1.5 Метеорологическая дальность видимости

Отдаленные предметы видны хуже, чем близкие, не только потому, что уменьшаются их видимые размеры. Даже и очень большие предметы на том или ином расстоянии от наблюдателя становятся плохо различимыми вследствие мутности атмосферы, сквозь которую они видны. Эта мутность обусловлена рассеянием света в атмосфере. Понятно, что она увеличивается при возрастании аэрозольных примесей в воздухе.

Метеорологическая дальность видимости является одной из характеристик прозрачности атмосферы, и ее следует отличать от реальной дальности видимости различных объектов, которая зависит не только от прозрачности атмосферы, но и от цвета объектов, их размеров, удаленности от пункта наблюдений, освещенности и фона.

Метеорологической дальностью видимости называется то наибольшее расстояние, с которого в светлое время суток можно обнаружить на фоне неба вблизи горизонта (или на фоне воздушной дымки) абсолютно четкое тело достаточно больших угловых размеров (больше 15 угловых минут). Дальность видимости чаще всего определяется на глаз по определенным, заранее выбранным объектам (темным на фоне неба), расстояние до которых известно. Но имеется и ряд фотометрических приборов для определения видимости.

В очень чистом воздухе, например арктического происхождения, дальность видимости может достигать сотен километров. Рассеяние света в таком воздухе производится преимущественно молекулами атмосферных газов. В воздухе, содержащем много пыли или продуктов конденсации, дальность видимости может понижаться до нескольких километров и даже до метров.

11

2 Атмосферные явления

Как уже было сказано, атмосферные явления – это осадки (дождь, снег, морось, град), роса, иней, гололед, туман, мгла, дымка, пыльная буря, гроза, смерч и т.д.

2.1 Осадки, выпадающие из облаков

Рис. 2.1- Образование осадков вид с космоса

Дождь

Дождь — атмосферные осадки, выпадающие из облаков в виде капель жидкости диаметром от 0,5 до 6-7 мм. Жидкие осадки с меньшим диаметром капель называются моросью. Капли с диаметром больше 6—7 мм разбиваются в процессе падения из облаков на меньшие капли, поэтому даже при сильнейшем ливне диаметр капель не превысит 6-7 мм. Интенсивность дождя колеблется от 0,25 мм/ч (моросящий дождь) до 100 мм/ч (сильнейший ливень). Механизм образования. Дождь выпадает, как правило, из смешанных облаков (преимущественно слоисто-дождевых и высокослоистых), содержащих при температурах ниже 0 °C переохлаждённые капли и ледяные кристаллы. Упругость насыщения водяного пара над каплями больше, чем над ледяными кристаллами при той же температуре; поэтому облако, даже не насыщенное водяным паром по отношению к каплям воды, будет пересыщено по отношению к кристаллам. Это приводит к росту кристаллов при одновременном испарении капель. Укрупняясь и утяжеляясь, кристаллы выпадают из облака, примораживая к себе при этом переохлаждённые капли. Входя в нижнюю часть облака или под него в слои с температурой 0 °C они тают, превращаясь в дождевые капли. Меньшая роль в образовании дождя принадлежит слиянию облачных капель между собой.

12

Дождь при солнце, не закрытом облаками, называется слепой дождь (иногда — грибной). Если солнце освещает летящие дождевые капли, то при определенных условиях можно наблюдать радугу. Долгое отсутствие дождя приводит к засухе. Во многих культурах выполняется специальный обряд вызова дождя, исполняемый во время засухи.

Условия образования. Дождь как явление может присутствовать на планетах только при определённых температурных условиях в их атмосферах. Планеты Земля и Титан (спутник Сатурна) обладают такими условиями. Суть их сводится к тому, что температурные условия в нижних слоях атмосфер указанных планет могут поддерживать в двух, или в трёх агрегатных состояниях какое-либо вещество. На Земле это вода, нижние слои её атмосферы позволяют пребывать воде во всех трёх агрегатных состояниях. На Титане температурные условия способствуют выпадению метановых дождей, т.к. метан в таких условиях может быть и жидкостью и газом.

Виды дождей:

• Грибной дождь;

• Градный дождь (дождь с градом);

• Грозовой дождь (дождь с грозой);

• Затяжной (обложной) дождь;

• Косой дождь;

• Купальный (окатный) дождь;

• Ливень (проливной дождь);

• Моросящий дождь (изморось);

• Полосовой дождь (идущий полосами);

• Ситный дождь;

• Слепой дождь;

• Снежный дождь (дождь со снегом);

• Спорый дождь.

Обложной дождь - осадки, выпадающие из слоисто-дождевых облаков. Для него характерны постепенное начало и конец, выпадение непрерывное или с короткими перерывами, но без резких колебаний интенсивности, облака при этом в большинстве случаев покрывают все небо сплошным однородным покровом. Иногда слабый и короткий обложной дождь может выпадать и из высокослоистых, слоисто-кучевых и других облаков.

Ливневый дождь - дождь, отличающийся внезапностью начала и конца выпадения, резким изменением интенсивности. Название "ливневый дождь" определяет характер выпадения дождя, а не количество выпавших осадков,

13

которое может быть и незначительным. Вид неба при ливневом дожде; облака преимущественно кучево-дождевые, иногда иссиня-свинцового цвета, имеют место временные прояснения. Ливневый дождь часто сопровождается грозой.

Морось Морось - осадки, выпадающие в виде очень мелких капелек. Капельки настолько мелки, что падение их почти незаметно для глаза; они взвешены в воздухе и участвуют даже в слабом его движении. Морось не следует смешивать со слабым дождем, капли которого хотя и очень малы, но падение их можно наблюдать: капли же мороси медленно оседают и падение их незаметно. При мороси кругов на воде не наблюдается. Морось обычно выпадает из слоистых облаков или тумана.

Снег

Снег — форма атмосферных осадков, состоящая из мелких кристаллов льда. Относится к обложным осадкам, выпадающим на земную поверхность. Снег образуется, когда микроскопические капли воды в облаках притягиваются к пылевым частицам и замерзают. Появляющиеся при этом кристаллы льда, не превышающие поначалу 0,1 мм в диаметре, падают вниз и растут в результате конденсации на них влаги из воздуха. При этом образуются шестиконечные кристаллические формы. Из-за структуры молекул воды между лучами кристалла возможны углы лишь в 60° и 120°. Основной кристалл воды имеет в плоскости форму правильного шестиугольника. На вершинах такого шестиугольника затем осаждаются новые кристаллы, на них — новые, и так получаются разнообразные формы звёздочек-снежинок. При высокой термике кристаллы неоднократно вертикально передвигаются в атмосфере, частично тая и кристаллизуясь заново. Из-за этого нарушается регулярность кристаллов и образуются смешанные формы. Кристаллизация всех шести лучей происходит в одно и то же время, в практически идентичных условиях, и поэтому особенности формы лучей снежинки получаются столь же идентичны.

Снег как погодное явление.

Снег является одним из непременных атрибутов зимы. Несмотря на то, что возможны низкие зимние температуры и при отсутствии снега, одно из основных условий климатической зимы — наличие устойчивого (постоянного) снежного покрова. Вместе с тем, в некоторых особо тёплых регионах планеты (например, на Аравийском полуострове) такое погодное явление, как снег, отсутствует или наблюдается только один раз в несколько десятилетий. Обложной снег - осадки, выпадающие из слоисто-дождевых облаков непрерывно или с короткими перерывами. Облака при этом в большинстве случаев покрывают все небо сплошным однородным покровом. Обложной снег может выпадать также из облаков высокослоистых, слоисто-кучевых, слоистых.

14

Ливневый снег - снег, отличающийся внезапностью начала и конца выпадения, резкими колебаниями интенсивности и кратковременностью наиболее сильного его выпадения. Вид неба при ливневом снеге: серые или темно-серые кучево-дождевые облака, чередующиеся с кратковременными прояснениями. В полярных морях нередко наблюдаются частые, очень короткие, но сильные снегопады, которые называются снежными зарядами.

Мокрый снег - осадки, выпадающие в виде тающего снега или снега с дождем.

Снежная крупа - осадки, выпадающие в виде непрозрачных снежных крупинок белого или матово-белого цвета шарообразной формы диаметром от 2 до 5 мм. Крупинки иногда имеют форму конуса с основанием в виде сегмента. Они мелкие, хрупкие и легко раздавливаются пальцами. Снежная крупа выпадает главным образом при температуре около 0° С, часто перед снегом или одновременно с ним. Весной и осенью снежная крупа часто выпадает из кучево-дождевых облаков короткими ливнями при шквалах в холодных воздушных массах.

Снежные зерна - осадки в виде палочек или крупинок, похожих на снежную крупу, но гораздо мельче ее, матово-белого цвета. Диаметр крупинок не превышает 1 мм. Снежные зерна выпадают обычно в небольшом количестве и большей частью из слоистых облаков.

Ледяная крупа - осадки, выпадающие в виде небольших ледяных прозрачных крупинок, в центре которых имеется небольшое белое непрозрачное ядро. Диаметр крупинок не превышает 3 мм. Крупинки тверды, и чтобы раздавить их, требуется небольшое усилие. При температуре воздуха выше 0° С их поверхность бывает влажной. Ледяная крупа обычно выпадает из кучево-дождевых облаков, часто вместе с дождем, наблюдается главным образом веской и осенью.

Снежинки

Белый цвет происходит от заключённого в снежинке воздуха. Свет всех возможных частот отражается на граничных поверхностях между кристаллами и воздухом и рассеивается. Снежинки состоят на 95 % из воздуха, что обуславливает низкую плотность и сравнительно медленную скорость падения (0,9 км/ч). Самая крупная снежинка была засвидетельствована 28 января 1887 года во время снегопада в Форт-Кео, Монтана, США; она имела диаметр в 15 дюймов (около 38 см), опубликовано в Monthly Weather Review, 1915. Обычно же снежинки имеют около 5 мм в диаметре при массе 0,004 г.

Разнообразие снежинок.

Существует такое многообразие снежинок, что обычно считается, что не бывает двух одинаковых снежинок. Например, Кеннет Либрехт — автор самой большой и разнообразной коллекции снежинок — говорит: «Все снежинки

15

разные, и их группировка (классификация) — это во многом вопрос личных предпочтений». Простые снежинки, например, призмы, образующиеся при низкой влажности, могут выглядеть одинаково, хотя на молекулярном уровне они отличаются. Сложные звёздчатые снежинки обладают уникальной, отличимой на глаз геометрической формой. И вариантов таких форм, по мнению физика Джона Нельсона из Университета Рицумэйкан в Киото, больше, чем атомов в наблюдаемой Вселенной.

Рис. 2.1 – Снежинки

16

В 1951 году Международная комиссия по снегу и льду приняла довольно простую и получившую широкое распространение классификацию твёрдых осадков. Согласно этой системе, существует семь основных видов кристаллов: пластинки, звёздчатые кристаллы, столбцы (или колонны), иглы, пространственные дендриты, столбцы с наконечником и неправильные формы. К ним добавились ещё три вида обледеневших осадков: мелкая снежная крупка, ледяная крупка и град.

В 2001 году свои исследования в области снега начал профессор физики, астроном Кеннет Либбрехт из Калифорнийского технологического института. В лаборатории профессора Либбрехта снежинки выращиваются искусственно.

Град

Град — вид ливневых осадков.

Град является частицами льда шарообразной или неправильной формы (градин) размером от миллиметра до нескольких сантиметров. Встречаются градины размером 130 мм и массой около 1 кг. Градины состоят из ряда слоёв прозрачного льда толщиной не менее 1 мм, чередующихся с полупрозрачными слоями. В метеорологии град отличают от снежной крупы — ледяных непрозрачных крупинок белого цвета, размером от 2 до 5 мм, хрупких и легко размельчающихся. Также известны такие атмосферные осадки, как ледяной дождь, который не стоит путать с градом.

Град выпадает обычно в тёплое время года из мощных кучево-дождевых облаков, сильно развитых вверх, обычно при ливнях и грозах. Слой выпавшего града иногда составляет несколько сантиметров. Продолжительность выпадения от нескольких минут до получаса, чаще всего 5-10 мин и очень редко — около 1 ч. Зародыши градин образуются в переохлаждённом облаке за счёт случайного замерзания отдельных капель. В дальнейшем такие зародыши могут вырасти до значительных размеров благодаря намерзанию сталкивающихся с ними переохлаждённых капель. Крупные градины могут появиться только при наличии в облаках сильных восходящих потоков, способных длительное время удерживать градины от выпадения на землю. Град наносит большой ущерб сельскому хозяйству, уничтожая посевы и виноградники. Борьба с градом основана на введении в облако специального реагента (обычно йодистого свинца или йодистого серебра), способствующего замораживанию переохлаждённых капель. Реагент вводится с помощью ракет или снарядов в переохлаждённую часть облака. В результате появляется огромное количество искусственных центров кристаллизации, на которых начинается рост ледяных кристаллов, и переохлаждённая вода в облаках, служащая основным сырьём для роста градин, перераспределяется на значительно большее их число. Поэтому градины получаются меньших

17

размеров и успевают полностью или в значительной степени растаять в тёплых слоях воздуха ещё до выпадения на землю.

Ледяной дождь - осадки, представляющие собой мелкие, твердые, совершенно прозрачные ледяные шарики диаметром от,1 до 3 мм, образующиеся из дождевых капель при их замерзании в нижних слоях атмосферы. Отличаются от ледяной крупы отсутствием непрозрачного белого ядра.