В начале данной главы указывалось, что одним из наиболее значимых особенностей тропосферы есть наличие в ней для того чтобы количества водяною пара, которого достаточно для образования плотных выпадения и облаков из них снега — и осадков дождя.
Вода по большому счету играется огромную роль во всей жизни, во всех явлениях на земном шаре. Около трех четвертей земной поверхности занимают океаны. Снега и ледники покрывают высокие горы, и широкие пространства в высоких широтах северного и южного полушарий. Громадные количества воды находятся в земле. Огромные веса воды низвергаются на земную поверхность в виде снега и дождя.
Целый темперамент погоды определяется в большинстве случаев тем, имеются ли на небе облака и идет ли ливень либо небо светло и стоит сухая погода. По обилию либо отсутствию дождей оценивается благоприятность погоды с позиций сельского хозяйства. Нередкие туманы и низкие целые тучи либо отсутствие тех и других определяют оценку погоды с позиций летчика. Во всех отраслях хозяйственной судьбе облака и выпадающие из них снег и дождь крайне важны. Исходя из этого и мы тут подробнее познакомимся с обстоятельствами выпадения и образования облаков из них осадков.
Предположим, что мы с вами попали под умеренный и не весьма продолжительный ливень. Допустим, что это случилось в городе, на какой-нибудь асфальтированной ровной площади, не имеющей стока. В таких условиях нам было бы легко выяснить количество выпавшей на эту площадь воды. Мы имели возможность это сделать, измерив обычной школьной линейкой толщину слоя воды, покрывшей асфальт. Таковой метод измерения осадков нам уже знаком: конкретно толщиной слоя воды характеризуют количество выпавшего и измеренного дождемером дождя, снегомерной рейкой измеряют толщину слоя выпавшего снега. Допустим, что отечественные измерения дали нам 10 миллиметров. какое количество же ведер воды должно было вылиться на Землю, дабы на ней появился слой таковой толщины?
Зная размеры площади, на которую пролился ливень, подсчитать это не тяжело. Лучше, но, таковой расчет сделать для 1 гектара. Оказывается, что при таком дожде на 1 гектар вылилось бы 8300 ведер. Но ливень, возможно, пролился не над одной площадью, а над большим районом. Значит, сейчас упало на Землю не меньше 1 миллиона ведер воды.
Но дожди так как бывают еще более сильными и продолжительными. какое количество же воды дают они? И какое количество воды выпадает с снегом и дождём за весь год? Цифры получаются такие громадные, что тут нам снова эргономичнее сказать о толщине слоя воды в миллиметрах.
Если бы вода, выпавшая при всех дождях и появившаяся от таяния снега, никуда не стекала, не впитывалась бы в землю и не испарялась, то за год в центре европейской части Альянса, скажем в Столичной области, она покрыла бы почву слоем толщиной около 600 миллиметров. На Средней и Нижней Волге толщина годового слоя была бы в 2 и 3 раза меньше; но в Закавказье, в районе Батуми, она имела возможность бы составить 2,5-3,0 метра, другими словами существенно превышать человеческий рост.
На земном шаре имеется места, где дождя выпадает еще больше. В некоторых горных районах Индии слой воды от дождей, выпавших в течение года, имел возможность бы достигнуть в высоту 12 метров! Это образовывает больше 10 миллионов ведер воды на 1 гектар. На поверхность всего земного шара в виде снега и дождя за год выпадает столько воды, что ее слой в среднем образовывает 743 миллиметра. какое количество же это будет ведер? Цифра получается таковой огромной, что нам снова лучше перейти на другую единицу измерения.
Для выражения громадных количеств воды, к примеру несомых реками либо содержащихся в океанах и морях, в качестве единицы измерения используют не ведра, а кубические километры либо кроме того тысячи кубических километров. На целый земной шар в среднем в год выпадает 511 тысяч кубических километров воды. Весит эта масса воды многие много млн кг.
Откуда же берется столько воды и как она удерживается в воздухе перед тем, как прольется на Землю?
Мы знаем, что снег и дождь, град и крупа падают из туч. Поднявшись на самолете выше верхней границы облачности, летчик заметит ясное небо, ослепительно сверкающее Солнце либо звезды, и нет ничего, что будет ему напоминать о поливающих внизу Почву потоках дождя, свинцовом небе, слякоти — обо всем том, что снова охватит его, когда он, идя на посадку, погрузится в колышащееся под ним облачное море.
Откуда же берутся сами облака? По какой причине они то появляются на небе, то исчезают?
Чтобы ответить на данный вопрос, отыщем в памяти о «высыхании» воды из лужи, высыхании намоченной дождем земли либо развешанного на дворе мокрого белья. Говорят, вода «испарилась». Само это слово говорит о том, что вода превратилась в пар. Многие уверены в том, что пар образуется лишь тогда, в то время, когда вода кипит. Это неверно. Испарение воды в атмосферу происходит при любой температуре, кроме того при морозе. Это отлично знают хозяйки и исходя из этого вывешивают на двор для просушки белье и зимний период. В то время, когда тепло, испарение происходит стремительнее, в то время, когда холодно — медленнее. Исходя из этого оно так заметно при кипении. Но испаряется и снег.
Как же осуществляется испарение воды? Вода, как и все другие тела в природе, складывается из бесчисленного количества небольших частиц — молекул. Они так мелки, что невооруженным глазом мы их совсем не видим, и вода представляется нам однородной целой массой. На самом же деле все молекулы, составляющие воду, расположены на больших (если сравнивать с их размерами) расстояниях друг от друга и находятся в постоянном перемещении. Молекулы, движущиеся близко к поверхности воды, в итоге «выскакивают» из нее в атмосферу. Часть из них больше не возвращается в воду и остается в воздухе, в виде пара. Так понемногу все большее и большее количество молекул уходит из воды — вода испаряется. При увеличении температуры скорость перемещения молекул возрастает, и с поверхности воды отрывается все большее их число. Исходя из этого скорость испарения возрастает при увеличении температуры и делается громаднейшей при кипении.
Итак, источником, поставляющим воду в земную воздух, есть испарение с поверхности Почвы. Тут понятие «поверхность Почвы» употреблено в широком смысле слова: подразумевается поверхность всего земного шара — и суша, обнажённая либо покрытая растительностью, и реки, озера, моря и океаны. Легко понять, что количество воды, испаряющейся со столь разнообразных по свойствам частей и своему характеру земной поверхности, различно. Меньше всего воды испаряется с обнажённой каменистой пустыни. Довольно много испаряется с поверхности океанов, морей, озер и с покрытой растительностью земли, поскольку тут испарение происходит с поверхности листьев растений, а она весьма громадна и намного превосходит поверхность того куска Почвы, на котором эти растения живут. Особенно очень сильно испаряет лес; деревья собственными корнями поднимают очень много воды из глубинных слоев земли.
Но как продолжительно может происходить испарение воды в атмосферу? Возможно ли высказать предположение, что в воздухе окажется такое количество пара, что предстоящее испарение закончится либо будет очень сильно затруднено? Как мы дальше заметим, в некоторых случаях так и не редкость. В большинстве же случаев испарение с поверхности почвы в воздух происходит в любой момент. Особенно очень сильно оно при ветре, поскольку наряду с этим над каждым участком земной поверхности проносятся все новые и новые количества воздуха, каковые уносят с собой поглощенный ими пар и дают место новым весам воздуха, куда снова легко испаряется вода.
Еще посильнее на интенсивность испарения воздействуют хаотичные маленькие вихревые перемещения воздуха вверх и вниз. Наряду с этим вверх переносится много жидкости, и испарение улучшается.
Но что же происходит в штиль, в то время, когда ветра нет и испарение идет в практически без движений стоящий над каким-нибудь местом воздушное пространство? Мы знаем такие летние жаркие дни, в то время, когда громадные лужи, оставшиеся от пронесшегося ливня, на глазах высыхают. И по какой причине в осеннюю пору лужи просыхают весьма медлительно, не смотря на то, что воды в них возможно не больше, чем в летних лужах?
Обстоятельством этого содержится в том, что летом в большинстве случаев не редкость теплее, чем в осеннюю пору. Чем выше температура окружающей среды, тем большее количество жидкости в виде пара он может в себе содержать. К примеру, зимний период при — 30 градусов в 1 кубическом метре воздуха может находиться всего полграмма воды. Летом при температуре +30 градусов в том же количестве воздуха возможно 31 грамм воды, другими словами в 62 раза больше.
В случае, если количество пара в воздухе меньше предельно вероятного при данной температуре, то он остается в воздухе невидимым. В случае, если же пара оказывается столько, что достигается это предельное количество, то воздушное пространство абсолютно насыщается влагой. В этом случае испарение будет весьма затруднено, поскольку количество молекул, отрывающихся с поверхности воды в атмосферу и возвращающихся в нее обратно, будет примерно однообразным; вот по какой причине в сырую погоду либо при плотном мокром тумане белье не высыхает.
В различных районах земного шара количество испаряющейся воды различно. В Ленинграде в среднем за год испаряется слой воды высотой 300 миллиметров, в Москве — 400 миллиметров. В Северной Африке данный слой имел возможность бы достигнуть высоты 6 метров, если бы в том месте хватило воды на такое испарение. Различие в величине испарения в различных местах зависит от различия в них температуры воздуха.
Чтобы разобраться в том, что случится, в случае, если воздушное пространство окажется насыщенным, представим себе следующий опыт. Заберём сосуд, содержащий 1 кубический метр воздуха с температурой +20 градусов. Количество воды в нем, предположим, равняется 15 граммам. Это на 2 грамма меньше предельной величины, которую данный количество воздуха при температуре +20 градусов может содержать в газообразном виде. Следовательно, пар остается невидимым. Хорошо закроем отечественный сосуд и начнем его охлаждать, хотя бы поставив на ледник. Количество жидкости в сосуде изменяться не будет — ей неоткуда взяться и некуда провалиться сквозь землю. Допустим, что мы охладили воздушное пространство в сосуде до температуры 0 градусов. При данной температуре он может содержать всего 5 граммов пара.
А у нас в нем находится 15 граммов. Что же станется с «лишними» 10 граммами? В случае, если в отечественном сосуде имеется прозрачная стена, то мы заметим, что с понижением температуры на стенках, а после этого и в сосуда, начнут оказаться мелкие капельки, образующие белое облачко либо туман. По мере охлаждения, это облачко будет становиться все плотнее и, наконец, вода начнет оседать на стенках сосуда большими каплями либо кроме того падать на его дно в виде «дождя». Так, влага, появлявшаяся при охлаждении воздуха «лишней», начнет из него удаляться, выпадать.
В ясный морозный сутки откроем окно из жарко натопленной помещения на двор. В тот же миг же снаружи, у окна, покажется белое облачко. Когда мы закроем окно, облачко провалится сквозь землю. Ни в помещении, ни на дворе мы для того чтобы облачка не видели, оно появляется лишь при открывании окна, в то время, когда теплый воздушное пространство из помещения вырывается наружу. Он наряду с этим без сомнений охлаждается.
Сравнив между собой эти наблюдения, мы можем сделать вывод, что видимое облачко в воздухе появляется тогда, в то время, когда сам воздушное пространство охладился. И мы будем совсем правы. При охлаждении пар соединяется в водяные капельки, либо, как говорят, конденсируется.
Вот по какой причине ошибаются те, кто именует видимое глазом белое облако над кипящей водой «паром». Это не пар, а скопление небольших капелек воды.
Итак, мы установили, что пар, находящийся в воздухе, при определенной температуре возможно невидим. В случае, если же температура окружающей среды понижается, достигает некоего предела, то пар конденсируется, делается видимым.
В негромкую ясную прохладную ночь над овражками и низинами довольно часто образуется низкий туман. Он появляется потому, что именно в этих местах воздушное пространство охладился так, что уже не смог удержать в себе невидимым прошлое количество пара и пар сгустился в капельки тумана.
Летняя негромкая и теплая погода дает нам еще один пример того, как пар преобразовывается в небольшие облачные капли. Но на данный момент обращение отправится не о ночи, а о жарких предполуденных часах, в то время, когда, как будто бы клочья ваты, в небе появляются отдельные разрозненные тучи. Они именуются кучевыми (см. вклейку по окончании стр. 24).
Мы уже знаем, что пар преобразовывается в небольшие облачные капли в том месте, где воздушное пространство достаточно очень сильно охладился. Значит, не известно почему высоко над отечественной головой охладились отдельные и разбросанные по всему небу маленькие «клочки» воздуха.
Отыщем в памяти кроме этого то, что кучевых туч рано утром не бывает, они появляются ближе к полудню, а к вечеру опять исчезают. Выходит, что они связаны именно со временем наступления наибольшей температуры. При чем же тут охлаждение?
Как это ни покажется необычным, но в действительности отдельные маленькие «клочки» либо «пузыри» воздуха, дающие начало образованию кучевых туч, вправду охлаждаются больше всего конкретно по причине того, что до этого они в приземных слоях посильнее нагрелись.
Всмотритесь в рис. 12. Вы уже понимаете, что любой из разнородных участков земной поверхности (лес, поле, озеро) по-различному нагревается Солнцем и по-различному же нагревает лежащий над ним воздушное пространство. В ясный жаркий летний сутки отличие в нагреве воздуха у Почвы не редкость весьма сильной. Наряду с этим некая часть воздуха в приземных слоях может стать довольно много теплее, чем соседние.
Вследствие этого она начинает подниматься, «всплывать» вверх, а окружающие ее более холодные части спускаются вниз на ее место. Поднимаясь и расширяясь, таковой более легкий «пузырь» воздуха очень сильно охлаждается. Но он несет с собой и целый тот пар, что был в нем внизу. Так как в том месте воздушное пространство был довольно много теплее, то и пар в нем оставался невидимым. Поднимаясь и расширяясь, воздушное пространство очень сильно охладился, достиг насыщения, и «излишки» пара превратились в капельки воды — появилось облако. Охладились лишь отдельные вставшие «пузыри» воздуха, исходя из этого и тучи появились лишь в стали и этих местах видимы в форме отдельных разрозненных куч.
В действительности в природе все происходит существенно сложнее, чем тут поведано. Но самая сущность образования кучевых туч содержится конкретно в таком неодинаковом нагревании Солнцем отдельных соседних частей земной поверхности. Наряду с этим образуется огромное количество маленьких вихрей, каковые, поднимаясь, при известных условиях, создают более замечательные вихри. Переносимые так вверх маленькие веса воздуха охлаждаются, и в этих местах образуются облака.
Разглядим сейчас фотографии на вклейке по окончании стр. 40. Эта серия снимков сделана мною летним утром на Кавказе. Горные обитатели отлично знают, что сейчас года утром отмечается ветер с равнин в горы, а вечером с гор в равнины. Вызвано это трансформацией степени нагревания склонов гор и равнин, связанным с восходом, заходом Солнца и дневным подъёмом. Снимки сделаны при начале долинного ветра, другими словами ветра, идущего по ущелью снизу к горам. На первой фотографии (а) мы видим перед горной стеной громадной «облачный столб». Нужно подчернуть, что это явление имело большие размеры: горная стенки является частью центрального Кавказа с возвышенностями около (либо выше) 5 тысяч метров, покрытыми целыми ледниками. Высота их вершин над видимым на снимке справа ледником превосходит 1 километр.
Отчего же появился таковой большой «облачный столб»? Идущий с юга по ущелью мокрый и довольно теплый воздушное пространство ударился о горную стенке и взметнулся вверх. Наряду с этим он скоро и очень сильно охладился. Количество содержащейся в нем жидкости превысило предельную величину по отношению к новой, более низкой температуре, и, сконденсировавшись, она образовала облако. Его форма — большой узкий столб — отлично показывает направление подъёма и движения теплого воздуха. На последующих снимках (б, в, г), сделанных друг за другом, видно размывание и «оседание» этого столба, вызванное ослаблением первого порыва ветра.
У вершины горы довольно часто видно плотное облако, на долгое время задерживающееся в том месте. В случае, если текущий по равнине воздушное пространство встречает на своем пути гору, он начинает вползать по ее склону вверх. Наряду с этим он охлаждается, и показавшиеся «излишки» пара преобразовываются в облачные капли. Так как воздушное пространство поднимается лишь по склону горы, то и облако образуется держится лишь у ее вершины (см. вклейку по окончании стр. 24).
Но и на равнине мы довольно часто видим огромные облачные веса, полностью закрывающие небо на пара дней подряд. Как образуются они? Что тут заставляет воздушное пространство подниматься? Либо на равнине облака образуются как-то в противном случае?
Нет, и тут воздушное пространство охлаждается благодаря, подъема. Более теплый воздушное пространство всползает на лежащий под ним клином холодный воздушное пространство, как на гору. Это происходит на месте встречи двух воздушных весов — горячей и холодной, на фронте между ними. В этом случае медлительно поднимается громадная масса воздуха. Исходя из этого образуются не разрозненные отдельные тучи, а целый слой, тянущийся на тысячи и сотни километров.
Так как тут тучи образуются в теплом воздухе, на границе с холодным, другими словами как бы лежат на клине последнего, то их нижняя граница понемногу понижается. Она наклонна, как и в тучах, образующихся у настоящих гор.
В то время, когда такая облачная масса приближается к какому-нибудь месту, то вначале появляется высокая прозрачная пелена туч. Понемногу они понижаются, понемногу возрастает и их толщина: облака становятся плотными, непрозрачными, Солнце туманится. Тучи спускаются все ниже и наконец нависают над головой плотным покровом. Значительно чаще дело заканчивается более либо менее равномерным дождем (либо снегом). В таких случаях ливень тянется продолжительно, «обкладывает» все небо, именуется обложным.
Не считая кучевых и дождевых туч, мы довольно часто видим слоистые тучи, ровным волнистым покровом висящие над головой. Такие облака время от времени подолгу остаются на одном месте, но дождя либо снега в большинстве случаев не дают (см. вклейку по окончании стр. 24).
Слоистые тучи появляются при охлаждении более либо менее горизонтальных и широких слоев воздуха методом яркого излучения на высоте. Часто, действительно, возможно замечать и такую картину: появился целой туман, после этого встал не сильный ветер (это условие непременно — при сильном ветре явление будет протекать по-иному), и у поверхности Почвы туман понемногу начал «светлеть», в итоге совсем провалился сквозь землю, и мы начинаем замечательно различать далекие предметы. Над головой одвременно с этим виден целый серый покров слоистых туч. В действительности это тот же туман, лишь он был немного поднятым. Вызванное ветром хаотичное перемещение воздуха внизу «съело» лишь самый нижний слой тумана.
Часто кроме этого мы видим вытянутые в виде отдельных параллельных полос волнистые тучи. В большинстве случаев волны находятся поперек полосы. Время от времени они весьма узки и напоминают гребешки морских волн. Так же как под действием проносящегося ветра на поверхности моря образуются волны так и в воздухе волны появляются на поверхности воздушной массы, в случае, если над ней движется вторая воздушная масса меньшей плотности и с другой скоростью. При образовании волны в ее гребне воздушное пространство поднимается, в равнине опускается. Подъем воздуха ведет к его насыщению и охлаждению, опускание — к удалению и нагреванию от насыщения. В тех местах, где воздушное пространство опускается, видны просветы между тучами; в том месте, где он поднимается, образуется облачный вал.
В зависимости от происхождения облака делятся на следующие группы: слоистые, волнистые и кучевые. При замечательном развитии последние преобразовываются в кучево-дождевые — либо грозовые — тучи.
В любых ситуациях облака образуются при охлаждении воздуха.
Наровне с этим необходимым условием для тумано- и облакообразования существует еще второе, столь же нужное для этого условие. Изучая конденсацию пара и образование туч, ученые узнали, что при охлаждении полностью чистого воздуха конденсация не происходит кроме того и в том случае, если температура окружающей среды понизится намного ниже той, при которой пар уже должен был бы сконденсироваться. В этом случае будет наблюдаться так именуемое перенасыщение. Но в случае, если тот же воздушное пространство загрязнить некоторым числом поглощающих воду веществ (дым, небольшие частички морской соли и т.п.), то конденсация наступает в тот же миг же. В этом случае пар оседает на частичках примесей, растворяет их и уже на небольших зародышевых капельках этого раствора легко конденсируется. Эти небольшие зародышевые частички именуются ядрами конденсации.
Ядра конденсации играются решающую роль в образовании туч. Вот пример этого. Ясное голубое небо. Издали доносится рокот мотора, но сам самолет не виден, он встал весьма высоко. Внезапно в небе появляется узкая белая ниточка. Она скоро удлиняется в собственной передней части, расширяясь в, задней. Присмотревшись к ней, мы осознаем, что это «след» самолета. Данный след изгибается, закручивается спиралью, поднимается и опускается, повторяя перемещения самолета. Передняя часть полосы все время остается узкой и думается вырывающейся из узкого отверстия струей (рис. 13). Расширяющиеся, расплывающиеся задние части напоминают полосу неплотных туч «барашков», каковые мы довольно часто видим в небе. Наконец полоса прекратила удлиняться, самолет ушел выше, его «след» оборвался. Все же появившаяся ранее полоса уже явственно делается похожей на перистокучевое облако и уносится ветром по небу на большом растоянии от того места, где пролетел самолет. Появилось это облако по причине того, что в некоем слое воздуха хватало влаги, но не было ядер конденсации.
Выхлопные газы мотора самолета пополнили их недочёт и именно на них началось осаждение пара и появились облачные капли.
Раньше полагали, что облачные капли — это пузырьки воздуха, окруженные водяной пленкой. Это неверно. Облачные капли сплошь складываются из воды, как и дождевые. Они лишь малы. Размер ядра конденсации близок к 0,001 миллиметра, а размер облачной капли — 0,01 миллиметра. Капли дождя имеют в среднем размеры от 0,5 до 5 миллиметров (рис. 14).
Так как для образования туч необходимы определенные условия, благоприятные для конденсации жидкости на том либо другом уровне в воздухе, то вид и количество туч разны в различное время суток. Ночью и утром, в то время, когда поверхность Почвы и нижние слои воздуха выхолаживаются, образуется либо улучшается туман либо слоистые тучи. С рассветом и прогреванием земной поверхности и нижних слоев воздуха приземный туман исчезает. Слоистые тучи сейчас пара приподнимаются, становятся более прозрачными и узкими, время от времени в них кроме того появляются разрывы. В других воздушных весах при сильном дневном нагревании начинается сильный вертикальный обмен воздуха и образуются кучевые тучи. С приближением Солнца к горизонту кучевые тучи оседают, растекаются и к ночи совсем исчезают. Это обусловливается прекращением восходящих потоков.
Годовой движение облачности в известной мере должен быть подобен дневному. Вправду, в умеренных широтах над сушей громаднейшее количество слоистой облачности отмечается зимний период, а кучевой — летом. В высоких широтах над сушей громаднейшее количество дней с облачностью отмечается летом, в июле — августе, и мельчайшее зимний период. В горах меньше всего облачности отмечается зимний период, поскольку нередкие сейчас года на равнине слоистые тучи лежат ниже и над головой остается ясное небо. Но в мае и начале лета облака довольно часто закрывают и горы.
В субтропических поясах земного шара (20-40 градусов северной и южной широты) облачность по большому счету весьма незначительна. Зимний период она не редкость чаще, чем летом. На экваторе вблизи него, в том месте, где в течение круглого года наблюдаются сильные восходящие потоки воздуха, облачность не имеет годового хода, но отлично выражен ее дневный движение; в течение всего года около и по окончании полудня развиваются огромные ливневые и грозовые тучи, каковые, но, по окончании захода Солнца исчезают.
Часто мы видим, как все небо сплошь затягивается плотным и толстым облачным покровом, и однако ливень либо снег из этих туч не идет. Еще больше привлекают внимание те летние дни, в то время, когда кучевые тучи наблюдаются не в виде маленьких и плоских отдельных «клочьев», а громоздятся над головой в виде вытянутых высоко вверх «гор» (см. вклейку по окончании стр. 24). И все же дождя не дают и они.
В второй же раз из довольно совсем маленьких и низких туч ливень сильно льет. Отчего же ливень идет не из каждого облака? Возможно, обстоятельством этого есть отличие во влажности воздуха, числом содержащегося в каждом облаке пара и капелек жидкой воды?
Если бы мы поднялись на самолете и измерили влажность в том и втором облаке, то имели возможность убедиться, что отличия нет либо она весьма незначительна. В чем же тогда дело?
Многие ученые продолжительно бились над разрешением данной загадки, пока она, наконец не была решена. Значительная роль в этом в собственности советским ученым В. Н. Оболенскому, М. А. Аганину и вторым.
Раньше полагали, что дождевые капли образуются методом слияния небольших облачных капель совместно. Но подсчеты продемонстрировали, что для образования громадных дождевых капель в этом случае в умеренных широтах было нужно бы ожидать пара дней. А в действительности они часто образуются в течение нескольких мин..
Присмотревшись пристально к бездождевому замечательному кучевому и давшему ливень кучево-дождевому облаку и, основное, проследив за последовательными стадиями развития одного и другого, мы имели возможность бы подметить, что в первом случае (без дождя) облако все время сохраняло резкие, как бы чеканные верхние границы; во втором случае (с дождем) сначала все шло совсем кроме этого, но после этого вершина облака скоро начала терять собственную четкость и начала обволакиваться пеленой либо покупать форму, напоминающую наковальню (см. вклейку по окончании стр. 24). Через 20-40 мин. затем полил ливень. Измерив температуру воздуха на различных высотах, мы установим, что в первом случае облако не смотря на то, что и растянулось весьма высоко вверх, но не достигло уровня отрицательных температур; во втором случае вершина облака пересекла границу нулевой температуры и границу температуры —10 либо кроме того —20 градусов. Данный момент именно и сходится с утратой вершиной ее резких границ, с возникновением волокнистой структуры вершины, с обволакиванием вершины облака пеленой (при слабом ветре вверху) либо вытягиванием ее вперед в виде наковальни (при сильном ветре).
Облачные капли однообразного либо различного размера не смотря на то, что и сталкиваются между собой благодаря их хаотичных перемещений, не образуют больших и в достаточном количестве дождевых капель. В лучшем случае наряду с этим образуется маленькое количество капель, испаряющихся в подоблачном слое воздуха, из которых лишь единичные достигают Почвы. Облако остается устойчивым и его вершина сохраняет четкие границы. По той же причине не дают дождя слоистые облака и туман либо же ливень из них не редкость весьма малым.
В случае, если же облако в собственном развитии встанет выше границы отрицательных температур порядка минус 10-20 градусов либо же в облако попадут плавающие на данной высоте небольшие ледяные кристаллы, то переохлажденные облачные капли замерзнут. Снаружи это проявляется в обволакивании вершины облака пеленой. Сейчас облако состоит не только из водяных капель, но и из ледяных кристаллов. Наряду с этим начинается оседание пара и капель на ледяные кристаллы. Устойчивость облака нарушена. В случае, если в 1 кубическом сантиметре воздуха находится один ледяной кристалл и 1000 равномерно распределенных водяных облачных капелек диаметром в 0,02 миллиметра, то хватает 10-20 минут, дабы они все осели на кристалле. Наряду с этим он весьма возрастает в весе, летит вниз, по дороге сталкивается с другими каплями, «намораживает» их на себя и, наконец, выйдя из облака, падает на Землю. В случае, если дело происходит летом, лед в сухом подоблачном слое воздуха тает, и Почвы достигает более либо менее большая водяная капля. В случае, если же подоблачный воздушное пространство холоден, то на Землю может выпасть или крупа, или град, что зависит от мощности восходящего потока и от водности облака.
Образование снега в принципе ничем не отличается от образования дождя. Кроме того при громадных морозах в облаке содержится некое количество водяных капель в переохлажденном состоянии. Они или осаждаются на громадных ледяных кристаллах, или спаивают пара кристаллов в снежные хлопья. Сросшиеся и наращенные кристаллики летят вниз в виде шестилучевой снежинки либо хлопьев снега причудливой формы (рис. 15).
Сейчас нам делается понятным, по какой причине в некоторых случаях ливень идет из относительно низких туч, а в других не отмечается совсем, не обращая внимания на то, что облака довольно большие. В первом случае температура ниже нуля, а значит, и граница ледяных кристаллов пребывала низко, во втором — поднимающийся воздушное пространство совсем не достиг отрицательных температур и в облаке не выяснилось ледяных частиц. Летом температуры ниже нуля лежат высоко, исходя из этого облака довольно часто громоздятся в виде огромных башен, но дождя не дают. В холодное время ледяные кристаллы ядра лежат низко, исходя из этого ливень (либо снег) выпадает из совсем низких туч.
Время от времени на Землю падает не только ливень либо снег, но и куски льда. Это град, в большинстве случаев сопровождаемый ливневым дождем). Иногда град не редкость большим, величиной с куриное яйцо либо кроме того с кулак. Таковой «каменный ливень» уничтожает посевы, убивает скот, пробивает крыши. На рис. 16 продемонстрировано, как может появиться такая громадная градина. В случае, если днем через чур жарко и отдельные участки земной поверхности очень сильно перегреваются, то «пузыри» нагретого мокрого воздуха поднимаются вверх так скоро, что подхватывают с собой громадные капли и облачные капли готового выпасть дождя. На высоте, где температура ниже 0 и особенно ниже минус 10-20 градусов, они мёрзнут, вырастают за счет оседания на них жидких капель и пара и падают вниз. За время падения на градины намерзает еще больше льда, но они опять подбрасываются вверх новым сильным восходящим потоком (рис. 16). Так длится пара раз, пока, наконец, градина делается такой тяжёлой, что восходящий поток воздуха уже не имеет возможности удержать ее и она летит вниз. Чем посильнее отличие в нагревании различных участков земной поверхности, чем мокрее воздушное пространство и чем замечательнее поднимающийся поток воздуха, тем посильнее и больше будет град.
Град отмечается весной и летом, поскольку в его образовании главную роль играются сильные восходящие потоки, приводящие к замерзанию облачных капель на громадных высотах и к последующему намерзанию на них льда. Зимний период нет таких сильных восходящих потоков и не бывает последовательного и замерзания и неоднократного оттаивания капель.
Время от времени, в особенности летом, образование высоких и замечательных кучево-дождевых туч и выпадение из них ливней сопровождается грозой, громом и молнией. Эти явления кроме этого не являются ничего загадочного и все связаны между собою. Интенсивные восходящие потоки, образующие грозовое облако, весьма неспокойны. Сильные, порывистые и хаотичные перемещения в облаке приводят к быстрым изменениям его формы и неравномерность конденсации в его различных частях. Укрупненные капли летят вниз и под влиянием тех же обстоятельств раздробляются. Отделившиеся небольшие частицы капель наряду с этим электризуются отрицательно и уносятся вверх; более тяжелые части электризуются положительно и падают . В верхней части облака планирует электричество одного символа, в нижней части — другого. В облака исходя из этого создаются сильные электрические поля. В то время, когда в грозовом облаке объемные заряды достигнут громадного напряжения, происходит электрический разряд: между двумя частями облака либо между Землёй и облаком проскакивает электрическая искра. Это и имеется молния. Треск от проскакивающей искры мы слышим, как гром.
Подводя итог остановимся на применении радио для наблюдений за осадками и облаками.
Довольно часто радиослушателям доставляют проблеме щелчки, трески и шумы в радиоприемнике, так именуемые радиопомехи. В городах они довольно часто вызываются постоянными обстоятельствами: трамваем, троллейбусом, трудящимися по- соседству моторами и пр. Но не все помехи возможно растолковать так. Большая часть из них то появляется, то исчезает, в кое-какие дни прием совсем чист. В случае, если мы проследим за этими помехами и за условиями радиоприема, то установим, что в иные дни замечательно и без всяких помех слышны станции, расположенные от нас к северу и востоку, но весьма нехороша слышимость западных станций и их приему мешают шумы и сильнейшие трески. В второй сутки картина может измениться на противоположную; в третий раз она снова окажется другой.
Обстоятельства этих изменения и помех условий слышимости разъясняются явлениями в воздухе, к примеру грозами. Слышимость зависит от тех же обстоятельств, и от влажности воздуха, его запыленности, электрического состояния и пр. Но это значит, что такие помехи («атмосферики») смогут быть использованы для обнаружения состояния воздуха, явиться средством ее изучения? Отметим, что первый в мире, выстроенный А. С. Поповым приемник предназначался конкретно для этих целей. Он именовался «грозоотметчиком», так как сигнализировал о приближении к прибору грозовых разрядов.
Грозы довольно часто связаны с границей между горячей и холодной воздушными весами, холодным фронтом, в то время, когда отступает теплый воздушное пространство и надвигается холодный. Установленные на громадном расстоянии друг от друга современные радиопеленгаторы разрешают достаточно совершенно верно засечь не только родные, но и далекие очаги грозовой деятельности и тем самым выяснить расположение границы между разными воздушными весами.
Так, столь неприятные для радиослушателей трески и шумы становятся на работу человеку и оказывают помощь в его научной работе.
В самое последнее время открылись новые возможности в применении радио для изучения погоды. Наблюдатели радиолокационных станций стали обнаруживать у себя на экране отражения, «радиоэхо», от каких-то малоизвестных целей. Изучение явления продемонстрировало, что весьма маленькие волны отлично отражаются громадным скоплением водяных капель, находящихся в воздухе. Это разрешает найти не только ливневой дождь либо сильный обложной ливень, идущий далеко за пределами прямой видимости но время от времени (в зависимости от подбора волны) и кое-какие формы туч. Последовательные наблюдения, значительно лучше последовательные фотоснимки экрана, дают путь дождя либо облака, а значит, исключают «внезапность» их появления над аэропортом либо вторым объектом.
Предстоящее развитие этого метода открывает широкие возможности в изучении воздуха.
Итак, фундаментальными особенностями ближайшего к Почва слоя атмосферы-тропосферы — являются громадная плотность воздуха, его поступление и нагревание в него жидкости, других примесей и пыли снизу от поверхности Почвы понижение температуры с высотой в среднем на 0,65 градуса на 100 метров, образование тут осадков и облаков, и всех других явлений погоды.
Верхней границей тропосферы есть так называемая тропопауза — промежуточный слой, отделяющий ее от следующего слоя атмосферы — стратосферы.