Быстрый поиск

Конденсаційні та сублімаційні процеси в атмосфер

РОЗДІЛ 3
ВИНИНЕННЯ ХМАР, КЛАСИФІКАЦІЯ ТА ОСОБЛИВОСТІ
3.1 Виникнення хмар

Хмари виникають при конденсації водяної пари в атмосфері, коли утворюються або крапельки води, або кристали льоду. Формування хмар відбувається, коли при підйомі й охолодженні водяна пара переходить через точку насичення. При підйомі повітря попадає в шари усе більш низького тиску. Ненасичене повітря з підйомом на кожен кілометр охолоджується приблизно на 10°С. Якщо повітря з відносною вологістю біля 50% підніметься більш ніж на 1 км, почнеться утворення хмари. Конденсація спочатку відбувається в основі хмари, що росте нагору доти, поки повітря не перестане підніматися і, отже, охолоджуватися. Улітку цей процес легко побачити на прикладі пишних купчастих хмар із плоскою основою, що здіймається й опускається разом з переміщенням повітря вершиною. Хмари формуються також у фронтальних зонах, коли тепле повітря сковзає нагору, насуваючи на холодне, і при цьому охолоджується до стану насичення. Хмарність виникає й в областях низького тиску з висхідними потоками повітря.
Звичайно в хмарах повітря дуже вогке, бо водяна пара в них насичена. Саме тому в хмарах є умови для конденсації пари, тобто для утворення крапельок води. Якщо краплі збільшуються в розмірах, то вони стають важчими і падають. Коли крізь хмару, що складається з крапель води, падають сніжинки або льодяні кристалики (з вище розміщених частин хмари), краплі випаровуються, а кристалики за їх рахунок збільшуються [11].
Вирісши й обважнівши, кристалики у вигляді сніжинок можуть при своєму падінні досягти землі.
Буває так, що в атмосфері є достатня кількість пари, вологість повітря велика, температура низька -- і все-таки конденсація не відбувається, краплі не виникають. Іноді буває, що хмара складається з переохолоджених крапель води, а кристалики не утворюються. Відомі також випадки, коли в хмарах переохолоджені краплі дощу мали температуру 40° нижче нуля, а кристалики з цих крапель не утворювались, вода не замерзала.
Електричні розряди в атмосфері та ультрафіолетове проміння Сонця можуть так само утворювати ядра конденсації своїм діянням на атмосферу. Велика кількість ядер надходить у повітря разом з випарами з поверхні океанів і морів. Наявність деяких видів ядер конденсації в повітрі може привести до утворення туману навіть тоді, коли повітря не досягло повної вологості, тобто коли водяні пари в повітрі не насичені. Саме так буває над великими промисловими центрами, над якими часто, особливо вранці, коли температура повітря ще низька, утворюються тумани або темні, низькі, задимлені хмари. Основні хмарні системи виникають там, де є умови для підняття повітря та його охолодження.
Відомо, що густина повітря з висотою зменшується. Тому повітря, яке підіймається, потрапляє в шари меншої густини й розширюється. На це розширення витрачаються внутрішні запаси енергії, отже, знижується температура повітря. Тоді водяна пара в повітрі, що піднялося й охолонуло, конденсується, збирається в крапельки води, в хмари [9].
Хмарність визначає собою основні риси погоди. Хмари захищають земну поверхню в розпал літнього дня від палючого сонячного проміння й утворюють прохолоду. Без хмар не буває дощу й снігу, і опади істотно змінюють характер погоди. Мільйони тонн води переносять хмари з вологих місць в сухіші: дощі вкривають землю шаром води. її шар в 10 мм завтовшки дає більш як 8000 відер води на гектар.
3.2 Класифікація та характеристика хмар

Основа сучасної міжнародної класифікації хмар була закладена в 1803 англійським метеорологом-аматором Цибулею Говардом. У ній для опису зовнішнього вигляду хмар використані латинські терміни:
alto - високо, cirrus - пір'ястий, cumulus - купчастий, nimbus - дощовий і stratus - шаруватий. Різні сполучення цих термінів застосовуються для найменування десяти головних форм хмар: cirrus - пір'ясті; cirrocumulus - пір'ясто-купчасті; cirrostratus - пір'ясто-шаруваті; altocumulus - високо-купчасті; altostratus - високо-шаруваті; nimbostratus - шарувато-дощові; stratocumulus - шарувато-купчасті; stratus - шаруваті; cumulus - купчасті і cumulonimbus - купчасто-дощові. Висококупчсті і високо-шаруваті хмари розташовуються вище, ніж купчасті і шаруваті.
За своєю будовою хмари поділяються на три класи: водяні, кристалічні (льодяні), змішані. Водяні хмари (краплинні) можуть існувати не тільки за додатних температур, а й за від'ємних у переохолодженому стані. За від'ємних температур утворюються мішані хмари, які складаються з переохолоджених крапель і кристаликів льоду. За досить низьких температур (-30... -50 SC) хмари складаються тільки з кристаликів льоду, їх називають кристалічними або льодяними.
За походженням розрізняють хмари конвективні, хвилясті та фронтальні. Конвективні хмари утворюються в нестійких повітряних масах і пов'язані з інтенсивною конвекцією й адіабатичним охолодженням висхідного повітря. Це купчасті або купчасто-дощові хмари. У їх верхній частині з'являються льодяні кристали, а основна маса складається із крапель води. Вони мають велику вертикальну потужність і вершинами сягають висоти 15-20 км в тропічних і екваторіальних широтах.
Хвилясті хмари (шаруваті, шарувато-купчасті, висококупчасті) виникають внаслідок слабкого турбулентного переносу водяної пари в стійких повітряних масах вгору, від земної поверхні, де на певній висоті міститься шар інверсії температури. Водяна пара нагромаджується під цим шаром, оскільки зверху починається підвищення температури і конвекція припиняється [25].
Фронтальні хмари утворюються на атмосферних фронтах, тобто смугах, які розділяють різні повітряні маси. Коли тепле повітря рухається і витісняє холодне -- це теплий фронт, а коли холодне повітря рухається, а тепле відступає-- це холодний фронт. Фронт завжди нахилений відносно земної поверхні, через те що холодне повітря підтікає під тепле у вигляді клину. Внаслідок ковзання по лінії фронту виникають хмари висхідного ковзання. На теплому фронті -- це перисті, перисто-шаруваті, високошаруваті, шарувато-дощові, а на холодному -- перисті, перисто-купчасті, висококупчасті, купчасто-дощові.
Водність хмар -- це маса краплин води і кристаликів льоду в одиниці 'б єму повітря хмари. У водяних хмарах в 1 м3 повітря хмари міститься від °>01 г до 3 г води, а в кристалічних значно менше і становить від кількох сотих. До кількох тисячних грама.
Форма хмар в тропосфері дуже різноманітна, але їх можна звести до основних типів в залежності від форми і висоти. В кінці XIX ст. була прийнята міжнародна класифікація хмар, яка в сучасному варіанті виділяє 4 родини і 10 основних родів за їх зовнішнім виглядом.
Хмари верхнього ярусу (Н > 6 км):
1. Перисті --білі, тонкі, волоконні, без полів, нитковидні.
2. Перисто-шаруваті -- тонка прозора білувата пелена
3. Перисто-купчасті - дрібні напівпрозорі кульки або складки, розміщені групами або рядками.
Хмари середнього ярусу (2 <Н< 6 км):
4. Високо-купчасті -- смуги або шари з просвітами білого або сірого кольору.
5. Високо-шаруваті -- суцільний рівний або волоконний покрив сірого чи синюватого кольору.
Хмари нижнього ярусу (Н <2 км):
6. Шаруваті - однорядний шар сірого кольору (схожий на туман).
7. Шарувато-купчасті -- великі, низько розміщені хвилі або глиби сіруватого кольору.
8. Шарувато-дощові --безформний суцільний сірий покрив.
Хмари вертикального розвитку (1 км <Н <6 км):
9. Купчасті - щільні, окремо розміщені, розбиті за вертикаллю, з білими куполоподібними вершинами й плоскою сіруватою основою.
10. Купчасто-дощові -- потужні утворення у вигляді гір та башт, верхня частина яких іноді нагадує ковадло.
Купчасті та купчасто-дощові хмари це хмари вертикального розвитку, конвективні за походженням. Купчасті хмари складаються із крапель, але опадів не спричиняють. Це щільні високі хмари з білими купчастими та куполоподібними вершинами і плоскою основою сірого або синього кольору. Розрізняють плоскі, середні, потужні різновиди (залежно від їх товщини). Купчасто-дощові, або грозові, хмари знизу складаються із крапель, а зверху -- із кристаликів. Вони білі, щільні, з темною основою, мають форму гір чи великого ковадла. З них випадають зливові дощі та град, що супроводжуються грозою.
Перисті, перисто-купчасті й перисто-шаруваті хмари складаються із кристаликів льоду, не спричиняють опадів, вони тонкі, білого кольору. Перисті хмари мають волокнисту будову, білі, прозорі. Серед них розрізняють ниткоподібні та щільні. Перисто-купчасті хмари утворюють тонкі шари, пасма, дрібні хвилі. Розрізняють два їх види: хвилясті та купчастоподібні. Перисто-шаруваті хмари схожі на однорідну тонку плівку, яка не розмиває обрисів Сонця і Місяця. Розрізняють два види перисто-шаруватих хмар: ниткоподібні й туманоподібні.
Висококупчасті хмари білі або сіруваті, складаються із дрібненьких переохолоджених крапель, нагадують хвилі, купи, пластівці з просвітами блакитного неба, опадів не дають. Розрізняють хвилясті й куп. Купчасті та купчасто-дощові хмари займають нижній та середній яруси, а вершини їх розміщені у верхньому ярусі. Це хмари вертикального розвитку, конвективні за походженням. Купчасті хмари складаються із крапель, але опадів не спричиняють. Це щільні високі хмари з білими купчастими та куполоподібними вершинами і плоскою основою сірого або синього кольору. Розрізняють плоскі, середні, потужні різновиди (залежно від їх товщини). Купчасто-дощові, або грозові, хмари знизу складаються із крапель, а зверху -- із кристаликів. Вони білі, щільні, з темною основою, мають форму гір чи великого ковадла. З них випадають зливові дощі та град, що супроводжуються грозою [2].
Перисті, перисто-купчасті й перисто-шаруваті хмари складаються із кристаликів льоду, не спричиняють опадів, вони тонкі, білого кольору. Перисті хмари мають волокнисту будову, білі, прозорі. Серед них розрізняють ниткоподібні та щільні. Перисто-купчасті хмари утворюють тонкі шари, пасма, дрібні хвилі. Розрізняють два їх види: хвилясті та купчастоподібні. Перисто-шаруваті хмари схожі на однорідну тонку плівку, яка не розмиває обрисів Сонця і Місяця. Розрізняють два види перисто-шаруватих хмар: ниткоподібні й туманоподібні.

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9