Облака состоят из очень мелких капель воды или плавающих в воздухе кристаллов льда. Эти капельки и кристаллики настолько малы, что под действием силы тяжести они лишь медленно опускаются вниз.

Их можно сравнить с плавающими в воздухе мельчайшими пылинками, которые мы видим в ярком солнечном луче, проникающем в окно полутемной комнаты.

Когда облачные капли и кристаллы увеличиваются в размере и становятся тяжелее, то они начинают падать скорее и из облака выпадает дождь или снег.

При температуре выше 0° облако состоит, конечно, только из капель воды: лед при такой температуре тает. В очень холодном воздухе облако обычно состоит из одних ледяных кристаллов без капель воды.

Однако при слабом морозе облако может состоять из смеси капель воды и кристаллов льда: именно из таких облаков обычно и выпадают осадки.

Во всяком облаке водяной пар находится в насыщенном состоянии, т. е. пространство в пределах облака содержит наибольшее количество водяного пара, которое возможно при данной температуре.

Если бы этого не было, то капли, из которых состоит облако, немедленно бы испарились и облако растаяло.

Что же происходит в облаке, состоящем из одних водяных капель, если в него по каким-то причинам попадают ледяные кристаллы? Благодаря свойству льда притягивать к себе влагу ледяные кристаллы начинают расти, количество водяного пара в облаке уменьшается, воздух перестает быть насыщенным, а водяные капли начинают испаряться. Таким образом, кристаллы постепенно растут за счет уменьшения капель и превращаются в снежинки. Выросшие снежинки выпадают из облака, начинается снегопад.

Казалось бы, что такой процесс может вызвать выпадение только снега и никак не объясняет выпадение дождя. Однако это не так. В тропосфере температура с высотой понижается, и даже в самый жаркий день на высоте нескольких километров над царит мороз. Поэтому почти всякий летний дождь (сначала возникает наверху как снег, и только потом, падая и попадая в нижние теплые слои, снежинки тают и достигают поверхности Земли уже в виде дождевых капель.

Воздушные массы приносят потепления и похолодания

Как мы уже знаем, в наших широтах и в полярных странах воздух громадными потоками (часто до тысячи километров в поперечнике) непрерывно движется вокруг центров циклонов и антициклонов.

Эти воздушные течения и приносят нам тепло или холод из тех стран , откуда они движутся.

Неожиданное потепление вызывается приходом теплой воздушной массы, которая движется из теплых районов в более холодные. Теплая воздушная масса, переходя в более холодные области, оказывается гораздо теплее земной поверхности, над которой. она движется. От соприкосновения с этой поверхностью снизу непрерывно охлаждается. Иногда прилегающие к земле воздушные слои могут оказаться даже холоднее верхних слоев.

Охлаждение теплой воздушной массы, идущее снизу от Земли, вызывает конденсацию водяного пара в самых нижних слоях воздуха, и в результате этою образуются облака и выпадают осадки. Облака эти располагаются невысоко. Они часто опускаются до Земли и переходят в сплошные туманы.

Толщина облачного слоя невелика: обычно она не превышает нескольких сотен метров.

В нижних слоях теплой воздушной массы все сезоны года достаточно тепло (зимой она приносит нам оттепели), и ледяных кристаллов здесь обычно не бывает. Поэтому низкие облака теплой воздушной массы состоят обычно из одних водяных капель и не могут давать сильных осадков.

Иногда лишь выпадает мелкий, моросящий дождь, даже не смачивающий крыши домов.

Облака теплой воздушной массы ровным или слегка волнистым сплошным покровом заволакивают все небо и тянутся на сотни и тысячи километров. Они называются слоистыми (если они ровные) или слоисто-кучевыми (если они волнистые).

Полную противоположность теплой воздушной массе представляет холодная воздушная масса. Она движется из холодных районов в теплые и приносит похолодание. Переходя на более теплую земную поверхность, холодная воздушная масса непрерывно нагревается снизу. При нагревании не только не происходит конденсации, но даже образовавшиеся уже облака и туманы должны испаряться. Однако небо не становится безоблачным, только облака с этом случае образуются совсем по другим причинам, чем в теплой воздушной массе. Вспомните, что происходит с водой в сосуде, когда ее ставят на огонь. Со дна сосуда поднимаются струйки теплой, а на дно опускаются струйки холодной воды. Нечто подобное происходит и в холодной воздушной массе , нагревающейся от теплой земной поверхности. Кроме того, при нагревании все тела расширяются и плотность их уменьшается. Когда самый нижний слой воздуха нагревается и расширяется, то он становится более легким и как бы всплывает в виде отдельных пузырей или струй. На его место опускаются более тяжелые слои холодного воздуха.

Воздух, как и всякий газ, при сжатии нагревается, а при расширении охлаждается. Когда воздух поднимается, то он попадает в условия более слабого давления, так как атмосферное давление с высотой становится слабее. В этих условиях воздух должен расширяться, а следовательно, и охлаждаться. Температура его становится на 1° ниже через каждые 100 м подъема. По мере того как воздух поднимается все выше и выше, он становится все холоднее, пока, наконец, на некоторой определенной высоте в нем не начнется конденсация и образование облаков.

Опускающиеся струи воздуха попадают в слой с более сильным давлением и от сжатия нагреваются. В них не только не происходит никакой конденсации, но даже испаряются и рассеиваются те части облаков, которые были увлечены этим нисходящим потоком.

Поэтому облака холодных воздушных масс представляют собой нагромождающиеся в высоту изолированные клубы, или «кучи», облаков с просветами между ними. Такие облака называются кучевыми, или кучево-дождевыми. Облака холодной воздушной массы во всем противоположны облакам теплой воздушной массы. Они никогда не опускаются до Земли и не переходят в туманы, а толщина их от основания до вершины может быть очень большой - до -8 км. Эти облака редко закрывают весь видимый небосвод, и между ними обычно бывают просветы голубого неба.

Такие облака пронизывают снизу вверх много слоев атмосферы. Восходящие потоки воздуха увлекают за собой водяные капли в те высокие холодные слои, в которых всегда имеются тонкие ледяные кристаллики. Как только облако вырастает до слоя с ледяными кристаллами, вершина его сразу начинает затуманиваться, теряет свою характерную форму «цветной капусты» и облако превращается в кучево-дождевое. С этого момента из облака начнут бурно выпадать осадки - сильные летние ливни и обильные зимние снегопады.

Летом такие ливни часто сопровождаются грозой и градом, а осенью и весной из кучево-дождевых облаков иногда выпадает крупа - ледяные шарики, более мелкие, чем градины. Осадки холодной воздушной массы хотя и сильные, но продолжаются недолго, потому что кучево-дождевое облако закрывает небо только на небольшом пространстве; оно быстро переносится ветром, и вскоре небо проясняется. Поэтому погода в холодной воздушной массе очень неустойчива: то выпадает сильный дождь или обильный снег, то светит яркое солнце.

Привет дорогие друзья! В данной статье я хочу Вам рассказать о том как образуются различные осадки, что это за процесс и где он формируется.

Все мы, в своей жизни видели различные осадки, но скорее всего, никогда не задумывались, откуда они формируются, какие бывают виды осадков, и с какими процессами в все это связанно, как определить какая завтра будет погода… Рассмотрим осадки и их виды.

Атмосферные осадки – это содержащаяся влага в которая выпадает на Землю в разных видах: снег, дождь, град и т. д. Измеряются осадки толщиной выпавшего шара воды в миллиметрах. В среднем в год на земном шаре выпадает около 1000 мм осадков в год, а в высоких широтах и пустынях – меньше 250 мм в год.

Крошечные капельки водяного пара в облаке движутся вверх-вниз, а не висят. Когда они опускаются вниз – сливаются с другими капельками воды, пака вес им не позволит пробиться сквозь восходящий воздух, который их создал. Этот процесс называется «коалесценция» (слияние). Давайте обсудим с Вами основные виды осадков.

Согласно теории шведского метеоролога Бергерона, которая была выдвинута в 1930-е годы, причиной снега и дождя являются переохлажденные капельки воды, которые в облаках образуют кристаллы льда. В зависимости от того, растают эти кристаллы во время падения или нет – они выпадают на Землю в виде дождя или снега.

При движении кристаллов в облаках вверх-вниз на них нарастают новые слои, таким образом, образуется град. Этот процесс называется «аккреция» (нарастание).

Когда водяной пар при температурах от -4°С до — 15°С, конденсируется в облаке – кристаллы льда слипаются и образуются в снежинки, таким образом, образуется снег.

Форма и размер снежинок зависят от температуры воздуха и силы ветров, при которых они падают. На поверхности снежинки образуют снежный покров, который отбивает больше половины лучевой энергии Солнца, а наиболее чистый и сухой снег – до 90% солнечных лучей.

Это охлаждает покрытые снегом территории. Снежный покров способен излучать тепловую энергию, и поэтому даже то незначительное тепло, которое у него есть, быстро идет в атмосферу.

Образующаяся вода при конденсации водяного пара – это дождь. Он выпадает из облаков и достигает поверхности Земли в виде капель жидкости. Сильные, слабые и умеренные (ливневые) дожди отличают, в зависимости от объема осадков, выпавших в определенный промежуток времени.

Интенсивность слабого дождя меняется от очень низкой до 2,5 мм/ч; умеренного дождя – от 2,8 до 8 мм/ч и при сильном дожде больше 8 мм/ч или больше чем 0,8 мм за 6 мин. При сплошной облачности на значительной территории обложные затяжные дожди, обычно слабые и состоят из мелких капелек.

На небольших территориях дожди, как правило, более интенсивные и состоят из более больших капелек. Атмосферные осадки в виде очень мелких капелек, которые очень медленно выпадают из тумана или облаков – это морось.

Так же выделяют и другие осадки: ледяной дождь, ледяная крупа, снежные зерна, снежная крупа и т. д. Но об этом я не буду писать, потому что из написанного выше примера основных осадков, можно теперь самому четко понять все эти значения. Все эти осадка имеют следующие последствия: гололед, обмерзшие деревья… и они очень похожи между собой.

Облачность.

Ее можно определить на глаз. Она изменяется в октах по 8-ми бальной шкале. Например, 0 окт – безоблачное небо, 4 окты – облаками закрыто полнеба, 8 окт – сплошная облачность. Погоду можно определить и без метеопрогнозов.

Она имеет местный характер: где-то идет дождь, а в нескольких км от него – стоит ясная погода. Иногда, это могут быть не километры, а метры (на одной стороне улицы ясно, а на другой идет дождь), я сама была неоднократно очевидцем такого дождя.

Многие рыбаки и жители сельской местности, а так же люди в преклонном возрасте, способны гораздо лучше спрогнозировать погоду в своей местности, изучая облака.

Во время заката красные облака на небе – часто гарантируют ясную погоду на следующий день. Грозы летом и град зимой – несут облака медного оттенка с яркими серебристыми краями. Бурю предвещает – рассветное небо, покрытое кроваво-красными пятнами.

Окончание периода установившейся погоды, нередко предвещает небо в «барашках» перисто-кучевых облаков. На изменение погоды часто указывают, высоко в небе, перистые облака («конские хвосты»). Грозы с дождем, снегом или градом, обычно приносят кучево-дождевые облака.

Обо всех видах облаков можно посмотреть подробнее

Ну вот, теперь мы рассмотрели все важные для нас осадки, и знаем основные приметы погоды 🙂

Циклон заставил измерить высоту снежного покрова в средней полосе и на северо-западе России

К 10 часам утра наблюдателям на многих метеостанциях территории, где уже прошел циклон, пришлось измерять высоту снежного покрова. До 10-14 см местами выросли первые сугробы в Латвии и Эстонии, в Литве их высота поменьше – до 4 см. И в областях нечерноземной зоны средней полосы Европейской России снег утром оставался лежать. На юго-востоке Ленинградской области снега выпало больше всего – тоже до 12-14 см. В Псковской, Вологодской и Костромской высота – до 4-6 см, в Новгородской, Тверской, Московской, Ярославской, Владимирской и Ивановской областях пока его высота меньше – до 1-3 см.

Осенние и зимние циклоны могут приносить снег, дождь, переохлажденный дождь, ледяной дождь.

В той части циклона, где расположен теплый атмосферный фронт, теплый воздух наползает на клин холодного воздуха, расположенный у земли. В результате перед приземной линией фронта получается «сэндвич с теплой начинкой», в котором между двумя холодными слоями воздуха, расположен теплый. Особый интерес представляет случай, когда температура в холодном воздухе отрицательная, а в теплом - положительная. В зоне такого атмосферного фронта, может наблюдаться широкий спектр осадков – от снега до дождя.

Снег идет перед фронтом, когда температура во всей толще тропосферы отрицательная. Если осадки, начавшие выпадать в виде ледяных кристалликов/снежинок, проходят через расположенный ниже слой теплого воздуха, толщина которого достаточна для того, что бы они растаяли, они превращаются в водяные капли. Если толщина слоя холодного воздуха, в который затем попадают капли, продолжая падать вниз, - большая, то они успевают покрыться ледяной оболочкой – образуется ледяной дождь. Если слой холодного воздуха относительно тонкий и расположен у поверхности земли, то капли дождя, попадая в него, становятся переохлажденными, но не успевают замерзнуть до тех пор, пока не соприкоснутся с холодной поверхностью земли, проводов, веток деревьев и т.д. Это - переохлажденный дождь. Если теплый слой воздуха простирается до поверхности земли осадки так и продолжают падать в виде дождя.

В зоне, где отмечаются переохлажденный дождь и ледяной дождь, - образуется гололед, который представляет собой ледяную корку, как на горизонтальных, так и на вертикальных (!) поверхностях. Гололед является опасным явлением, когда диаметр его отложений превышает 20 мм. Хотя проблемы начинают появляться, когда отмечается пока еще только сам факт гололеда – уже очень трудно передвигаться по поверхности, покрытой коркой льда (иногда коэффициент сцепление просто близок к «0»), автомобиль может покрыться коркой льда, и его трудно открыть и очистить стекла, не говоря уже о более серьезных вещах.

Если в теплом секторе температура повышается до положительных значений, нарастание гололеда прекращается и он быстро разрушается. Если температура не переходит в «+», то это очень плохо – гололед может сохраняться очень долгое время на проводах, ветках деревьев, на вертикальных поверхностях, где его трудно «извести» реагентами, как это было в конце декабря 2010 года в Центре ЕТР.

Часто зимой выпадает и мокрый снег. Снег, выпадающий при положительной температуре, близкой к 0°, когда снежинки частично подтаивают или когда вместе со снегом выпадает дождь. Снежинки мокрого снега обычно слипаются в хлопья. Мокрый снег, налипая на провода и ветки деревьев, увеличивает нагрузку на них. Диаметр отложений мокрого снега, превышающий 35 мм, считается опасным. Мокрый снег наблюдается при положительной, близкой к нулю, температуре у земли, когда снежинки частично подтаивают или когда вместе со снегом выпадает дождь. Интересно рассмотреть случай мокрого снега, когда распределение теплого и холодного воздуха по высоте противоположно тому, которое отмечается при выпадении переохлажденного дождя. В этом случае более холодный воздух находится над слоем более теплого воздуха. Здесь все зависит от температуры у поверхности земли и скорости ее понижения с высотой. Эти два фактора определяют толщину слоя с положительной температурой.

а) температура у поверхности земли небольшая, но понижается с высотой медленно. В этом случае нужна значительная толщина слоя с положительной температурой, чтобы снег полностью растаял;

б) температура у поверхности земли выше, но с высотой она быстро понижается, снег успевает растаять при меньшей толщине слоя.

Если его толщина менее 60 м, то почти 90% осадков будут выпадать в виде снега. Если высота слоя с положительной температурой около 275 м, то примерно половина осадков будет снегом, а половина – дождем. Если высота слоя с положительной температурой окажется выше 300 м, то вероятность выпадения снега будет меньше 50%.

В действительности в каждой конкретной синоптической ситуации возможны отступления от приведенных схем в зависимости от особенностей вертикального распределения температуры, относительной влажности воздушных масс, скорости перемещения и протяженности фронтальной зоны и т.д. Все эти тонкости учитываются синоптиками при прогнозе фазы и интенсивности осадков. Но все же, что бы не создавать путаницы и не вводить в ступор потребителей, в прогнозах используют более общую типизацию осадков по фазе без большой детализации, ограничиваясь терминами «снег», «мокрый снег», «дождь», либо их сочетанием. Если ожидается вероятность выпадения переохлажденных осадков (дождя, мороси, ледяного дождя), которые образуют гололед, то в прогнозах звучит просто «гололед». Такие явления предусматриваются в краткосрочных прогнозах погоды (на срок от 12 до 72 часов, или 3 суток).

Верхние слои кучево-дождевых и высоко-слоистых облаков, где температура гораздо ниже точки замерзания, состоят в основном из льдинок.

Так как температура в средних слоях несколько выше, то кристаллы льда, присутствующие в поднимающихся и падающих воздушных потоках, сталкиваются со сверхохлажденными каплями воды. Соприкасаясь, они образуют крупные кристаллы, достаточно тяжелые для того, чтобы стремится вниз, несмотря на восходящие воздушные потоки.

В падении кристаллы сталкиваются с другими частицами облаков и увеличиваются. Если температура внизу ниже точки замерзания, они попадают на землю в виде снега. Если над почвой теплый воздух, они превращаются в капли дождя. В случае, если восходящие воздушные токи внутри облака достаточно сильны, кристаллы льда могут подниматься и падать по нескольку раз, продолжая расти и в конце концов становятся очень тяжелыми и выпадают в виде града. Одна из самых крупных отмеченных когда-либо градин упала в Коффи-вилле (Канзас) в 1970 г. Она была почти 15 см шириной и весила 700 г.

Дождь, снег или град

Большую часть облачных слоев с самыми низкими температурами (график слева) составляют частицы льда. При чуть возросшей температуре в нижних слоях лед смешивается с водяными каплями и образует кристаллы, достаточно крупные для того, чтобы выпасть в виде дождя, снега или, при подходящих условиях, града.

Образование осадков

Эта модель образования кучево-дождевого облака (справа) показывает путь воздушных потоков, переносящих теплый, насыщенный паром воздух в более прохладные слои и при возвращении их в виде дождя, снега или града.

Обычно под естественными природными богатствами понимают лишь минералы, добываемые из недр Земли. Однако в последние годы ученые стали уделять много внимания «богатствам атмосферы», а именно дождю и снегу. Все чаще из разных частей света приходят сооб­щения о нехватке воды. Это явление особенно харак­терно для засушливых и полузасушливых районов. К сожалению, оно не ограничивается только этими ме­стами. В связи с увеличением населения Земли в сель­ском хозяйстве более широко применяется ирригация, растет, распространяясь по всему земному шару, про­мышленность. А это с каждым годом увеличивает по­требность в пресной воде. В ряде областей недостаток дешевой воды является важнейшим фактором, ограни­чивающим рост экономики.

В настоящее время имеется всего два основных источника пресной воды: 1) накопленная вода в озерах и подземных слоях, 2) вода в атмосфере в виде дождя и снега.

В последнее время были предприняты большие уси­лия по разработке средств опреснения воды в океанах. Однако вода, получаемая подобным путем, еще слишком дорога, чтобы ее можно было использовать для агротех­нических и промышленных целей.

Воды озер имеют большое значение для близ расположенных населенных пунктов. Но если озера удалены от населенных пунктов на несколько сотен километров, зна­чение их почти полностью утрачивается, так как про­кладка труб, установка и эксплуатация насосов слишком удорожают стоимость доставляемой воды. Вероятно, мо­жет показаться удивительным тот факт, что в периоды продолжительной жаркой погоды с малым количеством осадков некоторые пригороды Чикаго испытывают серьезную нехватку воды, несмотря на то что они нахо­дятся менее чем в 80 км от одного из величайших хра­нилищ пресной воды- озера Мичиган.

В некоторых районах, например в южной части штата Аризона, большая доля воды, используемой для иррига­ции и городского хозяйства, добывается из подземных водоносных слоев. К сожалению, водоносные слои по­полняются просачивающейся дождевой водой весьма не­значительно. Та вода, которая добывается в настоящее время из-под земли, весьма древнего происхождения: она осталась там еще со времен обледенения. Количество такой воды, называемой реликтовой, ограничено. Есте­ственно, что при интенсивной добыче воды с помощью насосов уровень ее все время понижается. Несомненно, что общее количество подземной воды достаточно ве­лико. Однако с чем больших глубин добывается вода, тем она дороже. Поэтому для некоторых районов должны изыскиваться другие, более рентабельные источники пресной воды.

Одним из таких источников является атмосфера. Благодаря испарению с морей и океанов в атмосфере существует большое количество влаги. Как часто гово­рят, атмосфера представляет собой океан с низкой плот­ностью воды. Если взять столб воздуха, простирающийся от поверхности земли до высоты 10 км , и сконденсиро­вать весь водяной пар, содержащийся в нем, то толщина слоя полученной воды будет лежать в диапазоне от нескольких десятых долей сантиметра до 5 см . Наимень­ший слой воды дает холодный и сухой воздух, наиболь­ший- теплый и влажный. Например, в южной части штата Аризона в июле и августе толщина слоя воды, содержащейся в столбе атмосферы, составляет в сред­нем более 2,5 см . На первый взгляд это количество воды кажется небольшим. Однако если учесть общую пло­щадь, занимаемую штатом Аризона, то получится весьма внушительная цифра. Следует также заметить, что за­пасы этой воды практически неисчерпаемы, так как во время ветров воздух штата Аризона постоянно насыщен влагой.

Естественно возникает жизненно важный вопрос: ка­кое же количество водяного пара может выпасть в виде дождя или снега в данной местности? Метеорологи фор­мулируют этот вопрос несколько иначе. Они спраши­вают, насколько эффективны в этом районе процессы образования дождя. Другими словами, какая часть воды (в процентах), находящейся над данной поверхностью в виде пара, действительно достигнет земли? Эффектив­ность процессов образования дождя различна в разных частях земного шара.

В холодных и влажных районах, как, например, на полуострове Аляска, эффективность близка к 100%. С другой стороны, для таких засушливых районов, как штат Аризона, эффективность в течение сезона летних дождей составляет всего около 5%. Если бы удалось уве­личить эффективность даже на очень малую величину, скажем, до 6%, выпадение дождей возросло бы на 20%. К сожалению, пока мы еще не знаем, как этого достичь. Данная задача - проблема преобразования природы, которую ученые всего мира пытаются решить в течение многих лет. Попытки активных воздействий с целью стимулирования процессов образования дождя начались еще в 1946 г., когда Ленгмюр и Шефер показали, что возможно искусственно вызывать осадки из определен­ных типов облаков, засевая их ядрами сухого льда. С тех пор в методах воздействия па облака достигнут опре­деленный прогресс. Однако еще нет достаточных осно­ваний считать, что количество осадков из какой-либо системы облаков может быть искусственно увели­чено.

Основная причина, по которой метеорологи в настоя­щее время еще не могут изменять погоду, заключается в недостаточном знании процессов образования осадков. К сожалению, мы еще не всегда знаем природу образо­вания дождя в различных случаях.

ЛЕТНИЕ ЛИВНИ И ГРОЗЫ

Еще не так давно метеорологи считали, что все осад­ки образуются в виде твердых частиц. Попадая в теплый воздух вблизи поверхности земли, ледяные кристаллы или снежинки тают и превращаются в капли дождя. Та­кое представление основывалось на фундаментальной работе Бержерона, опубликованной им в начале 30-х го­дов. В настоящий момент мы уверены в том, что процесс образования осадков, описанный Бержероном, действи­тельно имеет место в большинстве случаев, но не яв­ляется единственно возможным.

Однако возможен и иной процесс, известный под названием коагуляции. При этом процессе дождевые капли растут за счет их столкновения и слияния с более мелкими облачными частицами. Для образования дождя за счет коагуляции наличие ледяных кристаллов уже необязательно. Напротив, в этом случае должны существо­вать крупные частицы, которые падают быстрее, чем остальные, и производят много соударений.

Радиолокация сыграла важную роль в подтвержде­нии того обстоятельства, что процесс коагуляции в обла­ках конвективного развития протекает весьма эффек­тивно. Конвективные облака, напоминающие цветную капусту, иногда перерастают в грозовые. С помощью радиолокаторов с вертикально сканирующими антеннами можно наблюдать процесс развития таких облаков и от­метить, на каких высотах появляются первые частицы осадков.

Исследование роста области крупных частиц вверх и вниз может быть выполнено только при непрерывном наблюдении за одним и тем же облаком. Таким методом были получены серии наблюдений, одна из которых по­казана на рис. 20. Серия состоит из 11 различных радио­локационных наблюдений, иллюстрированных фотограм­мами с интервалами от 10 до 80 секунд.

Как видно из приведенной на рис. 20 серии наблюде­ний, первичное радиоэхо простиралось до высоты около 3000 м , где температура была 10° С. Далее радиоэхо быстро развивалось как вверх, так и вниз. Однако даже тогда, когда оно достигло максимальных размеров, вер­шина его не превышала 6000 м , где температура состав­ляла около 0°С. Очевидно, нет оснований считать, что дождь в этом облаке мог образоваться из ледяных кри­сталлов, так как зона осадков возникла в области поло­жительных температур.

Большое количество подобных радиолокационных наблюдений было произведено в разных районах США, Австралии и Англии. Такие наблюдения позволяют счи­тать, что в образовании ливневых осадков процесс коагу­ляции играет главную роль. Возникает вопрос, почему этот важный факт не был установлен до применения радиолокации. Одна из главных причин, объясняющих это обстоятельство, состоит в том, что невозможно опре­делить, где и когда возникают в облаке первые частицы осадков. Следует заметить, что при выпадении дождя вершина облака может простираться до высоты в не­сколько тысяч метров, достигая области с температура­ми -15° С и ниже, где существует множество ледяных кристаллов. Это обстоятельство и приводило ранее к ошибочному заключению, что ледяные кристаллы яв­ляются источниками осадков.

В настоящее время мы, к сожалению, еще не знаем относительной роли обоих механизмов образования дождя. Более детальное изучение этого вопроса поможет метеорологам успешнее развивать методы искусственного воздействия на облака.

НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА КОНВЕКТИВНЫХ ОБЛАКОВ

Радиолокационные наблюдения позволили более де­тально исследовать конвективные облака. Применяя раз­личные типы радиолокаторов, исследователи обнаружили, что в ряде случаев отдельные «башни» радиоэхо разви­ваются до очень больших высот. Так, например, в неко­торых случаях облака, имеющие диаметр 2-3 км, про­стираются до 12-13 км.

Мощные грозы обычно развиваются ступенчато. Вна­чале одна из башен радиоэхо растет, достигая высоты около 8000 м , затем снижается. Спустя несколько минут рядом с этой башней начинает вытягиваться вверх дру­гая, которая достигает большей высоты - примерно 12 км . Ступенчатый рост радиоэхо продолжается до тех пор, пока грозовое облако не достигнет стратосферы.

Таким образом, каждая башенка радиоэхо может рассматриваться как отдельный кирпич в общем здании или как единичная ячейка всей системы - грозового об­лака. Существование таких ячеек в грозовом облаке было постулировано в свое время Байерсом и Брехемом на основании результатов анализа большого количества метеорологических наблюдений, проведенных за различ­ными характеристиками гроз. Байерс и Брехем предпо­ложили, что грозовое облако состоит из одной или более таких ячеек, цикл жизни которых весьма непродолжи­телен. В то же время группа английских исследователей во главе со Скорером и Ладламом выдвинула свою тео­рию образования грозы. Они считали, что в каждом гро­зовом облаке есть большие пузыри.воздуха, поднимаю­щиеся от земли в верхние слои. Несмотря на различия в теориях образования грозы, обе эти теории все же предполагают, что развитие грозового облака происхо­дит ступенчато.

Исследования показали, что средние скорости роста башен радиоэхо в конвективных облаках составляют от 5 до 10 м/сек , а в некоторых типах грозовых облаков они могут быть и в два-три раза больше. Ясно, что в этом случае самолеты, попадающие в такие облака, испыты­вают значительную болтанку и перегрузки под действием сильных восходящих потоков и интенсивной турбулент­ности.

Каждому, кто пережидал грозу, известно, что она мо­жет длиться час или более. В то же время жизнь отдель­ной башенки или ячейки весьма коротка: как показывают радиолокационные наблюдения, примерно 23 минуты. Очевидно, что в большом грозовом облаке может быть множество ячеек, развивающихся последовательно одна за другой. В этом случае от момента появления дождя до его окончания может пройти значительно больше вре­мени, чем 23 минуты. В течение грозы, которая может продолжаться и несколько часов, интенсивность дождя не остается постоянной. Напротив, она то достигает максимума, то уменьшается почти до полного исчезнове­ния дождя. Каждое такое увеличение интенсивности дождя соответствует развитию очередной ячейки или башенки. Нетрудно убедиться в вышесказанном самому, если проследить с часами в руках за чередованием мак­симумов и минимумов интенсивности ливневого дождя.

ЗИМНИЕ ОСАДКИ

В теплое время года значительная часть осадков вы­падает из ливневых и грозовых облаков. Отдельные об­лака, простирающиеся до больших высот, дают осадки в виде локальных ливней. В образовании осадков из та­ких облаков важную роль играет процесс коагуляции. Как правило, отдельные облака имеют малые площади поперечного сечения, в них развиваются мощные восхо­дящие и нисходящие потоки, а продолжительность их существования не более часа.

Большинство осадков, выпадающих в. холодное время года, дают облака другого вида. Вместо локальных обла­ков в зимнее время появляются распространяющиеся по огромной площади облачные системы, существующие уже не часы, а дни. Такие облачные системы образуются вследствие очень медленного вертикального перемеще­ния воздуха (со скоростью менее 1 м/сек, в ряде случаев даже 10см/сек.).

Облака, из которых выпадает большая часть осад­ков, называются слоисто-дождевыми. Их форма обус­ловлена медленными, но продолжительными восходя­щими движениями воздуха в циклонах, возникающих в средних широтах и перемещающихся с западными те­чениями. Дожди из таких облачных систем обычно на­зывают обложными дождями. Они более однородны по своей структуре, чем дожди из конвективных облаков. Тем не менее при наблюдении за такими системами с помощью радиолокаторов внутри областей, где следо­вало было ожидать равномерного распределения осад­ков, обнаруживаются участки более высокой интенсив­ности осадков. Такие участки наблюдаются там, где скорости восходящих потоков заметно превышают сред­ние значения.

На рис. 21 приведена фотограмма типичной радиоло­кационной картины зимних осадков. Фотограмма полу­чена в Мак-Джилльском университете (Канада) с по­мощью радиолокатора с неподвижной вертикальной ан­тенной. Такой метод наблюдений давал разрез всей об­лачной системы, которая проходила над станцией. При­веденная фотограмма получалась путем экспонирова­ния пленки, медленно двигавшейся перед экраном инди­катора кругового обзора, на котором была видна одна только вертикальная линия развертки с изменяющейся по высоте яркостью в тех местах, где отмечалось радиоэхо. Таким образом, результирующая картина радиоэхо на фотограмме может рассматриваться как сумма мгно­венных картин, состоящая из множества близко рас­положенных вертикальных линий.

На фотограмме можно заметить, что на высоте бо­лее 2500 м наблюдаются наклонные стримеры, перехо­дящие в вертикальные и правильно расположенные яркие ячейки. Группа исследователей изМак-Джилльского университета, возглавлявшаяся Маршаллом, предполо­жила, что яркие ячейки представляют собой области, в ко­торых образуются кристаллы льда, а наклонные стри­меры - полосы падения осадков.

Если скорость ветра с высотой не меняется, то и ско­рость падения частиц осадков тоже постоянна. В этом случае нетрудно вывести простое соотношение, описываю­щее траекторию падения частиц. Для расчетов скоростей выпадения частиц Маршалл использовал метод наблю­дений с регистрацией картины радиоэхо на медленно движущуюся пленку. Проанализировав один из наиболее четко зафиксированных случаев и определив, что сред­няя скорость падения частиц составляла около 1,3 м/сек , Маршалл предположил, что частицы представляют собой конгломераты ледяных кристаллов.

При исследовании яркой линии радиоэхо (на фото­грамме это полоса на высоте около 2000 м ) становится очевидным, что зародившиеся частицы осадков, по край­ней мере в большей своей части, являются твердыми. Яркая полоса возникает несколько ниже уровня таяния, вблизи изотермы 0°С. Явление яркой полосы радиоэхо на фотограммах зимних осадков отмечалось многими исследователями и было детально изучено в последнее время.

Первым, кто дал удовлетворительное объяснение этому явлению, был Райд. Его гипотеза, разработанная в 1946 г., до сих пор считается правильной; позднее в нее другими исследователями были внесены некоторые уточ­нения.

Райд первым показал, что в том случае, когда раз­меры отражающих частиц много меньше длины волны, их отражательная способность в жидком состоянии при­мерно в пять раз выше, чем в твердом. Резкое возра­стание интенсивности радиоэхо ниже уровня нуле­вой изотермы происходит вследствие быстрого таяния падающих твердых частиц. Растаяв, частицы быстро пре­вращаются в сферические водяные капли, которые па­дают быстрее, чем снежинки. Увеличение скорости паде­ния частиц ниже изотермы 0°С и связанное с ним умень­шение их числа в единице объема воздуха, а следова­тельно, и внутри объема, освещенного лучом радиолока­тора, приводят к уменьшению интенсивности радиоэхо ниже слоя таяния. На рис. 21 видно, что полосы радио­эхо, расположенные ниже яркой линии, идут несколько круче, чем полосы радиоэхо, расположенные над ней. Большая крутизна полос падения в области ниже уровня таяния свидетельствует о том, что здесь частицы падают быстрее.

На основе анализа подобных наблюдений можно сде­лать вывод, что дожди, выпадающие из некоторых форм зимних облаков, возникают при очень низких темпера­турах. Даже в совершенно изолированных облаках об­разуются ледяные кристаллы, которые могут расти и увеличиваться в размерах до тех пор, пока не будут выпадать. При столкновении кристаллы объединяются в снежинки, которые движутся то траектории, определяе­мой их скоростями падения и ветром. Проникая в ниж­ние слои, снежинки могут попасть в облака, состоящие из маленьких переохлажденных капель, и продолжать свой рост за счет столкновения с ними. Сами по себе та­кие облака не могут быть обнаружены большинством современных радиолокаторов из-за малого размера ка­пель. Как только твердые частицы проходят уровень ну­левой изотермы, они быстро тают и увеличивают скорость своего падения. При попадании таких частиц в об­лака нижнего яруса они продолжают свой рост за счет столкновений и слияний с облачными каплями. Если температура у поверхности земли ниже 0°С, частицы осадков так и останутся в форме снежинок.

Однако не у всех широко распространенных систем облаков наблюдаются ясно выраженные стримеры выше уровня замерзания, подобные приведенным на рис. 22. В ряде случаев облака создают только отчетливые и яркие полосы радиоэхо, выше которых отсутствуют за­метные отражения. Такая картина, вероятно, возникает из-за того, что кристаллы льда, находящиеся выше яркой полосы, слишком малы, чтобы создать обнаруживаемое радиоэхо. При попадании таких кристаллов в область таяния увеличение их отражаемости происходит как за счет изменения фазового состояния, так и за счет даль­нейшего роста их размеров благодаря слиянию с более мелкими каплями.

Радиолокационные наблюдения привели к ряду важ­ных выводов. Было твердо установлено, что дождь, выпа­дающий из большинства облаков зимних форм и дости­гающий поверхности земли, образуется на больших вы­сотах в форме кристаллов льда. С другой стороны, вы­падение дождя из конвективных облаков зачастую про­исходит и при отсутствии ледяных кристаллов.

Когда исследователям удастся установить роль твердой фазы и процесса коагуляции в образовании осад­ков из данного типа облаков, появится реальная воз­можность активно воздействовать на них с целью искус­ственного вызывания осадков. Нет сомнения в том, что рано или поздно человек научится управлять облаками. Метеорологи всего мира объединяют свои усилия, чтобы ускорить решение этой задачи. Научившись управлять процессом осадкообразования, они смогут внести свой вклад в разрешение проблемы мировых водных ресурсов. Можно надеяться, что, когда появится возможность ис­кусственного регулирования осадков, будут найдены средства более эффективного их использования.