33. Конденсация в атмосфере, облака, микроструктура и водность облаков, генетические типы облаков.!

Конденсация – переход воды из газообразного состояния в жидкое. Конденсация начинается, если воздух достигает насыщения, а это чаще всего происходит в атмосфере при понижении температуры. Водяной пар с понижением температуры до точки росы достигает состояния насыщения. При дальнейшем понижении

Температуры избыток ВП сверх того, что нужно для насыщения, переходит в жидкое состояние. Охлаждение воздуха чаще всего происходит адиабатически, вследствие его расширения без отдачи тепла в окружающую среду такое расширение происходит преимущественно при подъеме воздуха.

Механизмы подъема воздуха различны. Например, подъем больших количеств воздуха происходит на атмосферных фронтах, в результате чего возникают облачные системы. Подъем воздуха происходит так же в гребнях атмосферных волн, вследствие чего так же могут возникать облака, на тех высотах где существует волновое движение. В зависимости от механизма подъема воздуха образуются и различные формы облаков.

При формировании туманов главной причиной охлаждения воздуха является отдача тепла из воздуха земной поверхности.

В атмосферных условия происходит не только конденсация, но и сублимация – образование кристаллов, переход водяного пара в твердое состояние. Этот процесс происходит при очень низких температурах -40°С.

Образование капель при конденсации в атмосфере всегда происходит на так называемых ядрах конденсации. Ядро конденсации вследствие своей гигроскопичности (способности поглощать влагу) увеличивает устойчивость образовавшегося зародыша капли. Важнейшими ядрами конденсации являются частички растворимых гигроскопический солей, особенно морской соли, которые содержатся в атмосфере в виде аэрозолей. Они попадают в атмосферу в результате разбрызгивания при волнениях. Конденсация также происходит на гигросокпических твердых частичках, являющихся продуктами сгорания или органического распада (в промышленных районах). По размеру различают 1) наиболее мелкие ядра конденсации – ядра Айткена, в конденсации в атмосфере не участвуют; 2) облачные ядра конденсации; 3) гигантские ядра, очень немногочисленные, о важные для образования крупных капель в облаках. Ядра конденсации сами не оседают, а переносятся воздушными течениями на большие расстояния.

В атмосфере в результате конденсации возникают скопления продуктов конденсации – облака.

Облака переносятся воздушными течениями. Если относительная влажность в воздухе, содержащем облака, убывает, то облака испаряются. Отдельные облака существуют очень короткое время.

По фазовому состоянию облака делятся на три класса.

Водяные (капельные) облака, состоящие только из капель. Могут существовать при положительных и отрицательных температурах.

Смешанные облака – состоят из смеси переохлажденных капель и ледяных кристаллов. При температурах -10°С — -40°С

Ледяные (кристаллические) облака – состоят только из ледяных кристаллов. При температурах ниже -30°С

Массу капель воды и кристаллов льда в единичном объеме облачного воздуха называют водностью облаков. Содержащиеся в единице объема облачного воздуха капли и кристаллы так малы, что несмотря

на их значительное количество, масса воды в жидком виде в облаках невелика. Водность облаков оказывается ещё меньше чем абсолютная влажность воздуха.

По происхождению облака делятся на две большие группы: внутримассовые и фронтальные.

Конвективные внутримассовые облака имеют размер 10-15 (50) км. Высоту уровня конденсации при конвекции можно рассчитать по формуле:

,

где t₀ – фактическая температура у поверхности Земли, ₀ – точка росы.

Волнообразные внутримассовые облака образуются на гребнях гравитационных волн непосредственно над уровнем конденсации слоя. Волнообразные облака являются показателем устойчивости атмосферы.

Орографические волновые внутримассовые облака образуются на волнах, вызванных огибанием воздушными потоками орографических препятствий.

Существует три основных вида фронтальных облаков: один из них приурочен к теплому фронту, два других – соответственно к холодному фронту 1-го рода (идет не очень быстро) и к холодному фронту 2-го рода (двигается очень быстро). В теплом фронте теплый воздух, поднимаясь по клину холодного воздуха образует сначала облака верхнего яруса, потом среднего, потом нижнего. В результате по всей длине фронта образуется сплошная пелена. Поэтому перистые облака, которые видно далеко за фронтом являются свидетельством приближения теплого фронта (через 12 часов).

В холодном фронте 1-го рода при наступлении тяжелого холодного воздуха более легкий теплый поднимается вверх, образуя облака разных типов, в частности кучево-дождевые, поэтому прохождение холодного фронта связано с грозой. Ливневые осадки часто бывают и во время прохождения холодного фронта 2-го рода.