Вода атмосфере облака осадки

ВОДА В АТМОСФЕРЕ. ОБЛАКА. ОСАДКИ

Влажность воздуха. В атмосфере всегда содержится то или иное количество воды, попадающей туда в результате испарений с поверхности Мирового океана, морей, озер, рек, болот. Испаря­ется вода с поверхности суши, со снежных покровов и ледников. В огромном количестве испаряют воду растения. В отдельных случаях поверхность леса испаряет воды не меньше, чем поверх­ность водоемов. Вода, поступившая в атмосферу, определяет ее влажное состояние.

Содержание водяного пара в атмосфере зависит от темпера­туры. Чем выше температура воздуха, тем больше удерживается влаги в нем. На метеорологических станциях влажность воздуха определяют гигрометрами и психрометрами, а для за­писи изменений влажного состояния воздуха используют гигро­граф.

Психрометр состоит из двух совершенно одинаковых термо­метров. У одного термометра резервуар обернут батистом и его кончик опущен в стакан с водой. С поверхности батиста испаря­ется вода. А при испарении происходит поглощение тепла, поэто­му смоченный термометр будет показывать, температуру ниже, чем сухой. Разница в показаниях смоченного и сухого термомет­ра больше в тех случаях, когда воздух суше, так как испарение находится в прямой зависимости от количества водяных паров в атмосфере. В тех случаях, когда в воздухе наблюдается насы­щение водяными парами, испарение прекращается и оба термо­метра показывают одинаковую температуру.

Основная часть в гигрометре — натянутый обезжиренный че­ловеческий волос. Когда влажность воздуха увеличивается, во­лос удлиняется, когда влажность уменьшается, волос укорачива­ется. Это изменение передается стрелке, которая на циферблате показывает влажность воздуха.

Количество водяных паров, содержащихся в воздухе в дан­ный момент при данной температуре, называют абсолютной влажностью и определяют ее при помощи психрометров.

Для характеристики влажности воздуха пользуются понятием относительная влажность. Это отношение количества водяных паров, содержащихся в воздухе в данное время, к тому количеству, которое должен содержать воздух при насыщении. Когда воздух достигает насыщения водяными парами, тогда ве­личина относительной влажности равна 100%.

Относительная влажность воздуха находится в обратной за­висимости от температуры: чем выше температура, тем ниже от­носительная влажность воздуха. Поэтому в течение суток и года наблюдаются изменения относительной влажности. Так, напри­мер, в самый холодный месяц будет самая высокая относительная влажность, а в самый теплый самая низкая. В полярных странах относительная влажность велика, так как температура воздуха низка. В тропических странах, где наблюдаются самые высокие температуры, отмечается низкая относительная влаж­ность.

Что произойдет с водяными парами в воздухе, если темпера­тура его начнет понижаться?

Произойдет процесс конденсации водяных паров, т.е. переход воды из газообразного состояния в жидкое, а в отдель­ных случаях в твердое (в кристаллики льда). Так образуется в теплое время года роса. Охлаждаясь от поверхности земли, влажный воздух теряет возможность удерживать в себе водяные пары. Они начинают конденсироваться, на траве и листьях дере­вьев образуются капельки росы. Особенно сильные росы наблю­даются в августе, когда наступают прохладные ночи. При темпе­ратуре поверхности земли ниже 0° образуется иней.

В морозную тихую погоду наблюдается интересное явление, когда деревья, провода и другие предметы покрываются рыхлым налетом кристалликов льда. Это явление называют изморо­зью. Она образуется в холодное время при поступлении более теплого воздуха. Водяные пары, охлаждаясь, переходят в твер­дое состояние, образуются миллиарды мельчайших кристалликов льда, которые и осаждаются на различных предметах.

В приземных слоях атмосферы при конденсации водяных па­ров образуется бесчисленное множество мельчайших капель во­ды, которые настолько понижают видимость, что даже яркие предметы становятся невидимыми. Такое явление называют ту­маном. Туманы чаще образуются над низинами, болотами, в местах с богатой растительностью, над реками. Часты туманы и в крупных городах. Мельчайшие капельки воды об­разуются на крупинках пыли и на твердых части­цах, выброшенных из труб фабрик и заводов. Нередко эти части­цы представляют ядовитые химические соединения, они разруша­юще действуют на дыхательную систему человека и отравляют его. Такие ядовитые туманы называют смогом (часто бывают в Лондоне).

Облака. Процесс конденсации водяного пара в атмосфере приводит к образованию облаков, которые состоят из мельчай­ших капелек воды или кристалликов льда. Капли в облаках на­столько малы, что поддерживаются в атмосфере даже при не­больших восходящих потоках воздуха.

Формы облаков очень разнообразны, поэтому для изучения их классифицируют (объединяют в отдельные группы). В совре­менной классификации облаков учитывают их высоту и форму.

Основные типы облаков — перистые, слоистые и кучевые. Кроме того, часто встречаются в природе перисто-слоистые, слоисто-дождевые, слоисто-кучевые и др.

Разнообразие форм облаков зависит от условий их образова­ния. Так, кучевые облака образуются только в теплое время го­да при восходящих потоках воздуха. Нагреваясь от поверхности земли, воздух в виде струй поднимается вверх, на высоте он охлаждается, водяные пары начинают конденсироваться, образу­ются мельчайшие капельки воды, которые поддерживаются вос­ходящими потоками.

Облака образуют облачность, под которой понимают степень покрытия неба облаками. Облачность определяют по деся­тибалльной шкале (от 1 до 10 баллов).

Облачность на Земле распределяется зонально. Велика об­лачность в экваториальном поясе, более 7 баллов; в тропическом поясе она резко снижается, до 1—2 баллов. Например, в Асуане средняя годовая облачность равна 0,4 балла.

В умеренных широтах облачность вновь увеличивается. Наи­большая облачность отмечена на берегах Белого моря. К полю­сам облачность несколько уменьшается.

В России наименьшая облачность наблюдается в Средней Азии, где лето чаще всего безоблачное.

Осадки. Под атмосферными осадками понимают воду в твер­дом или жидком состоянии, выпавшую из облаков в виде дождя, снега, града или крупы.

Не каждая форма облаков выделяет осадки. Только три типа облаков дают осадки: высокослоистые, слоисто-дож­девые, кучево-дождевые. Эти облака состоят из мельчай­ших капелек воды, кристалликов льда и переохлажденной воды. В них быстрее укрупняются отдельные облачные элементы и под действием силы тяжести, преодолевая силу восходящих потоков, начинают падать на землю в виде дождя или снега.

Особый вид осадков — крупа и град. Снежная крупа представляет собой шарообразные снежные комочки диаметром от 2 до 5 мм, белого цвета, довольно легкие. Она образуется, когда снежинки из верхних частей облака опускаются в облач­ный слой с обилием мельчайших переохлажденных капель, со­единяясь с которыми снежинки быстро растут и в виде комочков падают на землю.

Град — особая форма ледяных осадков, выпадающих в теп­лое время года при грозах из кучево-дождевых облаков. Каждая градинка состоит из непрозрачной снежной сердцевины — ядра, покрытого оболочками. Размер градин колеблется от горошины до величины куриного яйца. Град образуется, когда ледяная кру­па попадает в мощный восходящий поток воздуха и высоко поднимается, а затем падает па землю. Падая вниз и проходя через облака, она покрывается ледяной коркой. Град чаще на­блюдается в горных областях, чем на равнинах. Он наносит огромный вред сельскому хозяйству.

Для измерения количества осадков пользуются осадкомером. Главная его часть — ведро, установленное на столбе таким образом, что верхний край ведра находится на высоте 2 м от по­верхности земли. Ведро меняют два paза в сутки. Количество осадков измеряют с помощью специального измерительного стакана.

Распределение осадков.Осадки на поверхности земли распре­деляются неравномерно. В пустыне Атакама (Южная Америка) есть местечко Икике, где по многолетним данным в год выпадает 1 мм осадков. Мало осадков выпадает в тропических пустынях, например в Ливийской пустыне (25—50 мм), а ведь 25 мм может испариться за один день. В России самым сухим ме­стом считают побережье Аральского моря, где количество осад­ков, выпадающих в год, не превышает 100 мм.

У подножия Гималаев в Черрапундже осадков выпадает еже­годно более 12 000 мм, причем осадки в течение года распреде­ляются неравномерно (зимние месяцы засушливы). 12 000 мм выпадает осадков и на Гавайских островах, а на склонах горы Камерун в Африке выпадает около 10 000 мм.

В России наибольшее количество осадков выпадает на склонах горы Ачишхо (район Батуми) — свыше 2500 мм.

Количество осадков зависит от температуры воздуха. Чем выше температура воздуха, тем больше в нем может содержать­ся водяных паров. Этой причиной объясняют малое количество осадков в полярных областях.

Наибольшее количество осадков выпадает в экваториальной полосе (от 5 до 20° с. и ю.ш.) — в среднем 1000—2000 мм. Воз­дух в экваториальной полосе содержит большое количество во­дяных паров. При низком давлении создаются условия для восхо­дящих потоков. Поднимаясь вверх, воздух охлаждается, водяные пары конденсируются, образуются кучево-дождевые облака, из которых в виде ливней выпадают осадки.

К северу и к югу от экваториальной полосы, где сохраняется в течение круглого года повышенное давление с нисходящими потоками воздуха, расположена сухая тропическая полоса, где осадков выпадает менее 250 мм. При нисходящих потоках воз­дух нагревается, поэтому нет условий для конденсации водяных паров. Кроме того, в этой зоне дуют пассаты из более высоких широт в более низкие, т.е. массы воздуха не охлаждаются, а нагреваются.

От сухой тропической полосы к северу в северном полушарии, к югу в южном полушарии расположены влажные полосы уме­ренных широт. Количество осадков, там увеличивается. В среднем в год выпадает 500 мм. В умеренных широтах в северном полу­шарии преобладают юго-западные ветры, а в южном полуша­рии — северо-западные. Эти потоки воздуха дуют из более низких широт в более высокие, в результате чего воздух охлаждается, водяные пары конденсируются и образуются облака. Кроме этого, в умеренных широтах происходит встреча холодных арк­тических масс воздуха с теплыми тропическими. В местах встре­чи образуются огромные воздушные вихри, в которых воздух поднимается вверх и охлаждается. Это также приводит к уве­личению количества осадков.

В полярных широтах количество осадков вновь уменьшается (до 200 мм).

В пределах поясов наблюдается неравномерное распределе­ние осадков. Наветренные склоны гор получают больше осадков. Например, на западных склонах Скандинавских гор выпадает более 1000 мм, а на восточных — менее 500 мм. То же можно отметить на Урале и в других горных областях.

Источник

Вода в атмосфере Земли

Вода на Земле находится не только в жидком состоянии. Помимо твердых ледников есть ещё водяной пар, находящийся в атмосфере. На его долю приходится только 0,001% всей воды на Земле, однако значение водяного пара для жизни на Земле сложно переоценить.

Вода в атмосфере появляется за счет испарения с поверхности океанов и суши. Расчеты показывают, что в течение года океаны отдают в атмосферу около 450 тыс. куб. км воды. Это значит, что они теряют слой воды толщиной примерно 1,25 м. Ещё 71 тыс. куб. км воды попадает в атмосферы с поверхности суши. Одновременно примерно тот же объем выпадает на Землю в виде осадков, поэтому уровень воды в океане не меняется из-за ее испарения.

Испаряемость

С разных участков планеты испаряется разное количество воды. Есть специальная величина – испаряемость, которая показывает, сколько именно воды может испариться с той или иной поверхности. Слово «может» здесь является ключевым. Например, в некоторых пустынях испаряемость оценивается в 2000 мм осадков, но фактически испаряется куда меньший объем, так как там не хватает воды, чтобы поддерживать столь высокий уровень испарения.

Испаряемость зависит в первую очередь от температуры – чем она выше, тем больше испаряемость. Однако влияют и другие факторы, например, влажность. Если воздух сухой, то вода испаряется быстрее. Когда же влажность близка к 100%, воздух становится насыщенным, поэтому он больше не способен принимать водяные пары. В свою очередь это означает, что на испаряемость влияет и скорость ветра – чем быстрее он дует, тем быстрее насыщенные воздушные массы сменяются новыми, ещё ненасыщенными. Интересный факт – самое сухое место на Земле находится в холодной Антарктиде. Это долины Мак-Мердо. Дело в том, что над ними дуют рекордные ветра, чья скорость может доходить до 320 км/ч. Именно благодаря ним в этих долинах за всю историю наблюдений ни разу не выпали осадки.

Количество влаги, которое может содержать воздух, зависит от его температуры. Более холодный воздух имеет более низкий предел насыщения. Выпадение осадков (дождей, града, снега) происходит тогда, когда уже насыщенный или близкий к насыщению воздух охлаждается. В результате та влага, которая оказывается «избыточной», конденсируется и падает на Землю.

Влажность воздуха

Важнейшая характеристика воздуха – его влажность. Различают влажность абсолютную и относительную. Абсолютная влажность показывает, сколько грамм воды содержится в 1 кубометре воздуха.

Однако на практике куда важнее относительная влажность. Она измеряется в процентах и показывает, насколько воздух насыщен водяным паром. Если влажность составляет 100%, то воздух максимально насыщен и больше не способен принять избыток водяного пара. Если, например, влажность равна 50%, то воздух насыщен наполовину и способен вобрать столько же влаги, сколько он содержит сейчас.

Для животных и людей обычно более комфортна низкая влажность. В этом случае пот, выделяемый организмом, испаряется, в результате чего происходит охлаждение организма. Если же воздух насыщен, то поту испаряться просто некуда, в результате чего терморегуляция организма нарушается.

Облака

Водяной пар будет находиться в любом объеме воздуха атмосферы, однако часто он концентрируется в особые структуры – облака. В них влажность очень высока, и именно из них на Землю выпадают осадки. Облака формируются на высоте, так как там температура ниже. Теплый и ещё ненасыщенный воздух из нижних слоев поднимается наверх (так как теплый воздух менее плотный и потому более легкий, чем холодный), где охлаждается и становится насыщенным. В облаке уже есть мельчайшие капли воды, однако они не будут падать до тех пор, пока скорость восходящих потоков воздуха достаточна высока. Нередко капли, падающие на Землю, успевают испариться, не достигнув ее. Отметим, что есть облака, состоящие не из капель воды, а из кристалликов льда.

Выделяют огромное количество типов облаков: перистые, высокослоистые, кучевые и т. д. Они отличаются внешним видом, высотой, на которой они располагаются, типами характерных для них осадков.

Роль воды в атмосфере

Водяной пар играет важную роль в круговороте воды в природе. Вода с поверхности океанов испаряется, после чего выпадает над сушей. Эти осадки питают реки, озера, подземные реки. Грубо говоря, если бы не водяной пар, то вся вода с суши в течение короткого промежутка времени стекла бы в океаны, и в результате реки и озера высохли бы.

При этом из океанов испаряется только вода, а не содержащиеся в ней соли, поэтому из атмосферы выпадает уже пресная вода, пригодная для питья. Можно сказать, что атмосфера – это главный опреснитель воды на Земле.

Водяной пар влияет и на климат планеты, в частности на температуру. С одной стороны, он является парниковым газом, а потому способствует разогреву планеты. Ряд ученых опасается, что может возникнуть цепная реакция – повышение температуры будет повышать испарение воды и увеличивать концентрацию водяного пара, что за счет парникового эффекта будет приводить к росту температуры. Однако также водяной пар, образуя облака, способствует охлаждению планеты, ведь белые облака прекрасно отражают солнечный свет и потому сокращают долю солнечных лучей, доходящих до поверхности планеты. Можно ожидать, что увеличение концентрации водяного пара будет приводить к формированию большего числа облаков, что отчасти компенсирует парниковый эффект от него.

Список использованных источников

Источник