Конденсация водяного пара

Водяной пар, находящийся в атмосфере, при определенных условиях конденсируется, т. е. переходит в жидкое состояние. При этом выделяется теплота, которая была затрачена на испарение. Одним из условий начала конденсации является охлаждение воздуха. При понижении его температуры до точки росы пар, содержащийся в воздухе, становится насыщенным. При дальнейшем понижении температуры излишек пара сверх насыщенного его количества конденсируется.

Кроме охлаждения воздуха, для начала конденсации пара еще необходимо наличие в воздухе так называемых ядер конденсации. Ядрами конденсации являются некоторые из твердых и жидких частичек, взвешенных в воздухе. Это могут быть мельчайшие частички горных пород и почвы, попадающие в атмосферу в результате выветривания, кристаллы морской соли, пыльца растений, бактерии, а также продукты человеческой деятельности, загрязняющие атмосферу. В настоящее время количество этих продуктов возросло вследствие сжигания огромных масс угля, нефти, дерева, торфа и т. п.

В нижних слоях атмосферы постоянно содержится несколько тысяч ядер конденсации в 1 см3 воздуха. Особенно велико их число в больших городах, где выделяется много продуктов сгорания. Над океанами число ядер конденсации составляет в среднем менее 1000 в 1 см3. С высотой количество ядер конденсации быстро убывает. Продукты конденсации водяного пара в атмосфере называются гидрометеорами.

Наземные продукты конденсации

Наземные гидрометеоры образуются на земной поверхности и на наземных предметах. Такими гидрометеорами являются роса, иней, изморозь, а также гололед.

Роса — мелкие капли воды, образующиеся на поверхности почвы, на камнях, на листьях растений при температуре выше 0°С. Роса образуется вследствие радиационного охлаждения деятельного слоя в ясные тихие ночи, когда этот слой и прилегающий к нему воздух охлаждаются ниже точки росы и сконденсировавшаяся вода начинает оседать в виде капелек. Роса исчезает вскоре после восхода Солнца вследствие испарения.

Роса является ресурсом влаги для растений, особенно важным в засушливых районах, где в течение теплого периода она дает 10—30 мм осадков (100—300 т воды на 1 га). Однако в период уборки урожая роса затрудняет работу комбайнов, так как солома и зерно вследствие большой гигроскопичности становятся влаж­ными, зерно плохо вымолачивается, солома забивает барабан молотилки комбайна.

Теплота, выделяющаяся при образовании росы, может предотвратить наступление заморозка. Интенсивность образования росы и ее количество измеряют росографом.

Иней — мелкие кристаллы льда, покрывающие поверхность земли и наземных предметов. Он образует­ся так же, как и роса, но в тех случаях, когда темпе­ратура точки росы ниже 0°С и земная поверхность ох­лаждена ниже 0°С. Следует подчеркнуть, что иней образуется не вследствие замерзания капель росы, а непосредственно из водяного пара. Пар сразу переходит в твердое состояние — лед, минуя жидкую фазу — воду (что называется сублимацией).

Изморозь — рыхлый слой снеговидной массы, нарастающий на ветвях, проводах и т. п. (зернистая изморозь), или пушистый слой кристалликов льда, нарастающий путем сублимации (кристаллическая изморозь). Зернистая изморозь образуется обычно при потеплении после сильных морозов, при тумане и относительно теплом ветре при температуре —2... —7° С, а кристаллическая — при температуре ниже —15°С.

Гололед — слой гладкого прозрачного или мутного льда, образующегося на земной поверхности, деревьях и других наземных предметах вследствие намерзания переохлажденных капель дождя или тумана при их со­прикосновении с поверхностью или с предметами, ох­лажденными ниже 0°С. Гололед образуется преимуще­ственно с наветренной стороны предметов.

Гололед — опасное явление. При интенсивном и длительном гололедообразовании на предметах обра­зуется много льда. Например, на небольших деревьях может образоваться 100—200 кг льда. Под его тя­жестью ломаются ветви плодовых деревьев, обрывают­ся линии электропередачи, валятся телеграфные столбы и т. д. В условиях отгонного животноводства покрытие гололедом пастбищ создает угрозу для жизни живот­ных.

Для наблюдения за образованием гололеда и измо­рози на метеорологических станциях используется го­лоледный станок, позволяющий определять количество льда, образовавшегося за определенный промежуток времени. Для качественных определений вида образо­вавшегося гидрометеора применяется ледоскоп.

Продуктами конденсации водяного пара непосред­ственно у земной поверхности являются также различ­ные виды тумана.

Туманы состоят из мельчайших капелек воды или кристаллов льда. Основной причиной образования тума­нов является конденсация или сублимация пара в ниж­нем слое атмосферы в результате его охлаждения под влиянием холодной подстилающей поверхности. Зимой туманы могут оставаться переохлажденными, т. е. не замерзать до температуры —20° С, а иногда и ниже. Такие туманы часто наблюдаются на побережье неза­мерзающих морей.

Основными типами туманов являются радиационные, образующиеся при большом эффективном излучении и сильном охлаждении подстилающей поверхности в ясные тихие ночи, и адвективные, возникающие при движении теплых воздушных масс над охлажденной поверхностью. При наблюдениях отмечают следующие основные виды туманов: сплошной туман; туман при просвечивающем небе; поземный туман, расстилающий­ся до высоты 2 м над пониженными местами и водое­мами; дымку — разреженный туман при видимости больше 1 км, но меньше 10 км; ледяной туман, состоя­щий из ледяных кристаллов и образующийся в боль­шие морозы.

Облака

Значительная часть водяного пара конденсируется (или сублимируется) в свободной атмосфере, образуя системы взвешенных продуктов — облака. Как и туманы, облака состоят из мелких капель воды или ле­дяных кристаллов. Облака имеют разнообразные, быстро меняющиеся формы. Однако в результате многолетних наблюдений многих тысяч метеорологических станций был собран и обобщен большой материал об облаках, позволивший построить их международную классификацию. В ее основу положен внешний вид облаков и их высота.

Согласно международной классификации, облака делятся на 4 семейства и 10 родов (форм). Семейства и формы облаков, их русские и латинские наименования, а также сокращенные обозначения (в скобках) указаны в следующей схеме.