В туманах испарения и на начальной стадии других видов тумана

преобладают капли диаметром от 1 до 20 μк. Чаще всего встречаются капли диаметром от 2 до 4μк.

В радиационных и адвективных туманах встречаются капли диаметром до 40μк.

В слабых туманах диаметр капель меньше, в сильных туманах - больше.

Водность различных туманов изменяется от 0.02 до 1 г/ м³.

По данным наблюдений четкой зависимости между водностью тумана, его типом и температурой образования нет. Как правило, водность тумана образующегося при отрицательных температурах меньше.

Меньшие значения водности- 0.02-0.3 г/ м³, относятся к туманам испарения при низких температурах (-10 , -20^оС). Большие - к радиационным и адвективным туманам (0.3- 1 г/ м³) при положительной температуре.

Концентрация капель в тумане зависит от его интенсивности: 1-10 капель/см³ для слабого тумана и дымки и 400-600 капель/ см³ для сильного тумана.

Микроструктура ледяных и смешанных туманов сложнее.

Строгой верхней температурной границы для туманов этих типов не установлено. Смешанные туманы возможны при температурах более –40^оС. При меньших температурах туманы только ледяные,

Типичной формой кристаллов в них являются пластинки, звездочки и иглы. Размер этих кристаллов от 10-15 μк до 500 μк.

В слабых туманах встречаются кристаллы меньшего размера. В сильных туманах - большего размера.

Кроме кристаллов в смешанных туманах присутствуют капли переохлажденной воды. Число мелких капель (радиус менее 3 μк) в этих туманах мало. Преобладают более крупные капли диаметром 5-6μк.

Водность кристаллических и смешанных туманов не превышает 0.03 г/ м³. Число кристаллов в ледяных туманах менее 1 на см³. Соотношение капель и кристаллов в смешанных туманах весьма разнообразно. Соотношение это изменяется "в пользу капель" при повышении температуры воздуха.

Особенности туманов охлаждения

Как следует из рассмотренной выше классификации туманов охлаждения, к ним относят туманы радиационные, адвективные, адвективно-радиационные и орографические.

Основной причиной возникновения радиационного тумана является ночное понижение температуры земной поверхности и воздуха в приземном слое атмосферы до температуры ниже точки росы, Его образованию тумана благоприятствуют следующие условия:

-ясная безоблачная погода ночью;

-слабый ветер у земли (не более 3-4 м/с);

-большая относительная влажность воздуха вечером (более 60%);

-выпадение несильного, вечернего, теплого дождя;

-сухая погода в предыдущие дни (почва сухая, имеющая малую теплопроводность для потока тепла идущего из недр Земли);

-инверсионное распределение температуры воздуха в приземном слое высотой от 50 до 300м;

-вогнутый рельеф местности, позволяющий холодному и плотному воздуху накапливаться в низине.

При штиле охлаждение воздуха, имеющего низкую теплопроводность, не распространяется высоко. Образуется приземный туман в слое высотой единицы метров; выпадает роса либо иней.

При сильном ветре возникает вертикальное перемешивание в слишком мощном (толстом) слое воздуха. Каждая его частица в этом случае охлаждается незначительно и туман не возникает.

Оптимальна для образования радиационного тумана скорость ветра 1-2м/с.

Мощность слоя радиационного тумана зависит также от продолжительности его существования. Условно по мощности этого слоя различают туманы:

- поземные (толщина менее 2 м);

- нижние (толщина от 2 до 10 м);

- средние (толщина от 10 до 100 м);

- высокие (толщина более 100 м).

Летом в умеренных широтах преобладают поземные, нижние и средние туманы. Зимой - радиационные туманы, как правило, высокие.

В малоподвижных антициклонах приземные радиационные инверсии могут смыкаться с инверсиями оседания (возникающими в результате нисходящих движений воздуха, вызывающих его сжатие и нагрев). Толщина слоя таких инверсий и распространяющихся в них туманов может достигать 2-3 км. Такие зимние радиационные туманы могут сохраняться несколько суток, не рассеиваясь даже днем.

Летом быстрый прогрев подстилающей поверхности вызывает рассеивание радиационных туманов уже через 1- 2 часа после восхода Солнца. Осенью они сохраняются и спустя 3-4 часа после восхода Солнца.

В отличие от туманов испарения, при образовании радиационного тумана абсолютная влажность воздуха и его удельная влажность при охлаждении до точки росы остаются практически постоянными. Под влиянием турбулентного перемешивания и выпадения росы с понижением температуры воздуха происходит перераспределение водяного пара между различными стоя ми атмосферы и подстилающей поверхностью.

Для образования тумана необходимо, чтобы воздух охладился ниже точки росы настолько, чтобы сконденсировалось достаточное количество капель.

При одной и той же величине этого дополнительного охлаждения

Количество сконденсировавшегося водяного пара зависит от температуры воздуха.

Чем выше температура, тем больше масса сконденсировавшейся влаги. Поэтому водность радиационных туманов, образующихся при положительной температуре, больше, чем водность туманов, образующаяся при температуре отрицательной. Из этого вовсе не следует, что зимой видимость в них больше чем летом. Установлено, что и зимой и летом радиационные туманы имеют примерно одинаковую интенсивность.

При низких температурах воздуха размеры кристалликов льда, образующего зимний туман, значительно меньше размеров соответствующих капель тумана, образующегося при положительной температуре.

Адвективные туманы образуются в теплой (и влажной) воздушной массе, перемещающейся на более холодную подстилающую поверхность. Они являются результатом ее неадиабатического охлаждения. При взаимодействии теплого воздуха с более холодной подстилающей поверхностью возникает теплообмен, приводящий к термической трансформации воздушной массы. В ее нижнем слое образуется инверсия температуры и усиливается устойчивость стратификации.

Чем дольше идет теплообмен, чем больше перепад температуры воздуха относительно подстилающей поверхности, тем больше мощность инверсии.

Понижение температуры воздуха в нижнем слое атмосферы вызывает конденсацию в нем водяного пара, начинающуюся непосредственно от земной поверхности. Верхняя граница слоя тумана практически совпадает с верхней границей слоя инверсии.

Адвективные туманы образуются, как правило, зимой - в воздушных массах, перемещающихся с океана на сушу, либо морские льды, а летом -наоборот- с суши на океан.

Условиями, благоприятствующими возникновению адвективного тумана, являются:

-высокая относительная влажность воздуха, до вступления на более холодную подстилающую поверхность;

-большая разность температур между подстилающей поверхностью и надвигающейся на нее воздушной массой;

-средние скорости ветра 2-7 м с;

-увеличение или постоянство удельной влажности воздуха с высотой;

-умеренно устойчивая стратификация и сравнительно слабый вертикальный обмен.

При скорости ветра более 7м с возникает слишком сильное вертикальное перемешивание, которое препятствует образованию тумана Тем не менее, иногда адвективный туман все же наблюдается и при скоростях ветра до 15 м/с.

При слабом ветре (скорость менее 2м/с) воздушная масса перемещается и охлаждается слишком медленно. Значительную часть излишков влаги она успевает сбросить на земную поверхностъ в виде росы или инея.

Вертикальный обмен, как уже отмечались выше, способствует выравниванию количества водяного пара по вертикали. Если в приземном слое удельная влажность воздуха увеличивается с высотой, то благодаря вертикальному обмену влага будет переноситься из воздушной массы к земной поверхности.

При очень устойчивой стратификации вертикальный обмен (турбулентный теплообмен) прекращается. Молекулярный же теплообмен происходит крайне медленно - охлаждение от земной поверхности в воздушную массу практически не распространяется. В рассматриваемом случае туман охлаждения образуется в очень тонком слое вблизи земной поверхности, а иногда его и вовсе нет - просто выпадает роса.

Наибольшее охлаждение воздуха при образовании адвективного тумана наблюдается в непосредственной близости от поверхности земли. Именно здесь начинается образование этого тумана, здесь же водность его максимальна, а видимость минимальна.

Мощность слоя адвективного тумана изменяется от десятков метров до 2 километров. Адвективные туманы наблюдаются в любое время суток. Ночью они усиливаются в связи с дополнительным радиационным охлаждением воздуха в приземном слое.

Чаще всего в умеренных широтах адвективные туманы возникают поздней осенью в прибрежных районах суши. К этому времени поверхность суши уже достаточно охлаждена, тогда как море еще сохраняет тепла и приходящий с моря воздух теплый и влажный.

Если для радиационных туманов наиболее благоприятные условия создаются в центральных частях антициклонов и вдоль осей барических гребней, то для адвективных туманов наиболее благоприятны теплые сектора циклонов и прилегающие к ним периферии антициклонов.

Туманы охлаждения, образующиеся зимой над сушей при вторжении на нее теплых и влажных воздушных масс с океана, порождаются как адвективными, так и радиационными механизмами (поэтому их принято назьвать адвективно-радиационными). Они наиболее интенсивны и занимают огромные площади.

Такие туманы наиболее опасны для авиации. Частным случаем адвективных туманов являются туманы береговые, возникающие зимой над сушей при ветре с моря.

Адвективные туманы образуются также над морем, при смещении на его более холодные районы воздушных масс, сформировавшихся над более теплыми водами. Чем больше горизонтальный градиент температуры поверхности океана по траектории движения воздушной массы, тем больше вероятность образования над водой адвективного тумана. Именно этим вызваны частые и интенсивные адвективные туманы у островов Ньюфаундленд, Медвежий и др.

Летом образование адвективных туманов может быть связано с перемещением очень теплого воздуха с суши на относительно холодную поверхность моря. Так возникают эти летние туманы на акваториях Баренцева и Карского морей.

На побережьях Охотского и Японского морей летом наблюдается вынос морского адвективного тумана ночью на 2-3 км в глубь материка. Они типичны для Владивостока, Магадана, Южно-Сахалинска.

Возникающий над морем адвективный туман способен перемещаться на значительные расстояния от места своего возникновения. Поэтому при его прогнозе учитывают:

-траектории движения имеющихся областей тумана;

-адвективные изменения температуры и точки росы в приземном слое;

-возможность снижения облаков.

Исчезновению (рассеянию) адвективных туманов благоприятствуют:

-исчезновение теплого сектора циклона в процессе его окклюдирования;

-прекращение адвекции тепла в связи с изменением направления ветра, или при достижении воздушной массой температуры равновесия;

-понижение точки росы (вследствие конденсации и сублимации водяного пара, особенно существенной на снежном покрове);

-увеличение в пограничном слое атмосферы вертикального градиента температуры воздуха при одновременном понижении с высотой удельной влажности воздуха;

-усиление ветра и вызванного им вертикального перемешивания, возникновение осадков, способствующих рассеянию тумана;

Еще одна разновидность туманов охлаждения - т.н. орографические туманы (или туманы горных склонов). Из долины такой туман выглядит как облако, окутавшее склон горы.

В образовании орографических туманов большое значение имеет адиабатические охлаждение влажного воздуха, поднимающегося по слону горы. Другим фактором охлаждения этого воздуха может быть его теплообмен с поверхностью склона (он особо существенен, если эта поверхность- ледник). Стратификация воздуха, поднимающегося по склону, должна быть устойчивой, иначе вместо тумана разовьются кучевые облака (вертикапьный обмен препятствует образованию туманов).