3. Связь облачных структур с типом погоды.
Кучевообразные облака интенсивно развиваются при неустойчивой стратификации атмосферы, т. е. когда вертикальные градиенты температуры в ней до уровня конденсации выше сухоадиабатических, а над уровнем конденсации – выше влажноадиабатических. Особенно интенсивно развиваются кучевообразные облака в холодных воздушных массах над теплой морской поверхностью как летом, так и зимой. В тропических широтах кучевообразные конвективные облака являются преобладающими. Более подробно турбулентные движения и ветер в грозовом облаке представлены на рис.1.
Слоистообразная облачность наиболее типична для теплого атмосферного фронта. Самая мощная часть этой облачной системы располагается вблизи линии фронта (т. е. вблизи линии пересечения фронтальной поверхности с подстилающей поверхностью) и представляет собой слоисто-дождевые облака в несколько километров толщиной. По мере удаления от линии фронта облака переходят в менее мощные высокослоистые и перисто-слоистые облака. Летом осадки из высокослоистых облаков не достигают земной поверхности. Слоисто-дождевые облака дают обложные и моросящие осадки полосой, ширина которой 200–300 км и более.
Появление на западной и южной частях горизонта вытянутых (сходящихся в перспективе) полос перистых (особенно когтевидных) облаков часто может служить признаком приближения теплого фронта с последующей более или менее мощной облачностью и осадками.
В слоях высотных инверсий и по обеим сторонам от них нередко возникают воздушные волны длиной 50–2000 м, обусловленные разрывом скорости ветра и плотности воздуха. Вследствие этого облачный слой может расчленяться на отдельные валы, характерные для внешнего вида слоисто-кучевых или высококучевых облаков.
Рис. 1. Ветер и турбулентные движения грозового облака
Кроме свободных волн, в атмосфере могут возникать и вынужденные стоячие волны над горами, через которые перетекает воздух. На гребнях таких стоячих волн могут возникать облака, называемые облаками препятствий. Нередки такие облака с подветренных сторон гористых островов, например Гренландии, Исландии, Кергелена и др.
Таким образом, вид и форма облаков находятся в зависимости от характера преобладающих процессов в атмосфере, от сезона года и времени суток. Вот почему наблюдениям за развитием облачности над морем уделяется большое внимание при плавании.
4. Атмосферные осадки
Продукты конденсации или сублимации водяного пара, выпадающие из облаков или осаждающиеся из воздуха на земной поверхности или на предметах, называются атмосферными осадками. Из облаков выпадают лишь частицы, достигшие критического радиуса (размера), т. е. те капельки или кристаллы, которые не могут удерживаться в атмосфере во взвешенном состоянии. Укрупнение продуктов конденсации (сублимации) в облаках носит название коагуляции. Коагуляция в гетерофазной среде происходит на ядра конденсации (сублимации). Особенно активны частицы, имеющие гигроскопическую структуру и большие размеры. Воздушными течениями эти частицы переносятся на большие расстояния. Развитие турбулентности в облаках с ее нисходящими и восходящими потоками способствует интенсивному росту капелек и кристаллов, особенно таких, которые совершают неоднократные перемещения из основания облака к его вершине и обратно. Доказано, что наиболее интенсивные осадки из мощных кучево-дождевых облаков в виде ливня и града образуются вследствие именно таких многократных перемещений.
Классификация осадков. По виду атмосферные осадки делятся на жидкие, твердые и наземные.
К жидким осадкам относятся:
дождь – осадки в виде капель различного размера диаметром 0,5–7 мм;
морось – мелкие капельки диаметром 0,05–0,5 мм, находящиеся как бы во взвешенном состоянии.
К твердым осадкам относятся:
снег – кристаллы льда, образующие различного рода снежинки (пластинки, иглы, звезды, столбики) размером 4–5 мм. Иногда снежинки объединены в хлопья снега, размеры которых могут достигать 5 см и более;
снежная крупа – осадки в виде непрозрачных сферических крупинок белого или матово-белого (молочного) цвета диаметром от 2 до 5 мм;
ледяная крупа – твердые прозрачные с поверхности частицы, имеющие в центре непрозрачное матовое ядро. Диаметр крупинок от 2 до 5 мм;
град– более или менее крупные кусочки льда (градины), имеющие сферическую или неправильную форму и сложную внутреннюю структуру. Диаметр градин колеблется в очень широких пределах: от 5 мм до 5–8 см. Известны случаи, когда выпадали градины весом 500 г и более.
Если осадки не выпадают из облаков, а осаждаются из атмосферного воздуха на поверхности земли или на предметах, то такие осадки называются наземными. К ним относятся:
роса – мельчайшие капли воды, конденсирующиеся на горизонтальных поверхностях предметов (палубе, шлюпочных тентах и пр.) за счет радиационного выхолаживания их в ясные безоблачные ночи. Небольшой ветер (0,5–10 м/с) способствует образованию росы. Если температура горизонтальных поверхностей ниже нуля, то водяной пар в аналогичных условиях сублимируется на них и образуется иней – тонкий слой ледяных кристаллов;
жидкий налет– мельчайшие капли воды или сплошная водяная пленка, образующиеся в пасмурную и ветреную погоду на наветренных преимущественно вертикальных поверхностях холодных предметов (стенки надстроек, защитные устройства лебедок, кранов и пр.).
гололед – это ледяная корка, образующаяся при условии, если температура указанных поверхностей ниже 0 °С. Кроме того на поверхностях судна может образовываться твердый налет – слой густо или плотно сидящих на поверхности кристаллов или тонкий сплошной слой гладкого прозрачного льда.
В туманную морозную погоду при слабом ветре на оснастке судна, выступах, карнизах, проводах и пр. может образовываться зернистая или кристаллическая изморозь. В отличие от инея изморозь не образуется на горизонтальных поверхностях. Рыхлое строение изморози отличает ее от твердого налета. Зернистая изморозь образуется при температуре воздуха от –2 до – 7 °С вследствие намерзания на предмет переохлажденных капель тумана, а кристаллическая изморозь, представляющая собой белый осадок из кристаллов тонкой структуры, образуется ночью при безоблачном небе или тонких облаках из частиц тумана или дымки при температуре от –11 до –2 °С и выше.
По характеру выпадения атмосферные осадки делятся на ливневые, обложные и моросящие.
Ливневые осадки выпадают из кучево-дождевых (грозовых) облаков. Летом это крупнокапельный дождь (иногда с градом), а зимой – обильный снегопад с частой сменой форм снежинок, снежной или ледяной крупы. Обложные осадки выпадают из слоисто-дождевых (летом) и высокослоистых (зимой) облаков. Они характеризуются небольшими колебаниями интенсивности и большой длительностью выпадения.
Моросящие осадки выпадают из слоистых и слоисто-кучевых облаков в виде мелких капель диаметром не более 0,5 мм, опускающихся с очень малыми скоростями.
По интенсивности осадки подразделяются на сильные, умеренные и слабые.