Как образуются туман и облака?
Помню, как ещё в детстве я проснулась зимним утром и поняла, что не могу разглядеть за окном абсолютно ничего, даже соседний дом. Настолько сильный туман был. Ну, а небо, соответственно, было скрыто за облаками. Потом я ещё не раз видела сильный туман, но именно то утро запомнилось мне больше всего.
Туман и облака — откуда они берутся
Для начала я предлагаю вспомнить, что это за природные явления. Туманом называется скопление конденсата водяного пара, причём этих мельчайших частиц воды должно быть достаточно много, чтобы хоть как-то ухудшить видимость. Состав облаков мало чем отличается — тоже конденсированный водяной пар — разница лишь в том, что туман появляется в воздухе, а облака — в атмосфере (как в нижних слоях, так и в верхних).
Думаю, все помнят, что в природе ничего из ниоткуда не берётся и не исчезает в никуда. Поэтому для возникновения облаков или тумана нужны такие факторы:
- вода в жидком состоянии на поверхности Земли;
- время и достаточная температура для перехода воды из жидкости к газообразному состоянию водяного пара;
- перепад температуры, который превратит пар обратно в мельчайшие капельки воды и/или микроскопические кристаллы льда.
Как образуются атмосферные явления
Чтобы над каким-то участком распространился туман, сконденсировавшийся водяной пар должен отдаляться от поверхности Земли не больше, чем на несколько сотен метров. Облака же находятся как минимум на высоте 1,5-2 километра.
Что туманы, что облака сильно мешают жизни человека:
- сильный туман влечёт за собой отмену множества транспортных рейсов (особенно — воздушных);
- плохая видимость приводит к частым и серьёзным авариям;
- сильные скопления облаков тоже нарушают работу авиации;
- дождевые тучи, скопившиеся в чрезмерном количестве, приносят слишком много осадков, соответственно, имеем потопы, снеговые сугробы и т. д.
Ну а о вреде от так называемых сухих туманах — ухудшении видимости из-за пожаров, пыли, песка или промышленных выбросов — говорить, наверное, будет лишним,ведь об этом и так сказано немало.
Как образуются облака и туман
По сути туман – это разновидность облаков с той лишь разницей, что, в отличие от своих сотоварищей, пелена мельчайших капелек воды образуется в нижней части атмосферы и не достигает ее верхних слоев.
Сущность тумана
С научной позиции туман представляет собой итог конденсата, появляющегося из-за столкновения теплых и холодных воздушных масс. В результате такого «конфликта» в нижних слоях атмосферы происходит образование большого количества капелек или ледяных кристалликов. Структура зависит от температуры окружающей среды. Реже можно встретить нечто среднее, представляющее собой результат объединения воды в двух состояниях – жидком и кристаллическом.
Образование тумана – интересный и сложный процесс, на который влияет целый комплекс факторов, начиная с температуры и заканчивая направлением ветра. Туманы – явление всесезонное, но наиболее плотная пелена образуется летом за счет способности капель притягивать пылевые частицы. В итоге их размер увеличивается, и они формируют своего рода облако. Если плотность субстанции большая, то она приобретает белесый оттенок, если нет – голубоватый.
Цвет пелены может меняться в зависимости от размеров капель и рассеивания световых волн. Чем меньше размер конденсата, тем лучшей отражающей способностью он обладает. Что интересно, туманы могут появляться и во время сильных морозов. Хотя требуемый уровень влажности воздуха должен составлять порядка 100%, а в мороз он достигает только вдвое меньших показателей. В населенных пунктах плотную пелену часто можно наблюдать в районе железнодорожных и автовокзалов из-за образования большого количества пара в результате сгорания топлива.
В естественных условиях зимой дымку часто можно видеть вблизи водоемов, над прорубями. Причина заключается в температурных перепадах: вода более теплая по сравнению с воздухом, и при столкновении теплых воздушных масс, находящихся над поверхностью, с холодными и образуется конденсат. Такие туманы держатся очень долго.
Иногда возникает чувство, что находящиеся ближе к земной поверхности облака плотнее по сравнению с теми, что расположены в небе. Но это не так. Просто капельки влаги у поверхности имеют меньшие размеры, что позволяет им сформировать более плотную пелену.
Самыми туманными местами на планете считаются Лондон и атлантическое побережье Ньюфаундленда. Исследованию этого явления уделяется пристальное внимание.
Как образуются туманы
В воздухе идет непрерывное столкновение теплых и холодных потоков. Холодные движутся вниз, а теплые воздушные массы поднимаются вверх. Во время их столкновения идет процесс конденсации: крошечные капли зависают в воздухе, формируя своего рода облака.
Чем выше влажность воздуха, тем больше вероятность образования тумана. В областях с сухим климатом он встречается нечасто и только при условии понижения температуры почти что до экстремальных отметок. Наблюдать белесую полупрозрачную пелену обычно доводится в низинах и поблизости от водоемов ночью и в предутренние часы, поскольку более быстрое остывание воздуха создает благоприятные условия для «рождения» тумана.
Виды и характеристики туманов
Куда пропадают туманы
Время существования этого явления может разниться от получаса до нескольких суток. Главная причина, из-за которой туман рассеивается, это прогревание воздуха, из-за чего капли испаряются и превращаются в пар.
В более высоких слоях атмосферы туман рассеивается хуже и медленнее из-за более низкой температуры. При достижении необходимой отметки пар снова преобразуется в капли и формирует облака.
Несмотря на относительную безобидность этого явления, оно может вызывать некоторые проблемы. Так, плотный смог вредит автолюбителям и пилотам, выводя из строя оборудование. А в местностях, где туманы встречаются часто, у населения отмечается повышенный уровень депрессивных состояний. Что неудивительно из-за частого отсутствия солнца.
Но туман приносит и пользу: увлажняет воздух, почву, растительность. А для некоторых сельхозкультур такая среда является идеальной для роста. И если на факт существования облаков люди повлиять не могут (за редкими исключениями), то туман рано или поздно все равно рассеивается самостоятельно.
Строение атмосферы
• Экзосфера – состоит из атомов кислорода, гелия и водорода. Газ в этом слое очень разрежен–атомы водорода ускользают в космическое пространство. Поэтому этот слой называют «зоной рассеивания».
• Ионосфера – объединяет мезосферу, мезопаузу и термосферу. Воздух здесь–молекулы кислорода и азота+квазинейтральная плазма. Солнечные лучи, попадая в ионосферу сильно ионизируют молекулы воздуха. В нижнем слое (до 90 км) степень ионизация низкая. Чем выше, тем больше ионизация. На высоте 100-110 км электроны концентрируются и происходит отражение коротких и средних радиоволн. Самый важный слой ионосферы – верхний, который находится на высоте 150-400 км. Его особенность–он отражает радиоволны, а это способствует передаче радиосигналов на значительные расстояния.
Именно в ионосфере происходят такое явление, как полярное сияние!
• Термосфера – (границы 80 — 90 / 800 км. Температура воздуха возрастает. Она может варьироваться от +500° C до +1000° C.
В течение суток температурные колебания составляют сотни градусов! Но воздух здесь настолько разрежен, что понимание термина «температура» как мы его представляем, здесь не уместно.
• Мезопауза – промежуточный слой, температура воздуха в котором минимум -90°.
• Мезосфера — верхняя граница этого слоя – 80-85 километров. Здесь происходят сложные фотохимические процессы с участием свободных радикалов. Именно они обеспечивают то нежное голубое сияние нашей планеты, которое видится из космоса.
В мезосфере сгорает большинство комет и метеоритов!
• Стратопауза – невысокий промежуточный слой между стратосферой и следующей за ней мезосферой.
• Стратосфера – верхняя граница на высоте 50-55 км. Турбулентность здесь низкая, содержание водяного пара в воздухе – ничтожное. Зато очень много озона. Максимальная его концентрация – на высоте 20-25 км. В стратосфере температура воздуха начинает повышаться и достигает отметки +0,8° C. Это обусловлено тем, что озоновый слой взаимодействует с ультрафиолетом.
• Тропопауза – переходный слой атмосферы. Его высота – от нескольких сотен метров до 1-2 км. Температура воздуха летом выше, чем зимой. Так, например, над полюсами зимой –65° C. А над экватором в любое время года держится –70° C.
• Тропосфера — самый близкий к Земле слой. «Толщина» этого слоя изменяется по мере удаления от экватора. Над экватором слой простирается ввысь на 16-18 км, в умеренных зонах – на 10-12км, на полюсах – на 8-10 км. Именно здесь содержится 80% всей массы воздуха и 90% водяного пара. Здесь образуются облака, возникают циклоны и антициклоны. Температура воздуха зависит от высоты местности.
В среднем она понижается на 0,65° C на каждые 100 метров!
Первым ученым, который предположил, что наша атмосфера имеет вес, был итальянец Э. Торричелли. Остап Бендер, например, в романе «Золотой теленок» сокрушался, что на каждого человека давит воздушный столб весом в 14 кг! Но великий комбинатор немного ошибался. Взрослый человек испытывает на себя давление в 13-15 тонн! Но мы не чувствуем этой тяжести, потому что атмосферное давление уравновешивается внутренним давлением человека. Вес нашей атмосферы составляет 5 300 000 000 000 000 тонн. Цифра колоссальная, хотя это всего лишь миллионная часть веса нашей планеты.
формирование погоды и климата
С 2002 года на Земле наблюдается постепенное снижение температур. Как ни странно, это происходит из-за повышения уровня СО2 (углекислого газа).
Атмосфера играет важнейшую роль в формировании климата и погоды на Земле. Очень многое зависит от количества солнечных лучей, от характера подстилающей поверхности и атмосферной циркуляции.
Рассмотрим факторы по порядку.
1. Атмосфера пропускает тепло солнечных лучей и поглощает вредную радиацию. О том, что лучи Солнца падают на разные участки Земли под разными углами, знали еще древние греки. Само слово «климат» в переводе с древнегреческого означает «наклон». Так, на экваторе солнечные лучи падают практически отвесно, потому здесь очень жарко. Чем ближе к полюсам, тем больше угол наклона и температура понижается (тепло от солнца как на рассвете или на закате).
Одно из самых солнечных мест на Земле – Мертвое море в Иордании. Здесь в среднем бывает около 330 солнечных дней в году.
2. Из-за неравномерного нагревания Земли в атмосфере формируются воздушные течения. Они классифицируются по своим размерам.
- самые маленькие (десятки и сотни метров) – это местные ветра
- далее – муссоны и пассаты
- циклоны и антициклоны
- планетарные фронтальные
Все эти воздушные массы постоянно перемещаются. Некоторые из них довольно статичны. Например, пассаты, которые дуют от субтропиков по направлению к экватору. Движение других во многом зависит от атмосферного давления.
3. Атмосферное давление – еще один фактор, влияющий на формирование климата. Это давление воздуха на поверхность земли. Как известно, воздушные массы перемещаются с области с повышенным атмосферным давлением в сторону области, где это давление ниже.
Метеорологические элементы
Атмосферные явления — видимое проявление сложных физико-химических процессов, происходящих в воздушной оболочке Земли — атмосфере : +
- атмосферные осадки
-
- дождь
Дождь содержит витамин B12.
- снег
Грязный снег тает быстрее чем чистый.
- град
Самая крупная градина весила 700 грамм. Она упала в штате Канзас, США.
- туман
- метель
- гроза
По подсчетам ученых на Земле происходит около 760 гроз каждый час.
- смерч, ураган и т. д.
За десять минут ураган высвобождает больше энергии, чем все ядерное оружие в мире!
Величины, определяющие «эквивалентную комфортную температуру» : +
- атмосферное давление
- температура воздуха
- влажность воздуха
- скорость и направление ветра
Величины, важные для транспорта и сельского хозяйства : +
- дальность видимости
- атмосферная турбулентность
- возможность обледенения
- солнечная радиация
- облачность, продолжительность солнечного сияния
- возможность шторма (на море, крупном озере)
Не смотря на широко распространенное мнение, молния идет из земли вверх, а не с неба вниз.
Дубы подвержены ударам молний больше, чем все остальные деревья.
Мужчины имеют в 6 раз большую вероятность быть пораженными молнией, чем vreженщины согласно исследованию профессора Мичиганского университета Уолтера Коннора.
Как образуются облака и туман
Неизвестное об известном
Облака – это скопление в атмосфере взвешенных продуктов, образовавшихся после конденсации водяного пара.
Образование облаков
Солнце нагревает земную поверхность, вызывая испарение воды. В связи с этим происходит увеличение влажности воздуха. Тёплый влажный воздух поднимается вверх. А как известно, в тропосфере с увеличением высоты, температура воздуха становится ниже. Чем воздух холоднее, тем меньше водяного пара в нём содержится.
По мере охлаждения влажного воздуха запускается процесс конденсации. Избыток пара переходит в жидкое состояние, при этом формируются мельчайшие капельки воды. Эти капельки оседают на так называемых ядрах конденсации. В качестве ядер конденсации выступают, как правило, твёрдые частицы. В воздухе такими частицами являются пылинки, кристаллы морской соли или кристаллики льда.
Из большого скопления таких водяных капель образуются облака и туманы.
Облака увеличиваются за счёт новых порций восходящего тёплого влажного воздуха. На большой высоте, в условиях очень низких температур облака состоят из мельчайших кристалликов льда.
Другой тип облаков формируется, когда тёплая влажная воздушная масса встречается с холодной. Тёплый воздух начинает подниматься над холодным, постепенно остывая. На границе между тёплыми и холодными воздушными массами образуются сплошные облачные слои.
Облака появляются и тогда, когда влажный воздух поднимается над горами и остывает.
Типы облаков
Различают облака верхнего, среднего и нижнего яруса.
Облака верхнего яруса расположены на высоте 5000 – 13000 м над земной поверхностью. К ним относят перистые, перисто-слоистые и перисто-кучевые облака. Все они состоят из мелких ледяных кристалликов. И все они белого цвета и хорошо пропускают солнечный свет.
Перистые облака схожи с перьями или могут напоминать растрепавшиеся пряди.
Перисто-слоистые облака имеют сходство с полупрозрачной белой вуалью.
Перисто-кучевые облака представлены как бы множеством мелких барашков, образующих на небе равномерную рябь.
Облака среднего яруса находятся на высоте от двух до пяти тысяч метров от земли. К ним относятся высокослоистые и высококучевые облака. Облака этого яруса состоят из мельчайших водяных капелек и кристалликов льда. Они слабопроницаемы для солнечных лучей.
Высокослоистые облака похожи на плотную тонкую пелену сероватого цвета.
Высококучевые облака напоминают пушистые валики или пушистые гряды.
Облака нижнего яруса встречаются ниже 2000 метров от земли. Состоят они в основном из водяных капель и практически непроницаемы для солнечных лучей. К ним относятся слоисто-кучевые, слоисто-дождевые и слоистые облака.
Слоисто-кучевые облака представлены отдельными серыми пластинами или волнистыми грядами.
Слоисто-дождевые облака однородно-серого цвета, несущие затяжной дождь или снег.
Слоистые облака представляют из себя сплошную серую пелену, похожую на туманную дымку.
Особо выделяются внеярусные облака. Их ещё называют облаками вертикального развития, основания которых находятся в нижнем ярусе, а вершина расположена в среднем или даже верхнем ярусе. К этому виду облаков относятся кучевые и кучево-дождевые облака.
Кучевые облака имеют пушистое, напоминающее клочья ваты основание серого цвета и белые плотные куполообразные вершины.
Кучево-дождевые облака, как правило, массивные. Они образуются за счёт мощных восходящих потоков тёплого воздуха. Основание их тёмно-синего, почти чёрного цвета, располагается не более 1000 метров над землёй. А белые вершины, имеющие часто форму наковальни, простираются до среднего и даже верхнего яруса. Такие облака несут с собой сильные ливни и грозы.
Свойства облаков
Облака способны менять форму, приобретая при этом иногда весьма причудливые очертания. По форме облаков и её изменению метеорологи могут предсказывать погоду.
Когда солнце скрыто за облаками, а через разрывы в них пробиваются солнечные лучи, можно увидеть лучи разных цветов. Это капельки переохлаждённой воды в облаках, выполняя роль призмы, разлагают солнечный свет на составные части спектра.
На закате и восходе, при прохождении сквозь облака косых солнечных лучей, сильнее рассеивается красная составляющая спектра, придавая облакам красноватые, розовые и оранжевые оттенки.
Высокие перисто-слоистые облака содержат большое количество призматических кристалликов льда. В результате преломления и рассеивания проходящего через них света возникает явление гало. Эти красивые венцы, окружающие Солнце или Луну, появляются благодаря крохотным ледяным кристалликам.
Туман
Туман – это атмосферное явление, характеризующееся непрозрачным воздухом. Воздух становится непрозрачным из-за скопления в нём мельчайших частичек воды.
Туманы образуются по тем же механизмам, что и облака. Только образование тумана происходит у самой поверхности земли.
Дальность видимости в тумане, как правило, менее одного километра. А при особо густых туманах случается не превышает и одного метра.
Виды туманов
- Адвективный.
- Радиационный.
- Фронтальный.
- Туман на горных склонах.
Адвективный туман образуется при поступлении влажного тёплого воздуха на более холодную поверхность воды или суши.
Фронтальный туман образуется при встрече двух воздушных масс, имеющих разные температуры.
Радиационный туман формируется в ложбинах при ясной безветренной погоде в ночное время, когда земля интенсивно отдаёт своё тепло. При этом она быстро остывает и охлаждает влажный воздух, находящийся у её поверхности.
Туман на горных склонах появляется при охлаждении поднимающегося вверх тёплого влажного воздуха.
Смог – это своеобразная смесь дыма и тумана. Он характерен для районов с загрязнённым воздухом, в котором имеется множество посторонних частиц.