит при отрицательных температурах, образуются осадки в виде снега.

Иногда снежинки из верхних слоев облака опускаются в нижнюю его часть, где температура выше и содержится огромное количество переохлажденных капель воды, удерживаемых в облаке восходящими потоками воздуха. Соединяясь с капельками воды, снежинки теряют форму, вес их увеличивается, и они выпадают на землю в виде снежной пурги - шарообразных снежных комочков диаметром 2-3 мм.

Необходимое условие образования града - наличие облака вертикального развития, нижний край которого находится в зоне положительных, а верхний - в зоне отрицательных температур (рис. 36). При этих условиях образовавшаяся снежная пурга восходящими потоками поднимается в зону отрицательных температур, где превращается в льдинку шарообразной формы - градину. Процесс поднятия и опускания градины может происходить многократно и сопровождаться увеличением ее массы и размера. Наконец градина, преодолевая сопротивление восходящих потоков воздуха, выпадает на землю. Градины неодинаковы по размеру: они могут быть величиной от горошины до куриного яйца.

Рис. 36. Схема образования града в облаках вертикального развития

Количество атмосферных осадков измеряют с помощью осадкомера. Многолетние наблюдения за количеством выпадающих осадков позволили установить общие закономерности их распространения по поверхности Земли. Наибольшее количество осадков выпадает в экваториальной полосе - в среднем 1500-2000 мм. В тропиках количество их снижается до 200-250 мм. В умеренных широтах происходит увеличение выпадающих осадков до 500-600 мм, а в полярных областях количество их не превышает 200 мм в год.

В пределах поясов также наблюдается значительная неравномерность в выпадении осадков. Она обусловлена направлением ветров и особенностями рельефа местности. Например, на западных склонах Скандинавских гор выпадает 1000 мм осадков, а на восточных - в два с лишним раза меньше. Есть на Земле места, где осадки практически отсутствуют. Например, в пустыне Атакама осадки выпадают раз в несколько лет, а по многолетним данным, величина их не превышает 1 мм в год. Очень сухо и в Центральной Сахаре, где среднее ежегодное количество осадков менее 50 мм.

В то же время в некоторых местах выпадает гигантское количество осадков. Например, в Черрапунджи - на южных склонах Гималаев их выпадает до 12 000 мм, а в отдельные годы - до 23 000 мм, на склонах горы Камерун в Африке - до 10 000 мм.

Такие осадки, как роса, иней, туман, изморозь, гололед, образуются не в верхних слоях атмосферы, а в ее приземном слое. Охлаждаясь от поверхности Земли, воздух уже не может удерживать водяной пар, он конденсируется и оседает на окружающих предметах. Так образуется роса. При температуре предметов, расположенных у поверхности Земли, ниже 0 °C образуется иней.

При наступлении более теплого воздуха и его соприкосновении с холодными предметами (чаще всего проводами, ветками деревьев) выпадает изморозь - налет рыхлых кристалликов льда и снега.

При концентрации водяных паров в приземном слое атмосферы образуется туман. Особенно часты туманы в крупных промышленных центрах, где капельки воды, сливаясь с пылью и газами, образуют ядовитую смесь - смог.

Когда температура поверхности Земли ниже 0 °C, а из более верхних слоев выпадают осадки в виде дождя, начинается гололедица. Смерзаясь в воздухе и на предметах, капельки влаги образуют ледяную корку. Иногда льда так много, что под его тяжестью рвутся провода, ломаются ветки деревьев. Особенно опасна гололедица на дорогах и зимних пастбищах. Похож на гололедицу гололед. Но он формируется иначе: на землю выпадают жидкие осадки, а при понижении температуры ниже 0 °C вода на земле замерзает, образуя скользкую ледяную пленку.

| |
§ 33. Вода в атмосфере § 35. Давление атмосферы

Главной причиной образования облаков является восходящее движение воздуха . При таких движениях воздух адиабатически охлаждается и водяной пар содержащийся в нем достигает насыщения и сгущается: восходящее движение в данном случае могут быть вызваны разными причинами: нагреванием воздуха снизу от подстилающей поверхности, скольжением его вдоль наклонной фронтальной поверхности и движением вверх вдоль склонов возвышенности и другое. Важным фактором облакообразования является так же турбулентное движение. Благодаря которым водяной пар перемещается из нижних слоёв в более высокие. Большую роль в образовании облаков играет ещё охлаждение воздуха излучением, а так же волновые движения в атмосфере на поверхности инверсии.

Первичными продуктами при образовании облаков являются обычно капли воды. Если облака образуются в слое с температурой ниже 0, то они состоят из переохлажденных капель. Облака состоящие из капель называются водяными . При достаточно низких отрицательных температурах облака состоят из кристалликов льда и называются ледяными/кристаллическими . Облака так же могут состоять одновременно из переохлажденных капель воды и кристалликов льда и называются смешанными . Вертикальная мощность этих облаков(смешанных) велика, особенно в случае длительного их существования они значительно превосходят мощность водяных и ледяных облаков. Мельчайшие капельки воды и кристаллы льда из которых состоит облака имеет ничтожный вес. Скорость падения их очень мала и достаточно слабого восходящего движения воздуха для того чтобы заставить капельки воды и кристаллы льда плавать в воздухе и даже подниматься вверх. При помощи ветра облака перемещаются в горизонтальном направлении. Высота облаков летом больше, чем зимой. С возрастанием широты, высота облаков уменьшается.

Свойство облаков и их основные роды.

Согласно международной классификации все облака по характеру строения и по высоте на которой образуется делятся на 4 семейства.

Облака верхнего яруса обычно бывают ледяными – это тонкие, прозрачные, легкие облака без тени белого цвета. Солнце сквозь них просвечивает, предметы дают тень.

Облака среднего и нижнего яруса обычно бывают водяными или смешанными. Однако зимой при достаточно низких отрицательных температурах облака этих ярусов могут переходить в ледяные. Облака среднего более плотные чем перистые. Они могут вызывать вокруг солнца или луны цветным венцы.

Облака вертикального развития или облака конвекции образуются при восходящих потоках воздуха. Так как конвекция над сушей в умеренных широтах возникает главным образом в теплое время года, когда воздух значительно прогревается снизу, от подстилающей поверхности, то за это время наблюдается наибольшая повторяемость облаков вертикального развития. Облака конвекции имеют суточный ход. Над сушей эти облака появляются летом и утром, достигают наибольшее развитие в околополуденное время, а к вечеру исчезают. Над нагретыми склонами гор и воды, низменностей облака вертикального развития образуются чаще чем на равнинах.

Роды облаков:

- перистые – отдельные тонкие легкие облака белого цвета, часто блестящие, волокнистой или питьевой структуры имеют вид хлопьев, крючков, нитей или перьев

- перисто-кучевые облака представляют собой мелкие белые хлопья или меленькие шарики(барашки) напоминают комочки снега без теней, располагаются группами или рядами, часто имеют вид ряби/рыбьей чешуи.

- перисто-слоистые – тонкая беловатая пелена обликов, затягивающая часто всё небо, придающая ему молочно-белый оттенок, иногда пелена обнаруживает волокнистую структуру. Эти облака являются причиной образования оптических явлений – это большие бесцветные круги около солнца/луны. Эти круги образуются в следствии преломления и отражения света в ледяных кристалликах.

- высококучевые – имеют вид пластин, шаров, валов различных размеров, белого или серого цвета расположенные грядами, группами или слоями идущими в одном или двух направлениях. Иногда эти облака располагаются параллельно волнами между элементами облаков. Часто бывают, видны значительные просветления или голубое небо.

- высокослоистые – представляют серую пелену, эта пелена часто бывает настолько тонкой, что через нее, как через матовое стекло видно солнце или луну в виде размытых пятен. Они могут давать осадки в виде дождя или снега, но летом осадки из этих облаков во время падения обычно испаряются и не достигают поверхности земли.

- слоисто-кучевые – серого цвета с темными частями, собранные в группы, ряды или валы в одном или двух направлениях между элементами облаков иногда видны просветы голубого неба. Чаще всего облака появляются на суше зимой. Часто они покрывают все небо и придают ему волнистый вид.

- слоистые – эти облака представляют сплошной однородный слой, светло/темно серого цвета, покрывающий небо и придающий ему пасмурный вид. Эти облака могут давать осадки в виде мороси или в виде очень мелких снежных зерен и ледяных игл.

- слоисто-дождевые – низкие плотные, темно-серые облака с разорванными краями. Выпадают осадки обложного характера в виде дождя или снега. Иногда осадки не достигают поверхности земли, т.е. по пути испаряются. В этом случае в облаках бывают видны полосы падения осадков.

- кучевые – плотные облака, сильно развитые в высоту с куполообразной белой вершиной, с резкими круглыми очертаниями и горизонтальным серым/темным основанием. Осадки они в наших условиях не дают. Иногда они разрываются ветром на отдельные небольшие клочки, такие облака носят название разорвано – дождевые.

- кучево-дождевые – мощные массы, клубящихся кучево-образных облаков с сильным вертикальным развитием, имеющих вид гор или башен, основание у этих облаков темные.

Образование облаков конвекции, восходящего скольжения и волнистых.

С точки зрения происхождения перечисленных выше родов облаков можно разделить на облака конвекции, облака восходящего скольжения и волнистые.

К облакам конвекции относятся кучевые и кучево-дождевые облака. Они развиваются главным образом при неустойчивом распределении температуры по вертикали и возникают преимущественно в теплое время года. Но кучево-дождевые облака иногда образуются и в холодное время года. При прохождении холодного фронта, когда холодный воздух быстро подтекает под теплый и последний бурно поднимается вверх. В этом случае кучево-дождевые облака могут давать зимой в виде хлопьев ранней весной и поздней осенью крупу.

Облака восходящего скольжения к ним относятся перистые, перисто-слоистые, высоко-слоистые и слоисто-дождевые. Эти облака образуются при восходящем скольжении тёплого воздуха вдоль наклонных фронтальных поверхностей. Такое скольжение наблюдается при натекании теплого влажного воздуха под теплый, когда последний вытесняется вверх и начинает натыкать на холодный. Все эти скольжения совершаются медленно и постепенно, при таких скольжениях воздуха адиабатически охлаждается(резко), что приводит к сужению водяного пара. В результате возникает облачная система, основание которой совпадает с фронтальной поверхностью. Облака входящие в эту систему занимают большое пространство. В этой облачной системе самыми высокими являются перистые, затем идут перисто-слоистые, ниже высоко-слоистые, а потом слоисто-дождевые.

Иной характер образования имеют волнистые облака , т.е. облака располагающиеся на небе полосами, грядами или волами, между которыми бывают видны более светлые части облака или просветы голубого неба. Волнистый вид имеет следующие облака: слоисто-кучевые, высоко-кучевые, перисто-кучевые. Эти облака образуются в случае, если в воздухе располагается на одной и той же высоте два слоя, имеющих разную температуру, влажность и плотность. Если эти слои перемешиваются, то на границе между ними возникают волны с большой длиной и большой амплитудой. Однако такие волны являются неустойчивыми и превращаются в ряд вихрей. Воздух который они захватывают, развиваясь при этом на большое количество ячеек и в каждой из них возникает движение воздуха вверх вниз. Такая ячейковая циркуляция воздуха и приводит к образованию волнистых облаков.

Вопросы для рассмотрения:
1. Состав и строение атмосферы.
2. Температура воздуха.
3. Влажность воздуха.
4. Образование облаков, осадки.
5. Давление атмосферы.
6. Ветры и их виды.
1. Состав и строение атмосферы.
«Атмосфера» - воздушная оболочка Земли (с греч. «атмос» - газ, «сфера» - шар). Атмосфера защищает Землю от ультрафиоле­тового излучения Солнца, космической пыли и метеоритов.
Состав атмосферы:
- азот - 78 %;
- кислород – 21 %;
- углекислый газ – 0,033 %;
- аргон – 0,9 %;
- водород, гелий, неон, двуокись серы, аммиак, угарный газ, озон, водяные пары – крошечная доля;
- загрязняющие вещества: частицы дыма, пыль, вулканический пепел.

Атмосфера простирается от поверхности планеты и постепенно сливается с космическим пространством. Плотность атмосферы меняется с высотой: у поверхности Земли она наивысшая, с подня тием вверх уменьшается. Так, на высоте 5,5 км плотность атмосферы в 2 раза, а на высоте 11 км в 4 раза меньше, чем в приземном слое.
Она состоит из основных слоев:
1. Тропосфера – от 8 до18 км
2. Стратосфера – до 40-50 км
3. Мезосфера – 50-80 км
4. Термосфера – 80-800 км
5. Экзосфера – свыше 800 км
Тропосфера - это ближайший к земной поверхности и самый плотный, теплый слой атмосферы. Высота на полюсах 8-10 км, на экваторе 16-18 км. В нем содержится 80% воздушной массы всех слоев и почти весь водяной пар. Здесь находятся системы формирова­ния погоды нашей планеты и биосфера. Приземная температура понижается на 6,5°С с каждым километром до достижения тропопаузы. В верхних слоях тропосферы температура достигает – 55оС.
Стратосфера
Простирается до высоты 50—55 км. Плотность воздуха и давление в стра­тосфере незначительны. Разреженный воздух состоит из тех же газов, что и в тропосфере, но в нем больше озона. Наи­большая концентрация озона наблюдается на высоте 15— 30 км. В нижней части этого слоя наблюдается температура около -55°С. Выше она возрастает до 0, + 10°С из-за тепла, которое вырабатывается благодаря образованию озона. Находящаяся на высоте 50 км стратопауза отделяет стратосферу от следующего слоя.
Мезосфера
Происходит быстрое уменьшение температуры до – 70-90°С. Наблюдается большая разряженность воздуха. Самая холодная часть атмосферы – мезопауза (80 км). Плотность воздуха там в 200 раз мень­ше, чем у поверхности Земли.
Термосфера
Высота от 80 до 800 км. В этом самом тонком слое содержится лишь 0,001 % воздушной массы атмосферы. Температура в этом слое повышается: на высоте 150 км до 220 °С; на высоте 480-600 км до 1500 °С.
В пределах термосферы находится ионосфера , где происходят полярные свечения (150-300 км), магнитосфера (300-400 км) – наружный край магнитного поля Земли. Газы атмос­феры (азот и кислород) находятся в ионизированном со­стоянии. Малая плотность дает небу черный цвет.
Экзосфера – свыше 800 км, постепенно сливающаяся с космическим пространством.

2. Температура воздуха.
Основным источником тепла служит солнце. Вся совокупность лучистой энергии Солнца называется солнечной радиацией. Земля получает от Солнца одну двухмиллиардную часть. Различают радиацию прямую, рассеянную и суммарную.
Прямой радиацией поверхность Земли на­гревается в ясную погоду. Мы ощу­щаем ее как горячие солнечные лучи. Рассеянная радиация освещает предметы в тени. Проходя через атмосферу, лучи отражают­ся от молекул воздуха, капелек воды, пылинок и рассеиваются. Чем пас­мурнее погода, тем большее количество радиации рассеивается в атмосфере. При силь­ной запыленности воздуха, например во время пыльных бурь или в промышленных центрах, рассеивание ослаб­ляет радиацию на 40—45 %.
Интенсивность радиации зависит от угла падения сол­нечных лучей на земную поверхность. Когда солнце нахо­дится высоко над горизонтом, его лучи преодолевают атмосферу более коротким путем, следовательно, мень­ше рассеиваются и сильнее нагревают поверхность Земли. По этой причине в солнечную погоду утром и вечером всегда прохладнее, чем в полдень.
Солнечные лучи не нагревают прозрачный воздух, а нагревают поверхность земли, от которой прилегающим сло­ям воздуха передается тепло. Нагреваясь, воздух стано­вится более легким и поднимается вверх, где перемеши­вается с более холодным, в свою очередь, нагревая его.
Солнце нагревает Землю не одинаково. Причинами является:
- шарообразность планеты;
- наклон земной оси;
- рельеф (на склонах гор, холмов, оврагов и т. д., обращенных к солнцу, угол падения солнеч­ных лучей увеличивается, и они сильнее нагреваются).
В экваториальных и тропи­ческих широтах солнце в течение всего года находится вы­соко над горизонтом, в средних широтах его высота меня­ется в зависимости от времени года, а в Арктике и Антарк­тике высоко над горизонтом оно не поднимается никогда. В результате в тропических широтах солнечные лучи рассеи­ваются меньше. Чем дальше от экватора, тем мень­ше тепла поступает на земную поверхность. На Се­верном полюсе, например, летом солнце не заходит за горизонт 186 дней, т. е. 6 месяцев, и количество поступа­ющей радиации даже больше, чем на экваторе. Однако солнечные лучи имеют малый угол падения, и большая часть радиации рассеивается в атмосфере. В результате по­верхность Земли нагревается незначительно. Зимой солнце в Арктике находится за горизонтом, и прямая радиация на поверхность Земли не поступает.
Неравномерно нагреваются суша и вода. Поверхность суши нагревается и охлаждается быстро. Вода же нагревается медленно, но зато дольше удерживает теп­ло. Объясняется это тем, что теплоемкость воды больше теплоемкости горных пород, слагающих сушу. На суше солнечные лучи нагреваюm0; только поверхно­стный слой, а в прозрачной воде тепло проникает на зна­чительную глубину, в результате чего нагревание проис­ходит медленнее. На его скорость влияет и испарение, так как на него нужно много тепла. Вода остывает медленно, в основном потому, что объем прогреваемой воды во много раз больше объема нагревающейся суши; к тому же при ее охлаждении верхние, остывшие слои воды опус­каются на дно, как более плотные и тяжелые, а на смену им из глубины водоема поднимается теплая вода. Накопленное тепло вода расходует более равномерно. В результате море в среднем теплее суши, а колебания тем­пературы воды никогда не бывают такими резкими, как колебания температуры суши.
В течение суток температура воздуха не остается посто­янной, а непрерывно изменяется. Днем поверхность Земли нагревается и нагревает прилегающий слой воздуха. Ночью Земля излучает тепло, охлаждается, и происходит охлаж­дение воздуха. Наиболее низкие температуры наблюдаются не ночью, а перед восходом солнца, когда земная поверх­ность уже отдала все тепло. Аналогично этому наиболее высокие температуры воздуха устанавливаются не в пол­день, а около 15 ч.
Суточный ход температур на Земле не везде одинаков:
- на экваторе днем и ночью они почти одинаковы;
- незначительны у морях и у морских побережий;
- в пустынях днем поверхность земли часто нагрева­ется до 50-60 °С, а ночью нередко охлаждается до 0 °С.
В широтах наибольшее количество солнечной радиации поступает на Землю в дни летних солнцестояний, т. е. 22 июня в Северном полушарии и 21 декабря в Южном. Однако, самыми жаркими месяцами является не июнь (де­кабрь), а июль (январь), так как в день солнцестояния огромное количество радиации расходуется на нагревание земной поверхности. В июле (январе) радиация уменьшает­ся, но эта убыль компенсируется сильно нагретой земной поверхностью. Самый холодный месяц не де­кабрь, а январь. На море, в связи с тем, что вода более медленно охлаж­дается и нагревается, смещение температур еще больше. Здесь самый жаркий месяц август, а самый холодный — февраль в Северном полушарии и соответственно самый жаркий — февраль и самый холодный — август в Южном.
Годовая амплитуда температур зависит от широты места.
- на экваторе – одинакова 22-23 °С;
- в глубине континента – максимальные.
Различают температуру абсолютную и среднюю.
Абсолютные температуры ус­танавливают путем многолетних наблюдений на метео­станциях. Так, самое жаркое (+58 °С) место на Земле нахо­дится в Ливийской пустыне; самое холодное (-89,2 °С) - в Антарктиде на станции «Восток». В Северном полушарии самая низкая (-70,2 °С) температура отмечена в поселке Оймякон в Восточной Сибири.

Средние температуры определяют как среднеарифме­тическое нескольких показателей термометра (4 раза в сутки). На карте можно обозначить точки с одинаковыми значениями температур и провести линии, соединяющие их. Эти линии называют изотермами. Наиболее показательны изотермы января и июля, т. е. самого холодного и самого теплого месяцев в году.
Расположение изотерм позволяет выделить семь теп­ловых поясов:
· жаркий, расположенный между годовыми изотер­мами 20 °С в Северном и Южном полушариях;
· два умеренных, заключенных между изотермами 20 и 10 °С самых теплых месяцев, т. е. июня и января;
· два холодных, расположенных между изотермами 10 и 0 °С также самых теплых месяцев;
· две области вечного мороза, в которых температура самого теплого месяца ниже 0 °С.
Границы поясов освещенности, проходящие по тро­пикам и полярным кругам, не совпадают с границами тепловых поясов.

3. Влажность воздуха.

В результате испарения в воздухе всегда содержится водяной пар. Скорость испаре­ния зависит от температуры и ветра.

Количество воды, которое может испариться с той или иной поверхности, называется испаряемостью. Испаряе­мость зависит от температуры воздуха и количества в нем водяного пара. Чем выше температура воздуха и чем мень­ше он содержит водяного пара, тем выше испаряемость. В полярных странах при низкой температуре воздуха она ничтожна. Невелика она и на экваторе, где воздух содер­жит ограниченное количество водяного пара. Максималь­на испаряемость в тропических пустынях, где она дости­гает 3000 м.

Воздух может принимать водяной пар до известного предела, пока он не станет насыщенным. Количество водяного пара, которое содержится в воз­духе в данный момент (в г на 1 м3), называют абсолютной влажностью. Отношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе в данный момент к тому их количеству, которое он может вместить при данной температуре, называется относительной влажностью и измеряется в %.

Момент перехода воздуха от ненасыщенного состоя­ния к насыщенному называют точкой росы. При наступлении точки росы, когда относительная влаж­ность приближается к 100 %, происходит конденсация водяных паров — переход воды из газообразного состоя­ния в жидкое. При отрицательных температурах водяной пар может сразу превращаться в лед. Этот процесс называется сублимацией водяных паров. Конденсация и сублимация водяного пара определяют образование осадков. Влажность воздуха измеряется волосным гигрометром.

4. Образование облаков. Осадки.

При конденсации водяного пара в атмосфере образуются облака.
Это происходит в результате испарения водяного пара с поверхности Земли и его поднятия восходящими пото­ками теплого воздуха. В зависимости от своей температу­ры облака состоят из капелек воды или кристалликов льда и снега. Эти капли и кристаллы настолько малы, что их удерживают в атмосфере даже слабые восходящие потоки воздуха.
Форма облаков очень разнообразна и зависит от мно­гих факторов: высоты, скорости ветра, влажности и т. д. Их делят на слоистые, кучевые и перистые.

Классификация облаков:

*** - ледяные кристаллы; … - мельчайшие капли

Семейство	Форма облаков	Высота, км		Характеристика
Облака верхнего яруса	Перистые			В высоту до 18 км, из них не выпадают осадки. Имеют волнистую структуру,форму тонких белых полос, белые с шелковистым блеском.
	Перисто-слоистые
	Перисто-кучевые			напоминают волнистые пласты или «барашки», гряды перистовидных белых хлопьев в виде ряби, не дают серебристого цвета.
Облака среднего яруса	Высококучевые		.*.*.	Из нихвыпадает очень мало осадков. Серо-белые разорванные пласты, гряды.
	Высокослоистые		.*.*.	Серо-голубые цельные полотна, слоистая пелена. Солнце и Луна через них видны в виде расплывшихся пятен.
Облака нижнего яруса	Слоистые		.*.*.	Однородный слой облаков без определенных очертаний, серого цвета. Наиболее низкие. Дают моросящие осадки.
	Слоисто-дождевые		.*.*.	Темно-серый пласт, несут обложные дожди.
	Слоисто-кучевые			Слои или гряды из крупных валов серого цвета (серое полотно с ярко-выраженными фрагментами туч).
				Отдельные плотные облака с плоским основанием и куполообразными вершинами, растущие вертикально. Напоминают комки ваты с белым верхом и серым низом.
	Кучево-дождевые			Крупные, плотные и темные, иногда с плоской вершиной, несущие сильные ливни и грозы.

Причины образования облаков:

1. Турбулентность, вызванная резким изменением направления и скорости ветра.

2. Подъем воздуха при его прохождении над холмами и горами. Образуются облака

флагоподобные. Облачная шапка, горный туман и др.

3. Конвекция – подъем теплых воздушных масс, их охлаждение и конденсация воды.

4. Конвергенция – формирование облаков при взаимодействии теплых и холодных фронтов. Холодный и плотный воздух вытесняет вверх более теплый и легкий воздух. В результате вода в теплом воздухе конденсируется, т.к. он остывает, и образуются облака, приносящие обильные осадки.

Степень покрытия неба облаками, выраженную в бал­лах (от 1 до 10), называют облачностью.

Воду, выпавшую в твердом или жидком состоянии в виде дождя, снега, града или сконденсировавшуюся на поверхности различных тел в виде росы, инея, называют атмосферными осадками. Крошечные капли воды в облаке не висят, а движутся вверх-вниз. Опускаясь, они сливаются с другими каплями, пока их вес не позволит упасть на землю. Если в облаке оказываются мельчайшие частицы твердых тел, например пыль, то процесс конденсации ускоряется, поскольку пылинки играют роль ядер кнденсации.

В пустынных районах при низкой относитель­ной влажности конден­сация водяного пара воз­можна только на боль­шой высоте, где темпе­ратура ниже, однако дождинки, не долетая до земли, испаряются в воздухе. Это явление по­лучило название сухих дождей.

Если конденсация во­дяного пара в облаке происходит при отри­цательных температу­рах (то - 4 до - 15° С), образуются осадки в виде снега. Иногда снежинки из верхних слоев облака опускаются в нижнюю его часть, где температура выше и содержится огромное количество переохлажденных капель воды, удерживаемых в облаке восходящими потоками воздуха. Соединяясь с капельками воды, снежинки теря­ют форму, вес их увеличивается, и они выпадают на зем­лю в виде снежной пурги - шарообразных снежных ко­мочков диаметром 2-3 мм.

Необходимое условие образования града - наличие облака, нижний край которого находится в зоне поло­жительных, а верхний - в зоне отрицательных темпера­тур При этих условиях образовавшаяся снежная пурга восходящими потоками поднимается в зону отри­цательных температур, где превращается в льдинку ша­рообразной формы - градину. Процесс поднятия и опус­кания градины может происходить многократно и сопро­вождаться увеличением ее массы и размера. Наконец гра­дина, преодолевая сопротивление восходящих потоков воздуха, выпадает на землю. Градины неодинаковы по раз­меру: они могут быть величиной от горошины до кури­ного яйца.

Количество атмосферных осадков измеряют с помо­щью осадкомера. Многолетние наблюдения за количеством выпадающих осадков позволили установить общие зако­номерности их распространения по поверхности Земли.

Наибольшее количество осадков выпадает в экваториаль­ной полосе - в среднем 1500-2000 мм. В тропиках коли­чество их снижается до 200-250 мм. В умеренных широтах происходит увеличение выпадающих осадков до 500- 600 мм, а в полярных областях количество их не превы­шает 200 мм в год.

Неравномерность обусловлена рельефом местности, например, горы задерживают влагу и не пропускают за свои пределы.

Есть на Земле места, где осадки практически отсутствуют. Например, в пустыне Атакама осадки выпа­дают раз в несколько лет, а по многолетним данным, величина их не превышает 1 мм в год. Очень сухо и в Центральной Сахаре, где среднее ежегодное количество осадков менее 50 мм. В то же время в некоторых местах выпадает гигантское количество осадков. Например, в Черрапунджи - на юж­ных склонах Гималаев их выпадает до 12 000 мм, а в от­дельные годы - до 23 000 мм, на склонах горы Камерун в Африке - до 10 000 мм.

В приземном слое атмосферы образуются осадки: роса, иней, туман, изморозь, голо­лед. Конденсируясь у поверхности земли, образуется роса, а при низких температурах – иней. При наступлении более теплого воздуха и его сопри­косновении с холодными предметами (чаще всего прово­дами, ветками деревьев) выпадает изморозь - налет рых­лых кристалликов льда и снега. При концентрации водяных паров в приземном слое атмосферы образуется туман. Когда температура поверхности Земли ниже 0 °С, а из более верхних слоев выпадают осадки в виде дождя, на­чинается гололедица. Смерзаясь, капельки влаги образуют ледяную корку. По­хож на гололедицу гололед. Но он формируется иначе: землю выпадают жидкие осадки, а при понижении тем­пературы ниже 0 °С вода замерзает, образуя скользкую ледяную пленку.

5. Давление атмосферы.

Масса 1 м3 воздуха на уровне моря при температуре 4°С в среднем составляет 1 кг 300 г, что обусловливает существование атмосферного давления. На 1 м2 давит 10 т. Живые организ­мы, в том числе и здоровый человек, не ощущают это­го давления, так как оно уравновешивается внутрен­ним давлением организма.

За давлением воздуха и его изменениями ведутся систе­матические наблюдения на метеостанциях. Давление изме­ряют барометрами - ртутными и пружинными, или анеро­идами. Измеряется давление в паскалях (Па). Давление ат­мосферы на широте 45° на высоте 0 м над уровнем моря при температуре 4 °С считается нормальным, оно соответствует 1013 гПа, или 760 мм ртутного столба, или 1 атмосфере.

Давление атмосферы зависит не только от высоты, но и от плотности воздуха. Холодный воздух плотнее и тяжелее теплого. В зависимости от того, какие воздушные массы господствуют в данной местности, в ней устанавливается высокое или низкое атмосферное давление. На метеостан­циях или в пунктах наблюдения оно фиксируется автома­тическим прибором - барографом.

Если на карте соединить все точки с одинаковым дав­лением, то получившиеся линии - изобары покажут, как оно распределяется на поверхности Земли. Обычно на экваторе давление пониженное, в тропических областях (особенно над океанами) - повышенное, в умеренных — переменное от сезона к сезону, а в полярных вновь повы­шается. Над материками зимой устанавливается повышенное, а летом — пониженное давление.

6. Ветры, их виды

Ветром называется движение воздуха. Воздух переме­щается из области высокого давления в область низкого. У ветра есть характеристики: скорость, сила и направление. Для их определения используют флюгер и анемометр. По результатам наблюдений за направлением ветра строят розу ветров за месяц, сезон или год. Анализ розы ветров позволяет установить преобладаю­щие направления ветров для данной местности.

Скорость ветра измеряют в метрах в секунду. При штиле скорость ветра не превышает 0 м/с. Ветер, ско­рость которого более 29 м/с, называется ураганом. Самые сильные ураганы отмечены в Антарктиде, где скорость ветра достигала 100 м/с.

Силу ветра измеряют в баллах, она зависит от его ско­рости и плотности воздуха. По шкале Бофорта штилю со­ответствует 0 баллов, а урагану - 12.

Планетарные ветры.

1. Пассаты – постоянно дующие ветры.

В районе экватора горячий воздух поднимается вверх, создавая зону низкого давления. Воздух охлаждается и опускается вниз, создавая зону высокого давления (конские широты). Из тропиков к экватору в область посто­янно низкого давления дуют ветры. Под влиянием отклоняющей силы вращения Земли эти потоки отклоняются вправо в Север­ном полушарии и влево — в Южном.

2. Западные ветры умеренных широт.

Часть тропического (теплого) воз­духа перемещается в умерен­ные широты. Это движение особенно активизируется ле­том, когда там господствует более низкое давление. Эти потоки воздуха в Северном полушарии также отклоня­ются вправо и принимают вначале юго-западное, а затем и западное направление, а в Южном - северо-западное, переходящее в западное.

3. Полярные восточные ветры. Из полярных областей высокого давления воздух пе­ремещается в умеренные широты, принимая северо-вос­точное направление в Северном и юго-восточное - в Южном полушариях.

4. Муссоны – ветры, изменяющие свое направление по сезонам: зимой дуют с суши на море, а летом - с моря на сушу. Причина - сезонного изменения давления над сушей и при­легающей водной поверхностью океана. Под действием отклоняющего влияния вращающейся Земли летние муссоны принимают юго-восточное на­правление, а зимние - северо-западное. Муссонные ветры особенно характерны для Дальнего Востока и Восточного Китая, в меньшей мере они проявляются на восточном по­бережье Северной Америки.

Местные ветры.

Возникают из-за особенностей рельефа, неравномерности нагрева­ния подстилающей поверхности.

1. Бризы - береговые ветры, наблюдающиеся в ясную погоду на берегах водоемов. Днем они дуют с водной поверхности (морской бриз), ночью — с суши (берего­вой бриз). Днем суша нагревается быстрее, чем море. Над ней формируется область низкого давления. Воз­дух над сушей поднимается, потоки воздуха с моря уст­ремляются на его место, образуя дневной бриз. Ночью поверхность воды нагрета сильнее, чем суша. Воздух поднимается вверх, а на его место устремляется воздух с суши. Образуется ночной бриз. Он слабее.

2. Горно-долинные ветры. По той же причине дуют ветры с гор в долины и обратно. Образуются из-за того, что днем воздух над склонами становится теплее, чем в долине. Днем фёны дуют на гору, а ночью – с горы.

3. Фёны - теплые и сухие ветры, дующие по склонам гор. Влажный морской воздух поднимается над горами и проливается дождями. Затем он дует вниз с подветренной стороны гор, становится теплее и суше. Похожий ветер в Канаде и США – чинук.

4. Бора – горный холодный ветер. Холодный воздух, преодолев невысокий барьер, с огромной силой обрушивается вниз, причем при этом происходит резкое понижение температуры. В России бора особенной силы достигает в Новорос­сийске. Похож на бора мистраль, дующий зимой из Центральной Европы (область высокого давления) к Средиземноморью. Часто наносит большой ущерб сельскому хозяйству.

5. Суховеи - это сухие и знойные ветры. Они характерны для засушливых районов земного шара. В Средней Азии суховей называют самумом, в Алжире – сирокко (дующий из пустыни Сахара), в Егип­те - хатсином (хамсин) и т. д. Скорость ветра-суховея достигает 20 м/с, а температура воздуха + 40 °С. Относительная влажность при суховее резко падает и понижается до 10 %. Растения, испаряя влагу, высыхают на корню. В пустынях суховеи нередко сопровождаются пыльными бурями.

Направление и силу ветра необходимо учитывать при строительстве населенных пунктов, промышленных предприятий, жилищ. Ветер — один из важнейших источников альтернативной энергии, его используют для выработки электроэнергии, а также для работы мель­ниц, водокачек и др.

КАК ОБРАЗУЮТСЯ ВЕТРЫ

В атмосфере на высоте от нескольких десятков до нескольких сотен метров происходит образование облаков за счет конденсации водяного пара. Этот процесс протекает в результате испарения влаги с земной поверхности и подхватывания водяных паров восходящими потоками теплых воздушных масс. Облака могут состоять из капель воды или из кристаллов снега либо льда в зависимости от температуры. Размеры и вес этих капелей или кристалликов настолько малы, что они удерживаются на высоте даже слабыми восходящими потоками воздуха. Если температура воздуха в облаке составляет -10 ° с, то его структура представлена капельными элементами; менее -15 °C - кристаллическими; от -10 до -15 °C – смешанная.Облака хорошо различимы с поверхности Земли, они бывают различной формы, которая определяется многими факторами: скоростью ветра, высотой, влажностью и т.д. Облака, похожие по форме и расположенные на одинаковой высоте, объединяют в группы: перистые, кучевые, слоистые.

Перистые облака состоят из перистообразных элементов и выглядят как тонкие белые нити или клочья, иногда как вытянутые гряды. Кучевые облака уплотненные, в дневное время ярко-белые, со значительным вертикальным развитием, причем верхние участки имеют вид башен или куполов с округлыми формами. Слоистые облака формируют однородный слой, похожий на туман, но размещенный на определенной высоте (от 50 до 400 м). Они обычно покрывают весь небосклон, но могут быть в виде разорванных облачных масс.

Группы

Также различают разновидности данных групп: перисто-слоистые, слоисто-кучевые, слоисто-дождевые, т.д. Если облака чрезмерно насыщены водяными парами, они приобретают темно-фиолетовый, почти черный цвет и называются тучами.
Образование облаков происходит в тропосфере. К облакам верхнего яруса (от 6 до 13 км) относятся перистые, перисто-слоистые, перисто-кучевые; среднего (от 2 до 7 км) высоко-слоистые, высоко-кучевые; нижнего (до 2 км) слоистые, слоисто-кучевые, слоисто-дождевые. Облака конвекции, или вертикального развития, - кучевые и кучево-дождевые.

Термином «облачность» обозначают степень покрытия неба облаками, определяющуюся в баллах. Обычно высокая степень облачности свидетельствует о высокой вероятности выпадения осадков. Их предвещают облака смешанного состава: высокослоистые, слоисто-дождевые и кучево-дождевые.

Если облачные элементы становятся более крупными, и увеличивается скорость их падения, они выпадают в виде осадков. Атмосферными осадками называют воду, выпавшую в твердом или жидком состоянии в форме снега, града или дождя или сконденсировавшуюся на поверхности разных предметов в виде росы или инея.

Похожие материалы:

← Вернуться