Глава 1. Условия образования различных видов осадков и характер их выпадения.

Атмосферные осадки — вода в жидком или твёрдом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земную поверхность и какие-либо предметы. Они бывают жидкие, твердые и смешанные.

1.1 Образование осадков

Осадкообразование - физические условия выпадения осадков из облаков; реже имеется в виду также осаждение воды или льда на предметах. Укрупнение капель в облаках до таких размеров, что они начинают выпадать из облаков в виде осадков, не может происходить путем непосредственной конденсации. Капли дождя образуются либо в результате таяния крупных кристаллических элементов облаков, либо путем коагуляции (слияния) мелких капель. Твердые элементы осадков возникают преимущественно путем кристаллизации (сублимации), может быть, с помощью ледяных ядер (ядер замерзания), к которой присоединяется примерзание (аккреция) переохлажденных капель; в некоторых случаях (напр., ледяной дождь) происходит замерзание уже имеющихся крупных капель.

Осадки выпадают в том случае, если хотя бы часть элементов, составляющих облако (капелек или кристалликов), по каким-то причинам укрупняется. Когда облачные элементы становятся настолько тяжелыми, что сопротивление воздуха и восходящие его движения больше не могут удерживать их во взвешенном состоянии, они выпадают из облака в виде осадков.

Укрупнение капелек до нужных размеров не может происходить путем конденсации. В результате конденсации получаются только очень мелкие капельки. Для образования более крупных капель процесс конденсации должен был бы продолжаться чрезмерно долго. Более крупные капли, выпадающие из облака в виде дождя или мороси, могут возникнуть другими путями.

Во-первых, они могут быть результатом взаимного слияния капелек. Если капельки заряжены разноименными электрическими зарядами, это благоприятствует их слиянию. Большое значение имеет также различие размеров капелек. При разных размерах они падают с разной скоростью и потому легче сталкиваются между собой. Столкновениям капелек способствует также турбулентность. Именно таким образом иногда выпадает из слоистых облаков морось, а из мощных кучевых облаков — мелкий и малоинтенсивный дождь, особенно в тропиках, где содержание жидкой воды в облаках велико.

Но обильные осадки возникнуть путем слияния капель все же не могут. Для их выпадения необходимо, чтобы облака были смешанными, т. е. чтобы в них бок о бок находились переохлажденные капельки и кристаллы. Именно таковы высоко-слоистые, слоисто-дождевые и кучево-дождевые облака. Если переохлажденные капли и кристаллы находятся во взаимном соседстве, условия влажности таковы, что для капелек мы имеем насыщение, а для кристаллов — перенасыщение. Но в этом случае, кристаллы будут быстро расти путем сублимации, количество водяного пара в воздухе уменьшится и для капель он станет ненасыщенным. Поэтому одновременно с ростом кристаллов будет происходить испарение капелек, т. е. будет происходить перегонка водяного пара с капелек на кристаллы.

Укрупнившиеся кристаллы начинают выпадать обычно из верхней части облака, где они преимущественно находятся. По пути они продолжают укрупняться путем сублимации, а кроме того, сталкиваются с переохлажденными капельками, примораживают их к себе и еще более увеличиваются в размерах. Капельки, замерзшие при соприкосновении с кристаллами, и обломки кристаллов во много раз увеличивают число частиц, на которых происходит кристаллизация. В нижней части облака или облачного слоя появляются, таким образом, крупные кристаллы.

Если в этой нижней части облака температура выше нуля, кристаллы тают, превращаясь в капли, которые и выпадают из облака в виде дождя. Получившиеся при этом капельки с разной скоростью падения могут коагулировать (сливаться) между собой и с другими капельками облака. В других случаях кристаллы тают уже под основанием облака и также выпадает дождь. Наконец, если температура под облаками отрицательна до самой земной поверхности, осадки выпадают в виде снега или крупы. Более сложные условия имеют место, если осадки выпадают в виде града или ледяного дождя, по существу явления то же.

Осадки могут выпадать и из чисто ледяных облаков, также вследствие сублимационного укрупнения кристаллов. Но обычно эти облака высоки (в верхнем ярусе) и осадки из них испаряются, не достигая земной поверхности. «Метлы» и «хвосты» (Virga) некоторых видов перистых облаков, по существу, являются именно полосами падения осадков.

1.2 Виды осадков

На земную поверхность выпадают твердые, жидкие и смешанные осадки. В метеорологии принято различать следующие виды осадков.

I. Твёрдые осадки.

Снег – ледяные или снежные кристаллы (снежинки), чаще имеют форму звёздочек или хлопьев. Последние образуются из нескольких слипшихся между собой звёздочек;

Снежная крупа – непрозрачные снегоподобные крупинки белого или матового цвета диаметром от 2 до 5 мм;

Снежные зерна – непрозрачные матово-белые палочки или крупинки диаметром менее 1 мм;

Ледяной дождь – прозрачные ледяные шарики размером от 1 до 3 мм. Иногда внутри твердой оболочки остается незамерзшее вода;

Ледяная крупа – ледяные прозрачные крупинки, в центре которых имеется непрозрачное ядро. Диамер крупинок до 3 мм;

Град – кусочки льда различных форм и размеров. Градина состоит из непрозрачного льда, окруженного несколькими чередующемися прозрачными и непрозрачными слоями льда. Чаще всего радиус градин состовляет около 5 мм, но в отдельных случаях достигает нескольких см.

II. Жидкие осадки.

Дождь – состоит из капель диаметром от 0.5 до 7.0 мм;

Морось – капельки диаметром 0.05-0.5 мм.

III. Смешанные осадки.

Мокрый снег – осадки в виде тающего снега или смеси снега с дождем. Выпадают при температуре воздуха обычно не выше +3°C.

1.3 Характер выпадения осадков

По характеру выпадения осадки бывают ливневыми, обложными и моросящими. Ливневые осадки - интенсивные, непродолжительные, захватывают небольшую площадь. Обложные осадки - средней интенсивности, равномерные, длительные (могут продолжаться сутками, захватывая большие территории). Моросящие осадки - мелкокапельные осадки, выпадающие на незначительной территории.

1. Обложные осадки

Характеризуются монотонностью выпадения без значительных колебаний интенсивности. Начинаются и прекращаются постепенно. Длительность непрерывного выпадения составляет обычно несколько часов (а иногда 1-2 суток), но в отдельных случаях слабые осадки могут длиться полчаса-час. Выпадают обычно из слоисто-дождевых или высоко-слоистых облаков; при этом в большинстве случаев облачность сплошная (10 баллов) и лишь изредка значительная (7-9 баллов, — обычно в начале или конце периода выпадения осадков). Иногда слабые кратковременные (полчаса-час) обложные осадки отмечаются из слоистых, слоисто-кучевых, высоко-кучевых облаков, при этом количество облаков составляет 7-10 баллов. В морозную погоду (температура воздуха ниже −10…-15°) слабый снег может выпадать из малооблачного неба.

Дождь — жидкие осадки в виде капель диаметром от 0,5 до 5 мм. Отдельные капли дождя оставляют на поверхности воды след в виде расходящегося круга, а на поверхности сухих предметов — в виде мокрого пятна.

Переохлаждённый дождь — жидкие осадки в виде капель диаметром от 0,5 до 5 мм, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0…-10°, иногда до −15°) — падая на предметы, капли смерзаются и образуется гололёд.

Ледяной дождь — твёрдые осадки, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0…-10°, иногда до −15°) в виде твёрдых прозрачных шариков льда диаметром 1-3 мм. Внутри шариков находится незамёрзшая вода — падая на предметы, шарики разбиваются на скорлупки, вода вытекает и образуется гололёд.

Снег — твёрдые осадки, выпадающие (чаще всего при отрицательной температуре воздуха) в виде снежных кристаллов (снежинок) или хлопьев. При слабом снеге горизонтальная видимость (если нет других явлений — дымки, тумана и т. п.) составляет 4-10 км, при умеренном 1-3 км, при сильном снеге — менее 1000 м (при этом усиление снегопада происходит постепенно, так что значения видимости 1-2 км и менее наблюдаются не ранее чем через час после начала снегопада). В морозную погоду (температура воздуха ниже −10…-15°) слабый снег может выпадать из малооблачного неба. Отдельно отмечается явление мокрый снег — смешанные осадки, выпадающие при положительной температуре воздуха в виде хлопьев тающего снега.

Дождь со снегом — смешанные осадки, выпадающие (чаще всего при положительной температуре воздуха) в виде смеси капель и снежинок. Если дождь со снегом выпадает при отрицательной температуре воздуха, частицы осадков намерзают на предметы и образуется гололёд.