W postaci deszczu lub śniegu. Rodzaje opadów
Dziś wie o tym każdy uczeń, ale nadal warto odświeżyć swoją wiedzę. Para wodna jest niewidocznym, ale zawsze obecnym składnikiem powietrza otaczającego Ziemię. We wszystkich zbiornikach wodnych na Ziemi, od oceanów i mórz po małe stawy, stale zachodzi proces parowania wody. Zmienia się z cieczy w parę gazową. Im cieplejsza woda, tym szybciej odparowuje, a im większa powierzchnia zbiornika, tym więcej wody zamienia się w parę. Ludzie nie widzą tego parowania, para wodna staje się widoczna tam, gdzie się ochładza, gdzie następuje kondensacja, czyli na dużych wysokościach. Kondensacja to proces przekształcania niewidzialnej pary w widoczną ciecz. Energia słoneczna odgrywa w tym kluczową rolę. Unosi parę wysoko w niebo i zamienia się w chmury. Wiatr z kolei przenosi go na duże odległości, rozprowadzając niezbędną wilgoć po całej ziemi.
Mechanizm powstawania deszczu
Jak powstają krople deszczu? Gdy tylko chmura zostanie całkowicie nasycona i nie może przyjąć wilgoci, rozpoczyna się w jej wnętrzu proces opadania najmniejszych kropelek. Opadając, wiążą się z innymi kropelkami, które tworzą jeszcze większe kropelki, w wyniku czego można zaobserwować powstawanie deszczu.
Podczas ulewy tworzą się duże kropelki, które mogą osiągnąć średnicę 7 mm. Kropla lekkiego deszczu mniejsza niż pół milimetra. Podczas lekkiego deszczu krople praktycznie nie rozdzielają się na osobne i wszystko staje się mokre. Deszcz to tak naprawdę chmura, która sama się zrzuca. Obserwuje się to, gdy krople lub kryształy, z których jest utworzony, stają się zbyt ciężkie i spadają w kierunku Ziemi. Meteorolodzy identyfikują kilka metod zamiany kropelek w deszcz. Sposób powstawania deszczu zależy od tego, czy chmury, przez które przechodzą krople, są ciepłe czy zimne. Ciepłe chmury składają się z drobnych cząstek wody. Spadające krople często zamieniają się w parę, gdy lecą na ziemię. A niektóre są tak duże, że spadają na ziemię w postaci deszczu. Mała kropelka przechodzi przez chmurę, jednocześnie zderza się z innymi kropelkami i po połączeniu tworzą dużą kroplę. Taka kropla, schodząc w dół, zbiera inne krople. Powietrze opływające kropelkę z dużą prędkością przyciąga maleńkie kropelki, zwiększając jej wagę. Czasami staje się tak ciężka, że spada z wysokości do kałuży.
Skąd się biorą płatki śniegu?
Deszcz, śnieg - wszystkie te zjawiska są badane przez meteorologów i prognostów pogody, aby je przewidzieć i w porę ostrzec ludność o złej pogodzie. W zimnych chmurach kropelki tworzą się w postaci kryształków lodu. Zimne chmury tworzą się wysoko na niebie i są przenoszone do obszarów, gdzie temperatury są zawsze powyżej zera (0°C). Takie chmury są mieszaniną kropelek wody i kryształków lodu. Kiedy woda odparowuje z kropelek cieczy, przylega do kryształów, zamarzając i zamieniając się w ciało stałe. Gdy kryształy rosną i nabierają wilgoci, zamieniają się w płatki śniegu i spadają przez chmurę. Ale jeśli na zewnątrz nie jest zbyt zimno, płatki śniegu nie utrzymują się długo. Opadają w warstwy ciepłego powietrza i zaczynają się topić, zamieniając się z powrotem w krople deszczu. Jak pojawiają się płatki śniegu? Jeśli chmura zawiera strefy o różnej temperaturze i wilgotności, zamienia się w maszynę do śniegu. Wilgotne, ciepłe powietrze, które niesie ze sobą kropelki wody, przechodzi do suchych, zimnych obszarów chmury. Z powodu niskiej temperatury kropelki zamarzają i tworzą rdzeń przyszłego płatka śniegu. Cząsteczki ciepłej wody gromadzą się wokół rdzenia w określonej kolejności, zamieniając się w kryształ śniegu. Każdy płatek śniegu składa się z 2-200 pojedynczych kryształów. Kryształy tworzą się w zimnych chmurach wysoko nad ziemią, gdzie temperatura może spaść do -40°C, a para wodna zamarza, tworząc lód. Kryształ śniegu opuszcza chmurę i spada na ziemię. Kiedy pada śnieg, wydaje się on krystalicznie czysty, ale w rzeczywistości większość płatków śniegu tworzy się wokół drobnych cząstek pyłu unoszonych przez wiatr w niebo. Para wodna może krystalizować nawet wokół małych cząstek dymu. Jeśli spojrzysz na to przez potężne mikroskopy, zobaczysz te cząsteczki ukryte w płatkach śniegu. Trzy czwarte płatków śniegu wyrosło wokół drobnych, niewidocznych kawałków gliny lub ziemi.
Kształt płatków śniegu
Prawdopodobnie każda osoba miała okazję podziwiać misterny kształt płatków śniegu, gdy płynnie spadając z nieba, osiadały na rękawiczce lub płaszczu. Każdy płatek śniegu ma inny kształt i swoją specjalną strukturę. Podstawowy kształt kryształu śniegu zależy od temperatury, w której utworzył się płatek śniegu. Im wyższa chmura, tym zimniej. Z wysokich temperatur, w których temperatura spada poniżej -35 o C, tworzą się pryzmaty sześciokątne, gdy temperatura chmur mieści się w przedziale -3-0 o C, tworzą się płatki śniegu w postaci płytek. W temperaturze -5-3 o C tworzą się płatki śniegu w kształcie igieł, a od -8-5 o C w postaci kolumn. W temperaturze -12-8 o C ponownie tworzą się płytki. Jeśli temperatura spadnie poniżej, płatki śniegu przybierają kształt gwiazd. W miarę jak płatki śniegu stają się większe, stają się cięższe i spadają na ziemię, zmieniając swój kształt. Jeśli płatki śniegu opadną podczas obracania się, ich kształt będzie idealnie symetryczny; jeśli opadną, kołysząc się na boki, ich kształt stanie się nieregularny.
Jeśli powietrze pod chmurą śnieżną jest cieplejsze niż 0 o C, płatki śniegu mogą się stopić podczas opadania, zamieniając się w krople deszczu. To wyjaśnia, w jaki sposób powstają deszcz i śnieg zamieniający się w deszcz. Ale jeśli powietrze jest wystarczająco zimne, płatki śniegu spadną na ziemię, przykrywając ją białym kocem. Po dotarciu na ziemię kryształki śniegu stopniowo tracą swoje subtelne wzory, ulegając kompresji pod wpływem innych płatków śniegu.
Kiedy spada mróz?
Mróz odnosi się do stałych opadów atmosferycznych, które spadają w postaci cienkiej warstwy kryształków lodu. Pojawia się na ziemi i przedmiotach, gdy gleba zamarza, jest spokojny wiatr i czyste niebo. W temperaturach poniżej zera wytrąca się w postaci sześciokątnych kryształów, w niższych - w postaci płytek, poniżej -15°C szronowe kryształy przyjmują postać tępych igieł. Szron tworzy się na wszelkich obiektach, których powierzchnia jest zimniejsza od powietrza: na trawie, ziemi, dachach, szkle.
Kwaśny deszcz
(deszcz, śnieg) o dużej zawartości kwasów reprezentują Jak powstają? Źródłami kwaśnych deszczy mogą być zarówno procesy naturalne (aktywność wulkaniczna, rozkład pozostałości roślinnych), jak i emisje przemysłowe, przede wszystkim dwutlenek siarki (SO 2) i tlenki azotu (NO, NO 2, N 2 O 3), podczas spalania różnego rodzaju paliw paliwo. Łącząc się z wilgocią zawartą w atmosferze, tworzą kwasy siarkowy i azotowy. Jeśli substancje kwaśne, rozpuszczone w powietrzu, przedostaną się do atmosfery nasyconej wilgocią, wówczas kwasy opadną na ziemię. Jeśli woda wraz z kwasami spadnie na roślinność i ziemię, szkodzi florze i faunie ziemi.
Kolorowe deszcze
Czasami ludzie mogą zaobserwować zjawiska takie jak kolorowy deszcz. Kolorowy deszcz jest rzadkością, ale faktycznie można go pokolorować. Jak powstaje deszcz o różnych kolorach? Na przykład czerwony deszcz zaobserwowano w kwietniu 1970 roku w Salonikach w Grecji. Silny wiatr nad Saharą uniósł wiele cząstek czerwonej gliny wysoko w niebo, a następnie przeniósł je do chmur na niebie nad Grecją. Strumień deszczu zmywał glinę z chmur, ale kolor deszczu przez jakiś czas był czerwony. W 1959 roku w Massachusetts spadł żółto-zielony deszcz. Winowajcą okazał się wiosenny pyłek roślin, wysoko wzniesiony. A w marcu 1972 roku we francuskich Alpach spadł błękitny śnieg: ten śnieg został zabarwiony minerałami sprowadzonymi z Sahary.
Zazwyczaj przez zasoby naturalne rozumie się wyłącznie minerały wydobywane z głębin Ziemi. Jednak w ostatnich latach naukowcy zaczęli zwracać dużą uwagę na „bogactwo atmosfery”, czyli deszcz i śnieg. Coraz częściej doniesienia o niedoborach wody napływają z różnych części świata. Zjawisko to jest szczególnie powszechne w regionach suchych i półsuchych. Niestety, nie ogranicza się to tylko do tych miejsc. Ze względu na wzrost liczby ludności na świecie nawadnianie jest coraz szerzej stosowane w rolnictwie, a przemysł rozwija się, rozprzestrzeniając się na cały świat. A to z roku na rok zwiększa zapotrzebowanie na świeżą wodę. W wielu obszarach brak taniej wody jest najważniejszym czynnikiem ograniczającym wzrost gospodarczy.
Obecnie istnieją tylko dwa główne źródła słodkiej wody: 1) woda zgromadzona w jeziorach i warstwach podziemnych, 2) woda w atmosferze w postaci deszczu i śniegu.
Ostatnio poczyniono ogromne wysiłki w celu opracowania sposobów odsalania wody w oceanach. Uzyskana w ten sposób woda jest jednak nadal zbyt droga, aby można ją było wykorzystać do celów rolniczych i przemysłowych.
Wody jezior mają ogromne znaczenie dla pobliskich osad. Jeśli jednak jeziora znajdują się kilkaset kilometrów od obszarów zaludnionych, ich znaczenie zostaje niemal całkowicie utracone, ponieważ układanie rur, instalowanie i eksploatacja pomp powoduje, że koszt dostarczanej wody jest zbyt wysoki. Zaskakujące może być to, że w okresach przedłużających się upałów i niewielkich opadów niektóre przedmieścia Chicago doświadczają poważnych niedoborów wody, mimo że temperatura powietrza wynosi mniej niż 80 km z jednego z największych zbiorników słodkiej wody – jeziora Michigan.
Na niektórych obszarach, takich jak południowa Arizona, duża część wody wykorzystywanej do nawadniania i użytku miejskiego pochodzi z podziemnych warstw wodonośnych. Niestety warstwy wodonośne są ładowane w bardzo niewielkim stopniu przez infiltrującą wodę deszczową. Woda, którą obecnie wydobywa się spod ziemi, ma bardzo starożytne pochodzenie: pozostawała tam od czasów zlodowacenia. Ilość takiej wody, zwanej wodą reliktową, jest ograniczona. Naturalnie przy intensywnym wydobywaniu wody za pomocą pomp jej poziom cały czas spada. Nie ulega wątpliwości, że całkowita ilość wód podziemnych jest dość duża. Jednak im większa głębokość, z której wydobywana jest woda, tym jest ona droższa. Dlatego w przypadku niektórych obszarów należy szukać innych, bardziej opłacalnych źródeł świeżej wody.
Jednym z takich źródeł jest atmosfera. W wyniku parowania z mórz i oceanów w atmosferze znajduje się duża ilość wilgoci. Jak często się mówi, atmosfera to ocean z wodą o małej gęstości. Jeśli weźmiemy słup powietrza rozciągający się od powierzchni ziemi na wysokość 10 km, i skondensować całą zawartą w nim parę wodną, wówczas grubość powstałej warstwy wody będzie wynosić od kilku dziesiątych centymetra do 5 cm. Najmniejsza warstwa wody daje zimne i suche powietrze, największa - ciepłe i wilgotne. Na przykład w południowej Arizonie w lipcu i sierpniu grubość warstwy wody zawartej w kolumnie atmosferycznej wynosi średnio ponad 2,5 cm. Na pierwszy rzut oka ta ilość wody wydaje się niewielka. Jeśli jednak wziąć pod uwagę całkowitą powierzchnię zajmowaną przez stan Arizona, otrzymasz liczbę bardzo imponującą. Należy również zauważyć, że zapasy tej wody są praktycznie niewyczerpane, ponieważ w wietrznych porach powietrze w Arizonie jest stale nasycone wilgocią.
Naturalnie pojawia się istotne pytanie: ile pary wodnej może spaść w postaci deszczu lub śniegu na danym obszarze? Meteorolodzy formułują to pytanie nieco inaczej. Pytają, jak wydajne są procesy wywoływania deszczu na danym obszarze. Innymi słowy, jaki procent wody znajdującej się nad daną powierzchnią w postaci pary faktycznie dotrze do ziemi? Efektywność procesów powstawania opadów jest różna w różnych częściach globu.
W zimnych i wilgotnych obszarach, takich jak Półwysep Alaska, wydajność jest bliska 100%. Z drugiej strony na obszarach suchych, takich jak Arizona, wydajność w letniej porze deszczowej wynosi tylko około 5%. Gdyby wydajność można było zwiększyć nawet o bardzo małą wartość, powiedzmy do 6%, opady wzrosłyby o 20%. Niestety, nie wiemy jeszcze, jak to osiągnąć. Tym zadaniem jest problem przekształcenia przyrody, który naukowcy na całym świecie próbują rozwiązać od wielu lat. Próby aktywnej interwencji stymulującej procesy powstawania opadów rozpoczęły się już w 1946 r., kiedy Langmuir i Schaefer wykazali, że możliwe jest sztuczne wywołanie opadów z niektórych typów chmur poprzez zaszczepienie ich jądrami suchego lodu. Od tego czasu poczyniono pewne postępy w metodach oddziaływania na chmury. Jednak nie ma jeszcze wystarczających dowodów, aby wierzyć, że ilość opadów z dowolnego systemu chmur można sztucznie zwiększyć.
Głównym powodem, dla którego meteorolodzy nie są obecnie w stanie zmienić pogody, jest niedostateczna wiedza na temat procesów powstawania opadów. Niestety, nadal nie zawsze znamy charakter powstawania opadów w różnych przypadkach.
LETNIE DESZCZE I BURZE
Nie tak dawno temu meteorolodzy uważali, że wszystkie opady powstają w postaci cząstek stałych. Kiedy kryształki lodu lub płatki śniegu dostaną się do ciepłego powietrza w pobliżu powierzchni ziemi, topią się i zamieniają w krople deszczu. Idea ta opierała się na fundamentalnym dziele Bergerona, opublikowanym przez niego na początku lat 30. XX wieku. W tej chwili mamy pewność, że opisany przez Bergerona proces powstawania opadów zachodzi w większości przypadków, ale nie jest to jedyny możliwy.
Jednakże możliwy jest również inny proces, znany jako koagulacja. W tym procesie krople deszczu rosną, zderzając się i łącząc z mniejszymi cząsteczkami chmur. Aby deszcz utworzył się w wyniku koagulacji, obecność kryształków lodu nie jest już konieczna. Wręcz przeciwnie, w tym przypadku powinny występować duże cząstki, które spadają szybciej niż inne i powodują wiele zderzeń.
Radar odegrał ważną rolę w potwierdzeniu faktu, że proces koagulacji w chmurach rozwoju konwekcyjnego przebiega bardzo sprawnie. Chmury konwekcyjne przypominające kalafior czasami przekształcają się w burze. Wykorzystując radary z antenami skanującymi pionowo, można obserwować proces rozwoju takich chmur i notować, na jakich wysokościach pojawiają się pierwsze cząstki opadów.
Badanie wzrostu obszaru dużych cząstek w górę i w dół można przeprowadzić jedynie poprzez ciągłą obserwację tej samej chmury. Metodą tą uzyskano szereg obserwacji, z których jedną pokazano na ryc. 20. Seria składa się z 11 różnych obserwacji radarowych, ilustrowanych fotogramami w odstępach od 10 do 80 sekund.
Jak widać z pokazanego rysunku. Po 20 seriach obserwacji pierwotne echo radiowe rozprzestrzeniło się na wysokość około 3000 metrów M, gdzie temperatura wynosiła 10°C. Następnie echo radiowe szybko nabrało tempa zarówno w górę, jak i w dół. Jednak nawet gdy osiągnął maksymalny rozmiar, jego szczyt nie przekroczył 6000 M, gdzie temperatura wynosiła około 0°C. Oczywiście nie ma powodu sądzić, że deszcz w tej chmurze mógł powstać z kryształków lodu, ponieważ strefa opadów powstała w obszarze dodatnich temperatur.
Wiele podobnych obserwacji radarowych przeprowadzono w różnych obszarach USA, Australii i Anglii. Takie obserwacje sugerują, że proces koagulacji odgrywa główną rolę w powstawaniu opadów burzowych. Powstaje pytanie, dlaczego tego istotnego faktu nie ustalono przed zastosowaniem radaru. Jeden z Główną przyczyną wyjaśniającą tę okoliczność jest to, że nie można określić, gdzie i kiedy w chmurze pojawią się pierwsze cząstki opadów. Należy zauważyć, że gdy spadnie deszcz, szczyt chmury może sięgać wysokości kilku tysięcy metrów, docierając do obszaru o temperaturze -15°C i niższej, gdzie występuje wiele kryształków lodu. Okoliczność ta doprowadziła wcześniej do błędnego wniosku, że kryształki lodu są źródłem opadów.
Obecnie niestety nie znamy jeszcze względnej roli obu mechanizmów powstawania opadów. Bardziej szczegółowe badanie tego zagadnienia pomoże meteorologom skuteczniej opracowywać metody sztucznego oddziaływania na chmury.
NIEKTÓRE WŁAŚCIWOŚCI CHMUR KONWEKTYWNYCH
Obserwacje radarowe umożliwiły bardziej szczegółowe badanie chmur konwekcyjnych. Korzystając z różnych typów radarów, badacze odkryli, że w niektórych przypadkach pojedyncze „wieże” echa radiowego wznoszą się na bardzo duże wysokości. Na przykład w niektórych przypadkach chmury o średnicy 2-3 km, trwa do 12-13 km.
Silne burze zwykle rozwijają się etapami. Początkowo jedna z wież echa radiowego rośnie, osiągając wysokość około 8000 M, następnie maleje. Kilka minut później obok tej wieży zaczyna się ciągnąć w górę kolejna, która osiąga większą wysokość - około 12 km. Stopniowy wzrost echa radiowego trwa, aż chmura burzowa dotrze do stratosfery.
Zatem każdą wieżę echa radiowego można traktować jako oddzielną cegłę w budynku ogólnym lub jako pojedynczą komórkę całego systemu - chmurę burzową. Istnienie takich komórek w chmurze burzowej postulowali swego czasu Byers i Braham na podstawie wyników analizy dużej liczby obserwacji meteorologicznych przeprowadzonych na temat różnych cech burz. Byers i Braham zasugerowali, że chmura burzowa składa się z jednej lub większej liczby takich komórek, których cykl życia jest bardzo krótki. W tym samym czasie grupa angielskich badaczy pod przewodnictwem Scorera i Ludlama przedstawiła swoją teorię powstawania burz. Wierzyli, że w każdej chmurze burzowej znajdują się duże bąbelki powietrza unoszące się z ziemi do górnych warstw. Pomimo różnic w teoriach powstawania burz, obie teorie nadal zakładają, że rozwój chmury burzowej następuje etapami.
Badania wykazały, że średnie tempo wzrostu wież echa radiowego w chmurach konwekcyjnych waha się od 5 do 10 m/sek, a w przypadku niektórych typów chmur burzowych mogą być od dwóch do trzech razy większe. Wiadomo, że w tym przypadku samolot wlatujący w takie chmury doświadcza znacznych wstrząsów i przeciążeń pod wpływem silnych prądów wstępujących i intensywnych turbulencji.
Każdy, kto przeczekał burzę, wie, że może ona trwać godzinę lub dłużej. Jednocześnie żywotność pojedynczej wieży lub ogniwa jest bardzo krótka: jak pokazują obserwacje radarowe, około 23 minut. Oczywiście w dużej chmurze burzowej może znajdować się wiele komórek rozwijających się sekwencyjnie, jedna po drugiej. W tym przypadku od momentu pojawienia się deszczu do jego ustania może upłynąć znacznie więcej czasu niż 23 minuty. Podczas burzy, która może trwać kilka godzin, intensywność opadów nie pozostaje stała. Wręcz przeciwnie, albo osiąga maksimum, albo maleje, aż deszcz prawie całkowicie zniknie. Każdy taki wzrost intensywności deszczu odpowiada rozwojowi kolejnej komórki lub wieży. Nietrudno to sprawdzić samemu, obserwując z zegarkiem w dłoni naprzemienność maksimów i minimów intensywności ulewnego deszczu.
OPady ZIMOWE
W ciepłym sezonie znaczna część opadów to opady atmosferyczne i chmury burzowe. Pojedyncze chmury rozciągające się na duże wysokości powodują opady w postaci lokalnych opadów. Proces koagulacji odgrywa ważną rolę w powstawaniu opadów z takich chmur. Z reguły poszczególne chmury mają małe pola przekroju poprzecznego, rozwijają się w nich potężne prądy wstępujące i zstępujące, a czas ich istnienia nie przekracza godziny.
Większość opadów przypada na. w porze zimnej wytwarzają chmury innego typu. Zamiast lokalnych chmur zimą pojawiają się systemy chmur rozprzestrzeniające się na ogromnym obszarze, istniejące nie godzinami, ale dniami. Takie układy chmur powstają w wyniku bardzo powolnego pionowego ruchu powietrza (z prędkością mniejszą niż 1 m/s, w niektórych przypadkach nawet 10 cm/sek.).
Chmury, z których spada większość opadów, nazywane są nimbostratus. O ich kształcie decydują powolne, ale długotrwałe ruchy powietrza w górę w cyklonach, które powstają na średnich szerokościach geograficznych i poruszają się wraz z prądami zachodnimi. Opady deszczu z takich systemów chmur nazywane są zwykle opadami ulewnymi. Mają bardziej jednolitą strukturę niż deszcz z chmur konwekcyjnych. Jednakże obserwując takie systemy za pomocą radaru, obszary o większym natężeniu opadów znajdują się w obszarach, w których można oczekiwać równomiernego rozkładu opadów. Takie obszary obserwuje się tam, gdzie prędkości przepływów wznoszących znacznie przekraczają wartości średnie.
Na ryc. Ryc. 21 przedstawia fotogram typowego obrazu radarowego opadów zimowych. Fotogram uzyskano na Uniwersytecie McGill (Kanada) za pomocą radaru ze stałą anteną pionową. Ta metoda obserwacji zapewniła przekrój całego systemu chmur, który przeszedł nad stacją. Powyższy fotogram uzyskano poprzez naświetlanie kliszy poruszającej się powoli przed wszechstronnym ekranem wskaźnikowym, na którym w miejscach, w których zanotowano echo radiowe, widoczna była jedynie pionowa linia skanowania o różnej jasności. Zatem wynikowy wzór echa radiowego na fotogramie można uznać za sumę chwilowych wzorów składających się z wielu blisko rozmieszczonych pionowych linii.
Na fotogramie widać to na wysokości ponad 2500 metrów M obserwuje się ukośne serpentyny, zamieniające się w pionowe i regularnie rozmieszczone jasne komórki. Zespół naukowców z McGill University pod kierownictwem Marshalla zasugerował, że jasne komórki reprezentują obszary, w których tworzą się kryształki lodu, a nachylone wstęgi reprezentują pasma opadających opadów.
Jeśli prędkość wiatru nie zmienia się wraz z wysokością, to prędkość opadania cząstek opadów również jest stała. W tym przypadku nie jest trudno wyprowadzić prostą zależność opisującą trajektorię spadających cząstek. Aby obliczyć szybkość opadania cząstek, Marshall zastosował obserwacyjną metodę rejestracji wzoru echa radiowego na wolno poruszającej się kliszy. Po przeanalizowaniu jednego z wyraźniej zarejestrowanych przypadków i ustaleniu, że średnia prędkość opadania cząstek wynosiła około 1,3 m/sek, Marshall zasugerował, że cząstki były konglomeratami kryształków lodu.
Badając jasną linię echa radiowego (na fotogramie jest to pasek na wysokości około 2000 M) staje się oczywiste, że zarodkowane cząstki osadu, przynajmniej w większości, są stałe. Jasne pasmo pojawia się nieco poniżej poziomu topnienia, w pobliżu izotermy 0°C. Zjawisko jasnego pasma echa radiowego na fotogramach opadów zimowych zostało odnotowane przez wielu badaczy i ostatnio szczegółowo zbadane.
Pierwszym, który dał zadowalające wyjaśnienie tego zjawiska, był Ride. Jego hipoteza, opracowana w 1946 r., nadal uważana jest za słuszną; Później inni badacze dokonali pewnych wyjaśnień.
Ride jako pierwszy wykazał, że gdy rozmiar odbijających cząstek jest znacznie mniejszy niż długość fali, ich współczynnik odbicia w stanie ciekłym jest około pięciokrotnie większy niż w stanie stałym. Gwałtowny wzrost natężenia echa radiowego poniżej poziomu izotermy zerowej następuje w wyniku szybkiego topnienia spadających cząstek stałych. Po stopieniu cząsteczki szybko zamieniają się w kuliste kropelki wody, które spadają szybciej niż płatki śniegu. Wzrost szybkości opadania cząstek poniżej izotermy 0°C i związany z tym spadek ich liczby na jednostkę objętości powietrza, a w konsekwencji wewnątrz objętości oświetlonej wiązką radaru, prowadzą do spadku natężenia sygnału radiowego echo poniżej topniejącej warstwy. Na ryc. 21 widać, że paski echa radiowego znajdujące się poniżej jasnej linii są nieco bardziej strome niż paski echa radiowego znajdujące się nad nią. Większa stromość pasm opadania w obszarze poniżej poziomu topnienia wskazuje, że cząstki opadają tutaj szybciej.
Na podstawie analizy takich obserwacji można stwierdzić, że deszcz padający z niektórych form chmur zimowych występuje przy bardzo niskich temperaturach. Nawet w całkowicie izolowanych chmurach tworzą się kryształki lodu, które mogą rosnąć i zwiększać swój rozmiar, aż do wypadnięcia. Kiedy się zderzają, kryształy łączą się w płatki śniegu, które poruszają się po trajektorii wyznaczonej przez prędkość opadania i wiatr. Wnikając w dolne warstwy, płatki śniegu mogą przedostawać się do chmur składających się z małych przechłodzonych kropel i dalej rosnąć w wyniku zderzeń z nimi. Same takie chmury nie są w stanie zostać wykryte przez większość nowoczesnych radarów ze względu na mały rozmiar kropelek. Gdy tylko cząstki stałe przekroczą poziom zerowej izotermy, szybko topią się i zwiększają prędkość swojego opadania. Kiedy takie cząstki dostają się do niższych chmur, nadal rosną w wyniku zderzeń i połączeń z kroplami chmur. Jeśli temperatura na powierzchni ziemi spadnie poniżej 0°C, cząsteczki opadów pozostaną w postaci płatków śniegu.
Jednak nie wszystkie szeroko rozpowszechnione systemy chmurowe wykazują wyraźne strumienie powyżej zamarzania, takie jak te pokazane na ryc. 22. W niektórych przypadkach chmury tworzą jedynie wyraźne i jasne pasma echa radiowego, powyżej których nie ma zauważalnych odbić. Ten wzór prawdopodobnie występuje, ponieważ kryształki lodu powyżej jasnego pasma są zbyt małe, aby wytworzyć wykrywalne echo radiowe. Kiedy takie kryształy wchodzą w obszar topnienia, ich współczynnik odbicia wzrasta zarówno w wyniku zmiany stanu fazowego, jak i dalszego wzrostu ich wielkości w wyniku łączenia się z mniejszymi kropelkami.
Obserwacje radarowe doprowadziły do szeregu ważnych wniosków. Ustalono, że deszcz spadający z większości zimowych chmur i docierający do powierzchni ziemi tworzy się na dużych wysokościach w postaci kryształków lodu. Z drugiej strony opady atmosferyczne z chmur konwekcyjnych często występują przy braku kryształków lodu.
Kiedy naukowcom uda się ustalić rolę fazy stałej i procesu koagulacji w powstawaniu opadów z tego typu chmur, pojawi się realna szansa na aktywne oddziaływanie na nie w celu sztucznego wywołania opadów. Nie ma wątpliwości, że prędzej czy później człowiek nauczy się kontrolować chmury. Meteorolodzy na całym świecie łączą siły, aby przyspieszyć to zadanie. Ucząc się kontrolować proces sedymentacji, będą mogli przyczynić się do rozwiązania problemu światowych zasobów wodnych. Można mieć nadzieję, że gdy pojawi się możliwość sztucznego regulowania opadów, znajdą się sposoby na ich efektywniejsze wykorzystanie.
W przyrodzie występuje wiele zjawisk fizycznych i geograficznych, które można wytłumaczyć różnymi przyczynami. Do takich zjawisk zaliczają się opisane poniżej procesy naturalne. Wszystkie są powiązane z ciągłym parowaniem wody z powierzchni mórz, jezior, rzek, oceanów i innych zbiorników wodnych. Więcej o tym, jak powstaje rosa, szron, deszcz i śnieg, dowiesz się czytając ten artykuł.
Informacje ogólne: czynniki wpływające na pogodę
W różnych miejscach na Ziemi wilgotność powietrza nie jest taka sama ze względu na różnice klimatyczne i rozkład wewnętrznych objętości wody. Na przykład nad powierzchnią mórz równikowych wilgotność jest najwyższa, a nad suchymi pustyniami bardzo niska. Choć zawartość pary wodnej w powietrzu jest niewielka (nawet nie jest widoczna), to właśnie ona determinuje warunki pogodowe.
Zanim dowiemy się, jak powstaje deszcz, warto zauważyć, że oprócz parowania ważną rolę odgrywa jeszcze inny proces – kondensacja. Występuje w przyrodzie na różne sposoby: poprzez tworzenie się rosy lub szronu, deszczu lub śniegu.
Śnieg, podobnie jak deszcz, jest efektem końcowym poniżej opisanego łańcucha procesów naturalnych. Aby zrozumieć, co dzieje się w przyrodzie podczas takich zjawisk, należy przede wszystkim zwrócić się do praw fizycznych.
Rosa
Jak powstaje rosa, szron i deszcz? Ich występowanie jest procesem wzajemnie powiązanym. Najpierw dowiedzmy się, jak powstaje rosa. Można go zobaczyć dopiero wczesnym rankiem. Skąd to pochodzi?
W upalny letni dzień woda paruje z powierzchni zbiorników wodnych, rzek, jezior, a nawet roślin. Kiedy temperatura spada (w nocy), może osiągnąć wartości, przy których następuje nasycenie pary wodnej. To jest punkt rosy. W tym momencie para nasycona skrapla się i osadza na glebie oraz na liściach roślin. Rosę można zobaczyć dopiero wczesnym rankiem, następnie ponownie odparowuje pod wpływem światła słonecznego.
Pochodzenie mrozu
Proces powstawania szronu jest podobny do tworzenia się rosy, z jedną różnicą. Mróz występuje tylko w zimnych porach roku (późna jesień i zima).
Szron to nierówna i bardzo cienka warstwa kryształków lodu powstająca podczas sublimacji pary wodnej z powietrza na trawie, glebie i innych obiektach gruntowych w temperaturach ujemnych (niższych niż temperatura powietrza).
Ponadto w zależności od temperatury kryształy przybierają różne kształty: przy łagodnych mrozach kryształy mają zwykle postać sześciokątnych pryzmatów, przy umiarkowanych mrozach - w postaci płytek, a przy silnych mrozach - w postaci tępo zakończonych igły. Najkorzystniejszymi warunkami do zajścia tego procesu są ciche, spokojne noce oraz szorstkie powierzchnie o niskiej przewodności temperaturowej. Silny wiatr jest przeszkodą w tworzeniu się szronu, a słaby wiatr wręcz przeciwnie, przyczynia się do jego powstawania, gdyż zwiększa kontakt rosnących mas wilgotnego powietrza z zimną powierzchnią.
Często w fikcji i wśród ludzi krystaliczny szron nazywany jest mrozem. Aby się nie pomylić, musimy pamiętać, że szron zwykle nie tworzy się na nitkowatych powierzchniach.
Podobnie jak rosę, można ją zaobserwować tylko rano, ponieważ noc jest zwykle znacznie chłodniejsza niż dzień.
Opady atmosferyczne mają niemałe znaczenie w przyrodzie (w obiegu wody) oraz w życiu wielu zwierząt i roślin. Tworzą się w następujący sposób. Woda paruje w ogromnych ilościach z powierzchni licznych naturalnych zbiorników i unosi się kilka tysięcy metrów w górę, gdzie temperatura jest niższa. Tam para skrapla się i przekształca w maleńkie kropelki, które następnie chaotycznie unoszą się w atmosferze. Ogromne ilości takich kropel to chmury, które pod wpływem mas powietrza przenoszone są na niewiarygodnie duże odległości (do kilku tysięcy kilometrów).
Zderzając się ze sobą podczas tak długiego ruchu, zamieniają się w większe krople, które następnie opadają na ziemię w postaci deszczu. Teraz rozumiemy, jak powstaje deszcz.
Śnieg występuje w ten sam sposób, ale tylko w zimnych porach roku, kiedy na wysokości panuje temperatura (mniejsza od zera), w której para się skrapla. W rezultacie nie powstają krople wody, ale kryształki lodu.
O intensywności opadów
Sposób powstawania deszczu jest jasny i zrozumiały. Teraz o kroplach. Krople deszczu o tym samym kształcie mogą zmieniać swój rozmiar od 0,5 milimetra do 6 milimetrów. Lecą z dużej wysokości, rozbijając się o ziemię na liczne drobne kropelki.
Jeśli nie odpowiadają one powyższym parametrom, wówczas krople są mżawką.
W dużej mierze intensywność opadów zależy od regionów, ponieważ w cieplejszym klimacie powierzchnia ziemi nagrzewa się silniej i szybciej, co przyczynia się do pojawienia się silniejszego przepływu pary wodnej, która następnie unosi się do atmosfery.
Wniosek
Najciekawszym procesem we wszystkich opisanych zjawiskach jest powstawanie deszczu. Zaskakujące jest, że pod wpływem prądów powietrza te małe krople przenoszone są na znaczne odległości, pokonując tysiące kilometrów. Okazuje się, że początek tego ciągłego łańcucha i jego koniec mogą znajdować się w dość dużych odległościach od siebie.
Powstawanie szronu i rosy, a także śniegu i deszczu to ciekawe zjawiska geograficzne i fizyczne, które można wyjaśnić inaczej z każdego punktu widzenia.
Najważniejsze jest to, że wszelkie opady odgrywają ważną rolę w niekończącym się obiegu wody i życiu wszystkich żywych istot istniejących na planecie.
Wzory i rodzaje opadów są ściśle powiązane z kształtem i strukturą chmur. Ze względu na charakter opadów dzielimy je na ulewne, intensywne i mżawe.
Bardzo intensywny, ale krótkotrwały. Nagłość początku i końca straty jest dla nich bardzo charakterystyczna. Obserwowane na małym obszarze. Opadają z chmur Cumulonimbus w postaci dużych kropli lub dużych płatków śniegu. Opady deszczu mogą również występować w postaci deszczu ze śniegiem, gradu, śniegu lub grudek lodu.
Opady pokrywające są umiarkowane i trwają od kilku godzin do kilku dni. Zwykle opadają z chmur nimbostratus, czasami z chmur altostratus, stratocumulus, stratus i innych przed przejściem frontu ciepłego lub ciepłego frontu okluzyjnego; chwytają duże przestrzenie wzdłuż frontu, o szerokości do 400 km i więcej.
Mżawka- są to albo opady atmosferyczne w postaci bardzo małych kropelek, prawie niewidocznych dla oka (mżawka), albo bardzo małych płatków śniegu; zwykle spadają z gęstych chmur warstwowych lub mgły.
Deszcz i śnieg
Jeśli podczas pochmurnej pogody z opadami atmosferycznymi od czasu do czasu spadnie deszcz lub śnieg, który jest dość intensywny, jest to oznaką poprawy pogody.
Osłabienie deszczu lub śniegu wieczorem zwiastuje poprawę pogody.
Ulewny deszcz lub śnieg w nocy lub wcześnie rano, przy słabym wietrze lub ciszy, najczęściej zwiastuje słoneczny dzień (przejaśnienie następuje zwykle około południa).
Intensywny deszcz lub śnieg o poranku przy silnym lub burzliwym wietrze jest oznaką złej pogody na cały dzień.
Jeśli deszcz lub śnieg przestanie padać po południu lub wieczorem i nie oczyści nieba, należy spodziewać się kolejnych opadów deszczu lub śniegu następnego dnia.
Ciepły deszcz najczęściej spada, gdy ciśnienie atmosferyczne spada, a zimny deszcz najczęściej spada, gdy ciśnienie atmosferyczne wzrasta.
Najcięższe opady śniegu i gwałtowne zamiecie występują zwykle przy temperaturach bliskich 0°. Im silniejszy mróz, tym mniej prawdopodobne są opady śniegu i zamiecie.
Jeśli pada deszcz przed wiatrem, musimy poczekać, aż wiatr się wzmoże.
Opady słońca oznaczają, że jutro znów będzie padać.
Najczęściej grad pada przez krótki czas i na ograniczonym obszarze, zwykle w postaci wąskiego pasa lub dwóch równoległych pasów. Grad obserwuje się tylko przy dodatnich temperaturach z chmur Cumulonimbus.
Gradobicie prawie zawsze wiąże się z przejściem frontu zimnego lub frontu okluzyjnego typu zimnego i towarzyszą mu burze, ulewy i szkwały, które występują głównie na półkuli północnej i południowej, po zachodniej stronie horyzontu.
Rosa i mróz
W bezwietrzną lub bezwietrzną noc, w wyniku utraty ciepła przez promieniowanie, powierzchnia ziemi i przylegająca do niej warstwa powietrza ulegają znacznemu ochłodzeniu. Gdy temperatura podłoża i temperatura powierzchniowej warstwy powietrza spadną poniżej punktu rosy, nastąpi kondensacja pary wodnej, jeśli punkt rosy będzie powyżej 0°, lub sublimacja, jeśli punkt rosy będzie poniżej 0°. W pierwszym przypadku na powierzchni ziemi i przedmiotach, w tym na górnym pokładzie statków tworzą się kropelki wody – rosa, w drugim – kryształki lodu – szron.
Pojawianiu się rosy i szronu sprzyja bezchmurna, spokojna pogoda, długie noce oraz wysoka wilgotność bezwzględna i względna powietrza.
Obfita rosa lub szron, który tworzy się po zachodzie słońca i znika dopiero po wschodzie słońca, jest oznaką pogody antycyklonicznej. Co więcej, jeśli po wschodzie słońca wiatr będzie spokojny lub słaby, to można spodziewać się, że pogoda antycykloniczna utrzyma się 12 godzin lub dłużej, natomiast jeśli wystąpi wiatr umiarkowany, to pogoda ta ustanie na 6 godzin i dłużej.
Rosa lub szron, który tworzy się po zachodzie słońca i znika przed wschodem słońca, jest oznaką przejścia w pogodę cyklonową, często w ciągu najbliższych 12 godzin.
Gęsta wieczorna rosa (lub mróz) jest oznaką dobrej pogody, ale jeśli tworzy się podczas mgły, oznacza to zbliżającą się zmianę pogody na cykloniczną.
Cicha, czysta noc bez rosy i szronu jest oznaką przejścia w pogodę cyklonową z opadami w ciągu najbliższych 6 - 12 godzin.
Płynna i stała płytka nazębna
Tworzenie się ciekłych lub stałych osadów na obiektach pionowych, obserwowane najczęściej w zimnych porach roku, jest oznaką rozprzestrzeniania się na ten obszar ciepłej, stabilnej masy powietrza; długotrwałe zachmurzenie z niskimi chmurami warstwowymi, mgłą, mżawką i słabymi opadami można spodziewać się wiatru.
Tworzenie się osadów płynnych w ciepłym sezonie, co nie zdarza się często, jest oznaką intensywnych opadów deszczu, czasem burz.
Mgły
Mgła to kondensacja pary wodnej w przyziemnej warstwie powietrza, w której widoczność pozioma obiektów spada poniżej 0,6 kbt. Cienka mgła, w której widzialność pozioma wynosi od 0,6 kbt do 6 mil, nazywana jest zamgleniem.
Zgodnie z warunkami powstawania mgły dzielą się na trzy typy: radiacyjne, powstałe w wyniku nocnego ochłodzenia powierzchni ziemi, adwekcyjne, powstające, gdy ciepła masa powietrza przemieszcza się na zimną powierzchnię; mgły parujące, które tworzą się nad powierzchnią ciepłej wody w zimnych porach roku.
Mgły radiacyjne występują w pasie przybrzeżnym morza oraz na brzegu w miejscach nizinnych i wilgotnych, rozprzestrzeniając się niczym biała zasłona; Po wschodzie słońca takie mgły zanikają.
Mgły adwekcji i parowania różnią się od mgły radiacyjne długim czasem trwania i ogromnym zasięgiem rozprzestrzeniania się nad oceanami i morzami, obserwuje się je zarówno na obszarach przybrzeżnych, jak i otwartych.
Mgły radiacyjne mają największe znaczenie w przewidywaniu nadchodzącej pogody.
- Mgła radiacyjna przyziemna (niska mgła - do 2 m), powstająca po zachodzie słońca i zanikająca dopiero po wschodzie słońca, jest oznaką, że pogoda antycykloniczna z ciszą i słabymi wiatrami utrzyma się przez 12 godzin lub dłużej.
- Mgła radiacyjna przyziemna, która tworzy się po zachodzie słońca i rozprasza przed wschodem słońca, jest oznaką przejścia w pogodę cyklonową w ciągu najbliższych 6 do 12 godzin.
- Ciągła mgła radiacyjna (mgła, podczas której nie widać nieba), powstająca po zachodzie słońca podczas spokojnych lub słabych wiatrów i rozpraszająca rano lub przed południem, jest oznaką, że pogoda antycykloniczna utrzyma się 12 godzin lub dłużej.
- Ciągła mgła, która tworzy się o każdej porze dnia przy umiarkowanym wietrze na morzu, często pojawiając się w postaci poruszającej się z wiatrem ściany, jest oznaką, że taka pogoda utrzyma się przez 6 godzin lub dłużej.
- Często w nocy doliny wypełniają się grubą warstwą gęstej mgły, która wznosi się rano, zamienia się w niskie chmury warstwowe i stopniowo zanika. Czasem rano z chmur spada mżawka. Taka mgła jest oznaką, że spokojna pogoda antycykloniczna utrzyma się przez dzień lub dłużej.
Cześć drodzy przyjaciele! W tym artykule chcę opowiedzieć o tym, jak powstają różne osady, jaki to proces i gdzie powstaje.
Każdy z nas widział w swoim życiu różne opady, ale najprawdopodobniej nigdy nie zastanawialiśmy się, skąd one powstają, jakie są rodzaje opadów i jakie procesy za to odpowiadają, jak określić, jaka będzie pogoda jutro ... Rozważmy opady i ich rodzaje.
Opad atmosferyczny- jest to zawarta w nim wilgoć, która opada na Ziemię w różnych postaciach: śniegu, deszczu, gradu itp. Opady mierzy się grubością opadłej kuli wody w milimetrach. Na kulę ziemską przypada średnio około 1000 mm opadów rocznie, podczas gdy na dużych szerokościach geograficznych i na pustyniach spada ich mniej niż 250 mm rocznie.
Maleńkie kropelki pary wodnej w chmurze poruszają się w górę i w dół, zamiast wisieć. Kiedy opadną, łączą się z innymi kropelkami wody, ale ich ciężar nie pozwoli im przebić się przez unoszące się powietrze, które je stworzyło. Proces ten nazywany jest „koalescencją” (fuzją). Omówmy z Tobą główne rodzaje opadów.
Według teorii szwedzkiego meteorologa Bergerona, wysuniętej w latach trzydziestych XX wieku, śnieg i deszcz powstają w wyniku przechłodzonych kropelek wody, które tworzą kryształki lodu w chmurach. W zależności od tego, czy kryształy te stopią się jesienią, czy nie, opadną na Ziemię w postaci deszczu lub śniegu.
W miarę jak kryształy poruszają się w górę i w dół w chmurach, rosną na nich nowe warstwy formy gradu. Proces ten nazywany jest „akrecją” (wzrostem).
Kiedy para wodna o temperaturze od -4°C do -15°C skrapla się w chmurze, kryształki lodu sklejają się i tworzą płatki śniegu, w ten sposób tworzą się śniegi.
Kształt i wielkość płatków śniegu zależy od temperatury powietrza i siły wiatru, na który spadają. Na powierzchni płatki śniegu tworzą pokrywę śnieżną, która odbija ponad połowę energii promieni słonecznych, a najczystszy i najsuchszy śnieg odbija aż do 90% promieni słonecznych.
To chłodzi obszary pokryte śniegiem. Pokrywa śnieżna jest w stanie wypromieniowywać energię cieplną, dlatego nawet niewielkie ciepło, jakie wytworzy, szybko przedostaje się do atmosfery.
Woda powstająca w wyniku kondensacji pary wodnej to deszcz. Spada z chmur i dociera do powierzchni Ziemi w postaci płynnych kropelek. Deszcze ciężkie, lekkie i umiarkowane (burzowe) rozróżnia się w zależności od ilości opadów, które spadły w określonym przedziale czasu.
Intensywność lekkiego deszczu waha się od bardzo małej do 2,5 mm/h; deszcz umiarkowany – od 2,8 do 8 mm/h, a przy opadach ulewnych powyżej 8 mm/h lub więcej niż 0,8 mm w ciągu 6 minut. Kiedy na dużym obszarze występuje ciągłe zachmurzenie, występują ciągłe, ciągłe deszcze, zwykle słabe i składające się z małych kropelek.
Na mniejszych obszarach opady są zwykle bardziej intensywne i składają się z większych kropelek. Opady atmosferyczne w postaci bardzo małych kropelek, które bardzo powoli opadają z mgły lub chmur, to mżawka.
Wyróżnia się również inne opady: marznący deszcz, granulki lodu, ziarna śniegu, granulki śniegu itp. Ale nie będę o tym pisać, ponieważ z napisanego powyżej przykładu podstawowych opadów można teraz jasno zrozumieć wszystkie te znaczenia. Wszystkie te opady mają następujące konsekwencje: lód, zamarznięte drzewa... a są one do siebie bardzo podobne.
Zachmurzenie.
Jej można określić na oko. Różni się w oktach w 8-punktowej skali. Przykładowo 0 okt – niebo bezchmurne, 4 okt – połowa nieba zakryta chmurami, 8 okt – całkowite zachmurzenie. Pogodę można określić bez prognoz pogody.
Ma charakter lokalny: gdzieś pada deszcz, a kilka kilometrów dalej jest pogodnie. Czasami może nie są to kilometry, ale metry (po jednej stronie ulicy jest jasno, ale po drugiej pada deszcz), sam wielokrotnie byłem świadkiem takiego deszczu.
Wielu rybaków i mieszkańców wsi, a także osób starszych, dzięki badaniu chmur jest w stanie znacznie lepiej przewidzieć pogodę w swoim rejonie.
Podczas zachodu słońca czerwone chmury na niebie często gwarantują dobrą pogodę następnego dnia. Burze latem i grad zimą niosą ze sobą chmury w kolorze miedzi z jasnymi srebrzystymi krawędziami. Burzę zapowiada poranne niebo pokryte krwistoczerwonymi plamami.
Koniec okresu stabilnej pogody zwiastuje często niebo pokryte „lambletkami” chmur cirrocumulus. Na zmiany pogody często wskazują chmury cirrus („końskie ogony”) wysoko na niebie. Burze z deszczem, śniegiem lub gradem zwykle niosą ze sobą chmury cumulonimbus.
Możesz dowiedzieć się więcej o wszystkich rodzajach chmur
Cóż, teraz przyjrzeliśmy się wszystkim ważnym dla nas opadom i znamy główne oznaki pogody 🙂