02
фев 10

Закон Бойля—Мариотта

Этот закон, открытый английским физиком Р. Бойлем (1627—1691)*, является одним из самых фундаментальных газовых законов, используемых исследователями при изучении реакции газов на изменение физических условий.

Закон Бойля—Мариотта гласит, что у заданной массы газа, находящегося при постоянной температуре, произведение давления на объем также есть постоянная величина. В алгебраической форме закон выглядит так:

PV= К.

Это уравнение обозначает, что если объем газа (V) уменьшается в несколько раз, то для поддержания постоянного значения К давление этого газа (Р) должно увеличиться во столько же раз. Другими словами, если поддерживается постоянная температура газа, то его объем обратно - пропорционален давлению.

02
фев 10

Закон Шарля и Гей-Люссака

Этот закон, связывающий объем газа с его температурой, независимо друг от друга открыли Ж. Шарль (1746—1823) и Ж. Гей-Люссак (1778—1850). Оба французских физика произвели одинаковые опыты для исследования поведения газов при разных условиях. Закон Шарля и Гей-Люссака гласит, что если объем газа остается постоянным, то при повышении температуры этого газа на один градус давление газа увеличится на 1/273 часть величины, которую газ имел при температуре 0°С.

Наоборот, если поддерживается постоянное давление газа, то увеличение его объема будет прямо пропорциональным возрастанию его температуры. При увеличении температуры на 1^С объем газа будет возрастать на 1/273 часть величины, которую он имел при температуре 0°С.

Соотношения между тремя характеристиками газа — объемом, давлением и температурой — имеют важное значение для метеорологии. Объем, давление и температура массы воздуха при перемещении ее из одной местности в другую могут изменяться. Это особенно заметно в том случае, когда масса воздуха поднимается или, наоборот, совершает' нисходящее движение из более высоких слоев атмосферы в направлении "к земной поверхности.

01
фев 10

Условия, благоприятствующие выпадению осадков

В связи с очень большим количеством разных факторов, влияющих на образование осадков, чрезвычайно трудно с большой точностью предсказать их выпадение. Начало выпадения осадков, их продолжительность и количество меняются в широких пределах даже на небольших площадях, около 100 кв км. Кроме того, при прогнозировании осадков трудно разграничить районы выпадения дождя и снега. Вид осадков зависит, в частности, от распределения температуры земной поверхности и температуры воздуха до высоты несколько сотен метров. Микрофизические свойства облаков и общая динамика процессов их образования в настоящее время еще не вполне выяснены.

01
фев 10

Образование облаков

Облака, являясь, одной стадией круговорота воды в природе, представляют собой системы из миллиардов крошечных капелек воды или мельчайших кристаллов льда, взвешенных в воздухе. Облака  образуются на любой широте.

Когда воздух поднимается, он быстро охлаждается вследствие расширения. Если охлаждение непрерывно и если количество водяного пара достаточно для того, чтобы он стал насыщенным, в воздухе появляются мельчайшие капли воды. Обычно такие капли медленно выпадают из вершины облака, где зародились. На более низких уровнях они начинают испаряться. Таким образом, в облаке на разных уровнях идет непрерывный процесс образования и испарения капель.

Некоторые облака образуются, когда две массы воздуха, имеющие разную температуру, перемешиваются и более теплый и влажный воздух охлаждается. Однако главным процессом, вызывающим образование облаков, все же 'бывает адиабатическое охлаждение поднимающегося воздуха.

Когда воздух поднимается, то точка росы достигается быстрее, чем в неподвижном воздухе вблизи земной поверхности. Точка росы в поднимающемся воздухе уменьшается с высотой примерно на 0,17°С/100 м. Таким образом, чем выше поднимается воздух, тем ниже становится в нем точка росы, т. е. температура, при которой начинается конденсация пара. Точка росы понижается, так как давление в поднимающемся воздухе уменьшается. Уменьшающееся же давление понижает концентрацию водяного пара.

Восходящее движение воздуха само по себе может быть вызвано несколькими причинами. Одна состоит в том, что возвышенность, лежащая на пути движущегося воздуха, заставляет его подниматься. Это явление называется орографическим восхождением. Другой причиной могут быть динамические особенности центральной части областей пониженного давления, где также развиваются восходящие движения воздуха. Поднимающийся воздух охлаждается и возникают облака. Наконец, воздух может подниматься в термиках — местных конвективных течениях небольшого масштаба.

01
фев 10

Классификация облаков

Первые и самые удачные классификации облаков были созданы еще в XIX веке. В этих классификациях учитывались разный внешний вид облаков и различная их высота. Современная классификация облаков выделяет 10 основных форм, которые далее часто подразделяются на несколько видов и разновидностей. Здесь мы рассмотрим лишь основные формы облаков. В тропосфере облака могут образоваться на всех высотах. Однако каждое семейство облаков, выделяемое в классификации, располагается в основном только в каком-либо одном диапазоне высот. В современной классификации выделены семейства облаков верхнего, среднего и нижнего ярусов, а также вертикального развития. Облака разных ярусов иногда могут сливаться, но обычно они довольно отчетливо разделяются   по ярусам.

Начиная со второй половины XIX в. метеорологи дают названия облакам, используя единые международные термины.

С 1880-х гг. при составлении классификации облаков используются их фотографии. В настоящее время формы облаков и облачных систем определяют, используя Международный атлас облаков. В названиях облаков часто встречаются слова или приставки, помогающие представить себе внешний вид данных облаков. Так, приставка . strato показывает, что речь идет о плоских слоистообразных облаках, cumulo относится к вытянутым по вертикали облакам в виде башен, nimbus—к облакам, дающим дождь, и т. д.

Облака нижнего яруса. Эти облака располагаются в слое атмосферы, простирающемся от земной поверхности до высоты около 2100 м. Приведем некоторые примеры облаков нижнего яруса.

  1. Слоистые (Stratus) — серые однородные облака, значительно вытянутые в горизонтальном направлении и похожие на более высоко расположенные облака, которые могут давать морось и ледяные кристаллы***. Однако обычно они состоят из мелких капель воды. Иногда   слоистые   облака   придают небу угрожающий вид*. Эти облака повторяют конфигурацию расположенной под ними местности, что связано с их происхождением: они часто являются результатом радиационного выхолаживания воздуха над разными ландшафтными участками.
  2. Кучевые (Cumulus) — плотные, иногда размытые, вытянутые повертикали, изолированные друг от друга облака, способные распространяться выше всех других облаков нижнего яруса. Обычно они имеют куполообразную белую вершину и плоское темное основание. Благодаря местным восходящим движениям воздуха эти облака не сливаются друг с другом, а имеют вид отдельных пирамид или ячеек. Из кучевых облаков могут выпадать ливневые осадки. Обычно эти облака состоят из капель воды. Осадки же они дают лишь в том случае, когда имеют большую вертикальную протяженность.
  3. Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus) имеют серый или белый цвет и иногда пятнистый вид. Они состоят из капель воды и иногда из кристаллов льда.
  4. Слоисто-кучевые облака (Stratocumulus) возникают под влиянием конвективных восходящих движений воздуха и турбулентного перемешивания. Эти процессы придают облакам кучевообразный вид или волнистое строение.

Облака среднего яруса. Эти облака лежат на высотах от 2100 до 4000 м в полярных районах и до 8000 м над тропиками. В названиях этих облаков часто используется приставка "Alto". В таких облаках теплый и влажный воздух совершает     восходящее     движение и при этом охлаждается, за счет чего и образуются эти облака в умеренных широтах. Приведем некоторые примеры облаков среднего яруса.

  1. Высоко-слоистые облака (Altostratus) представляют собой сравнительно однородный серый или голубоватый облачный слой, покрывающий все небо. Он состоит из чередующихся скоплений (пятен) капель воды и кристаллов льда. Высоко-слоистые облака могут давать снег, дождь и ледяной дождь. Появление таких облаков может быть предвестником выпадения этих видов осадков в ближайшие часы.
  2. Высоко-кучевые облака (Altocumulus) — белые или серые кучевообразные или неоднородные облачные слои. Они состоят из капель воды, хотя при низких температурах в них преобладают ледяные кристаллы.

Облака верхнего яруса. В умеренных широтах высота нижней границы этих облаков составляет от 3500 до 8000 м. Верхняя же их граница в тропиках может располагаться на высотах до 20 км. Они принадлежат к типу cirrus, что означает «завиток», «спираль» и т. п. Часто эти облака являются предвестниками приближения шторма, бури. Обычно они состоят из ледяных кристаллов, образующих нити, пучки или перистообразные прозрачные тонкие белые облака. Часто они образуют гало вокруг Луны, если она просвечивает через эти облака. К облакам верхнего яруса относятся следующие роды облаков.

  1. Перистые (Cirrus) облака представляют собой тонкие, нежные, белые нити,   распространяющиеся по всему небу. Они почти целиком состоят из кристаллов льда. Во время восхода и захода Солнца они могут окрашиваться в разные цвета. За их внешний вид их обычно называют конскими хвостами.
  2. Перисто-слоистые (Cirrostratus) облака имеют вид тонких нитей или волокон. Они состоят из кристаллов льда и могут давать гало. В верхней части таких облаков водяной пар конденсируется, а в нижней — испаряются облачные элементы. Появление перисто-слоистых облаков может предвещать выпадение дождя (или снега).
  3. Перисто-кучёвые (Cirrocumulas) — тонкие белые неоднородные облака, возникающие под действием небольших конвективных потоков воздуха. Волнистый вид этих облаков привел к появлению термина «небо в барашках». Перисто-кучевые облака обычно состоят из ледяных кристаллов.

Некоторые формы облаков, характеризующиеся значительной вертикальной протяженностью, простираются с самых нижних уровней до высот, на которых обычно располагаются облака верхнего яруса. К таким облакам относятся кучево-дождевые (Cumulonimbus), имеющие вид гор, высоких башен и т. п. Они образуются в результате развития и дальнейшего преобразования кучевых облаков. Кучевые облака тоже могут иметь значительную вертикальную протяженность, но кучево-дождевые отличаются от них большей плотностью, массивностью и внешним видом. Их вершина часто растекается, приобретая форму наковальни, или же благодаря наличию в ней ледяных кристаллов  принимает вид    перистых облаков. Вертикальная протяженность кучево-дождевых облаков может составлять от 100 м до 12 км.

Кучево-дождевые облака в основном состоят из капель воды, лишь в верхней части они могут содержать кристаллы льда. Эти облака часто называют грозовыми, и они действительно могут дать сильный ветер, молнию, ливневые осадки. Нередко они сопровождаются выпадением града и наблюдаются при прохождении торнадо.

31
янв 10

Наблюдения за облаками.

Измерение высоты нижней границы облачного покрова носит название измерения облачного «потолка». Оно производится с помощью специального прибора, называющегося «измеритель потолка». Этот прибор направляет луч света на основание облака, от которого луч отражается вниз, к детектору, позволяющему точно отсчитать высоту нижней границы облака .

Метеорологи определяют также количество облаков. Оно выражается в десятых долях покрытия неба облаками, называемых баллами. В ежедневных сводках погоды используются также качественные характеристики типа «ясно», «переменная облачность», «пасмурно» и т. п.

Определение форм облаков служит одним из лучших вспомогательных средств для ориентировочного предсказания погоды на ближайшие часы. Различные формы облаков часто весьма показательны для предстоящих в скором времени изменений погоды. Это объясняется тем, что каждая форма облаков, помимо всего   прочего,   является   результатом  определенных метеорологических процессов, вызывающих ее возникновение. Однако многие виды и формы облаков имеют столь сходный внешний вид, что' иногда бывает трудно точно определить многочисленные возможные их сочетания, которые могут наблюдаться в разные моменты времени. Для того чтобы правильно определить форму облаков и характеризуемую ими погоду, необходимо ясно представлять себе процессы, приводящие к возникновению этих облаков.

31
янв 10

Возникновение тумана

Туман, особенно часто встречающийся на побережьях, в действительности бывает   слоистым облаком, расположенным непосредственно у земной поверхности. Этот плотный покров сконденсированного водяного пара образуется в результате охлаждения воздуха, содержавшего насыщенный пар.

Туман представляет собой слоистое облако на земной поверхности, состоящее из микроскопических капель воды или кристаллов льда. На автомобиле, движущемся в переохлажденном тумане, может появиться ледяная корка.

Туман образуется в случае поступления водяного пара в теплый воздух или при охлаждении влажного воздуха до температуры, более низкой, чем точка росы. Воздух может охлаждаться при вторжении в данную местность нового, еще более холодного воздуха. При этом пар, содержащийся в воздухе, конденсируется и над земной поверхностью возникает туман более или менее значительной вертикальной протяженности.

Существуют различные виды тумана. Они подразделяются в зависимости от процессов их образования и места появления. Все классификации туманов имеют более или менее описательный характер.

Мы выделим здесь три основных вида тумана. Каждый из них возможен при несколько различающихся условиях. Этими тремя видами являются: радиационный туман, адвективный туман и фронтальный туман.

Радиационный туман. Радиационный туман известен также под названием приземного. Этот вид тумана возникает при быстром охлаждении нижнего слоя воздуха путем теплообмена с земной поверхностью. В этом случае приземный воздух охлаждается, а над ним оказывается более теплый воздух. Если при этом воздух неподвижен, туман образуется слабый или вообще не возникает. Но если есть легкий ветер, образование тумана идет очень интенсивно. Однако при более сильном ветре туман рассеивается вследствие перемешивания воздуха. Легкий же ветер в районе образования тумана приводит к распространению конденсации на более высокий приземный слой атмосферы. При этом туман становится более густым. Утром, когда солнечные лучи начинают прогревать воздух, капли тумана испаряются, т. е. снова превращаются в водяной пар, и туман рассеивается.

В местностях, расположенных на значительной высоте над уровнем моря, радиационный туман может появиться на склонах гор. Более плотный воздух стекает по склонам вниз и образует плотный и высокий туман в долинах, лежащих между возвышенностями.

Радиационный туман чаще возникает осенью и зимой, когда бывает сравнительно высокая относительная влажность воздуха, а также значительная продолжительность ночи. Радиационный туман появляется также в центрах областей повышенного давления, обычно характеризующихся слабым ветром и безоблачным небом. В сравнительно устойчивом воздухе радиационный туман, возникший вечером или ночью, может удерживаться в течение всего дня.

Адвективный туман. Адвективный туман образуется в воздухе, движущемся над местностью, в которой температура поверхности ниже температуры натекающего воздуха. Когда сравнительно теплый воздух двигается над более холодной сушей  или водоемом, он быстро охлаждается, а водяной пар в нем начинает конденсироваться. Появляется густой низкий туман. Иначе говоря, пар в нижнем слое атмосферы быстро становится насыщенным и возле земной поверхности образуется слоистое облако, имеющее значительную вертикальную протяженность. Туман этого вида может наблюдаться в любое время суток, а не только в холодные ночные часы.

Адвективный туман чаще всего появляется на побережьях, а также в районах, частично покрытых снегом и перемежающихся с бесснежными участками. В умеренных широтах такие туманы образуются в тех случаях, когда теплые южные ветры переносят воздух на север, т. е. в более холодные климатические области.

В северных районах Атлантического побережья США часто наблюдаются высокие адвективные туманы. Они чрезвычайно опасны для судоходства между США, Канадой и Европой. В зимние месяцы основные судоходные линии переносятся в более южные районы, чтобы корабли могли избежать встречи с туманами, образующимися у берегов Ньюфаундленда.

Если адвективный туман возникает над открытым морем, его называют морским туманом. Это бывает в том случае, когда теплый воздух перемещается над более холодной поверхностью моря и охлаждается путем теплопроводности. Он может появляться также над такими районами океана, где поблизости друг от друга проходят течения, заметно различающиеся по температуре, так как находящиеся над ними массы воздуха перемешиваются. Морские туманы могут быть очень продолжительными. Иногда они не рассеиваются в течение нескольких недель.

В горных районах могут возникать туманы склонов. Это происходит, когда вследствие адиабатического охлаждения теплый воздух, встречающий на пути гору, вынужден подниматься по' ее склонам. Быстро расширяясь, поднимающийся воздух понижает свою температуру до точки росы, что и вызывает появление густого горного тумана.

Фронтальный туман. Фронтальные туманы возникают в местах соприкосновения двух воздушных масс с различными свойствами. Такие места называются фронтальными зонами или проето фронтами. Фронты встречаются в атмосфере очень часто, но не все они обязательно сопровождаются туманом.

Чаще всего фронтальный туман наблюдается перед теплым фронтом. Такой туман может быть очень продолжительным. Обычно ему сопутствует выпадение осадков. Фронтальные туманы часты на восточном побережье США.

Фронтальные туманы образуются также и на некоторых холодных фронтах, но реже, чем на теплых, и не на столь обширных площадях, что объясняется меньшей шириной зоны, занятой холодным фронтом, по сравнению с теплым.

Фронтальные туманы — постоянная угроза для всех видов транспорта. Они наносят большой ущерб, когда приходится отменять полеты на авиалиниях или изменять маршрут полета. Даже при современных средствах посадки самолета по приборам туманы все еще остаются проблемой для военной и гражданской авиации.

Туманы на море стали причиной многих столкновений кораблей. Они особенно опасны на линиях, проходящих через Северную Атлантику, где встречаются айсберги. Гибель «Титаника» произошла из-за столкновения с айсбергом.

В таких крупных промышленных центрах, как Лос-Анджелес, Нью-Йорк, Лондон, нередко туман, смешиваясь с дымом, образует так называемый смог. Смоги наносят огромный вред здоровью людей. Смешение густого тумана с промышленным дымом в индустриальных центрах очень опасно, особенно для людей с сердечными заболеваниями и с болезнями дыхательных путей. Дополнительная нагрузка на дыхание и кровообращение таких больных во время продолжительных смогов нередко приводит к смертельному исходу.

Сажа, находящаяся во взвешенном состоянии в воздухе городов и крупных   промышленных районов, способствует образованию тумана и смога. В таких районах в атмосферу выбрасывается большое количество ядер конденсации. В результате нарушается нормальный термический режим и циркуляция воздуха. Загрязнение воздуха влияет даже на погоду, так, температура ночью в промышленных районах понижается медленнее обычного.

Один из известных случаев смога с большим числом смертных случаев произошел в Лондоне в декабре 1952 г. В холодной воздушной массе, располагавшейся над городом, сформировалась инверсия, которая затормозила перемешивание в приземном слое атмосферы. Промышленный дым, продолжавший поступать в атмосферу, смешивался с неподвижным насыщенным влагой воздухом и образовал над городом густое облако с высоким содержанием окислов серы. Это облако явилось главной причиной раздражения дыхательных путей. Число смертных случаев в день возросло. К середине первой недели после начала смога было зарегистрировано почти 1000 смертных случаев, вызванных этим смогом. Влияние смога замечалось еще на протяжении нескольких недель после того, как он рассеялся. Все это время число смертных случаев оставалось выше нормы.

31
янв 10

Виды осадков

Если пользоваться точными названиями, то частицы, взвешенные в атмосфере и несколько уменьшающие видимость удаленных предметов, следует именовать метеорами. Этот термин применим к любым твердым, жидким и газообразным частицам. Однако метеорологи используют его иначе, чем астрономы, и не рассматривают, в частности, те частицы, которые поступают в атмосферу Земли из космоса. Метеоры, состоящие из воды или водяного пара, являются гидрометеорами. К ним прежде всего относятся дождевые капли.

Следует отметить, что не все гидрометеоры выпадают в виде осадков и достигают земной поверхности. Нередко падающие гидро-метеоры успевают испариться или их подхватывают и уносят вверх конвективные восходящие движения.

В этом случае наблюдаются так называемые полосы падения осадков. Если гидрометеоры очень мелки, они могут оставаться в атмосфере во взвешенном состоянии.

В зависимости от условий образования гидрометеоры могут иметь различный вид.

31
янв 10

Дождь.

Диаметр дождевых капель 0,05— 0,6 см. Они достигают земной поверхности в виде капель воды. Однако, соприкасаясь с холодной земной поверхностью, они могут замерзать. Обычно дождь выпадает из кучево-дождевых, высоко-слоистых, слоисто-кучевых и слоисто-дождевых облаков. В облаках дождь образуется в виде капель воды или кристаллов льда, но, достигая земной поверхности, он всегда представляет собой капли воды.

30
янв 10

Ледяной дождь

Ледяной дождь образуется в том случае, когда теплая воздушная масса располагается выше слоя с отрицательной температурой, через который вынуждены пролетать капли дождя. В этом случае капли могут замерзнуть, не успев долететь до земной поверхности. В местах своего зарождения частицы ледяного дождя имеют примерно одинаковые размеры, но во время падения эти размеры быстро меняются. На падающих каплях конденсируется водяной пар, многие из них сливаются друг с другом и достигают диаметра 0,1 см. По мере дальнейшего поступления водяного пара образуются ледяные кристаллы. Эти гидрометеоры образуют плотный слои высоко-слоистых облаков. Переохлажденные дождевые капли, ударяясь о земную поверхность, часто образуют гололед.

30
янв 10

Морось

Морось представляет собой медленно падающие капли диаметром менее 0,05 см, которые иногда кажутся неподвижно висящими в воздухе. Капли мороси мельче дождевых и легко вовлекаются в движения воздуха. Морось образуется в низких слоистых облаках. Такие облака характеризуются высокой влажностью возле основания, которое может даже располагаться непосредственно у земной поверхности, как это бывает при тумане.

Если морось соприкасается с сильно охлажденной поверхностью земли или наземных предметов, то капли ее могут замерзать. Замерзшая морось образует на земной поверхности гололед, представляющий большую опасность для пешеходов и транспорта.

29
янв 10

Град

Градины — мелкие ледяные шарики, диаметр которых лежит в пределах от диаметра дождевых капель до 5 см и более*. Отмечены градины размером с бейсбольный мяч, но, к счастью, такие градины очень редки. Град возникает в кучево-дождевых облаках.

Разрез градины показывает, что она состоит из нескольких концентрических слоев льда.

Процесс роста градины обычно начинается со стадии образования небольшой ледяной крупинки. Концентрические слои градины состоят из чередующихся прослоек льда и плотного снега.

Существуют два самых распространенных представления о том как образуется град. Согласно одному из них, градина получается в результате многократных подъемов и падений частицы во влажном воздухе выше слоя замерзания. Бросать ее вверх-вниз могут, например, мощные восходящие и нисходящие потоки воздуха в грозовых облаках. Когда ледяной кристалл попадает в верхние холодные слои воздуха, на нем нарастает новый слой льда. Так повторяется несколько раз, пока градина не станет настолько тяжелой, что восходящие движения воздуха уже не смогут подбрасывать ее вверх, после чего она и выпадает на землю.

По другой теории градина, падая под действием силы тяжести, проходит в облаке через несколько слоев переохлажденных капель. Соприкасаясь с переохлажденными каплями облака, градина обрастает новыми ледяными прослойками.

Хотя очень крупные градины выпадают редко, все же градобития составляют серьезную проблему для сельского хозяйства. Сильный град может очень быстро уничтожить весь урожай.

В настоящее время делаются попытки разными методами предотвратить выпадение града. Так, например, засевают кучево-дождевые облака, дающие град, кристаллами йодистого серебра, которые путем сильного нагрева переводятся в газообразное состояние. В результате засева градины в таком облаке образуются очень рано, до того как успевают вырасти до значительных размеров. В Советском Союзе в целях управления процессом роста градин выполнен ряд экспериментов с йодистым серебром. Для этого облака обстреливали из зенитных орудий, снаряды которых начинялись йодистым серебром, способствующим раннему образованию ледяных крупинок и не дающим им вырасти до размера крупных градин.

29
янв 10

Искусственное вызывание осадков

В настоящее время делается много попыток искусственно воздействовать на явления погоды, влияющие на жизнь и деятельность человека. Управление погодой даже в ограниченных пределах может иметь огромное экономическое значение для человечества. Самой развитой областью исследований в этом направлении сейчас является искусственное вызывание дождя из облаков.

Уже довольно давно известно, что гигроскопические частицы могут вызывать выпадение осадков из облаков, находящихся в воздушных массах, относительная влажность которых составляет значительно менее 100%. Поэтому если каким-либо образом искусственно ввести в облака такие частицы, то можно вызвать выпадение осадков.

Природные ядра конденсации состоят из поднятых ветром частиц почвы, кристаллов морской соли, частиц сажи и вулканического пепла. Все они ускоряют образование дождевых капель, так как усиливают слияние микроскопических облачных капель или оказывают воздействие на них своей гигроскопичностью.

В 1946 г. исследования в области искусственного вызывания осадков начали В. Шефер и И. Лэнгмюр. Они вводили в переохлажденные облака частицы сухого льда, которые понижали температуру окружающего воздуха до —40°С и при этой температуре вызывали самопроизвольное зарождение ледяных кристаллов из водяного пара, содержащегося в этих облаках. Возникавшие кристаллы быстро вырастали за счет еще оставшегося пара, и вскоре из засеянных облаков начинали выпадать осадки.

Впоследствии было установлено, что такое же действие, как сухой лед, производит йодистое серебро, но оно эффективно и при более высоких температурах, а именно до —6°С. Йодистое серебро, как и сухой лед, вызывает быстрый рост ледяных кристаллов в облаках, приводящий к выпадению осадков, йодистое серебро может вводиться в облака с поверхности земли или с самолета, для чего его сначала сжигают, превращая в дым. Восходящие движения воздуха поднимают этот дым в облака, расположенные над местом сжигания кристаллов йодистого серебра (рис. 3-20). С помощью йодистого серебра были достигнуты некоторые успехи также и в искусственном рассеивании туманов. Наилучшие результаты получались при температуре тумана от —6 До 0°С и при отсутствии адвекции.

Однако искусственное вызывание дождя в крупных масштабах пока не удается. Описанные методы еще недостаточно разработаны, и в этой области необходимы дальнейшие исследования. В случае усовершенствования они действительно смогут приобрести важное значение, так как в облаках содержатся колоссальные запасы воды. Например, в 1,6 куб км облака может находиться до 4000 тонн воды.

Искусственное вызывание дождя пока еще не получило значительного развития по ряду причин. Одна из них состоит в том, что сам этот процесс недостаточно изучен. Кроме того, результаты крупномасштабных воздействий на атмосферные процессы пока остаются несколько неопределенными. Много сомнений вызывает вопрос о том, какое влияние искусственный дождь в одном районе может оказать на соседние районы. Что произойдет с запасами воды в некотором районе, если движущиеся к нему облака заранее искусственно обезводить? Какими законодательными и моральными требованиями должны быть ограничены мероприятия по искусственному вызыванию дождя? Эти и большое число других вопросов заставляют многих исследователей основательно пересмотреть свои взгляды на возможные последствия искусственного управления погодой даже и в ограниченных масштабах.

Для рассеивания облаков, а также вызывания осадков из непереохлажденных (теплых) облаков применяется другая методика. Пролетая через кучевые облака, самолет может рассеять их путем разбрызгивания капель воды. В тропических облаках такие капли, сливаясь с каплями самого облака, вырастают до размеров, достаточных для выпадения дождя.

Большой проблемой стали непреднамеренные изменения погоды в результате человеческой деятельности, особенно в промышленных районах. К таким изменениям приводят, в частности, промышленные дымы и другие продукты сжигания топлива в крупных городах. Обширные исследования в Чикаго и его окрестностях указали на довольно неожиданные последствия индустриализации этого района. Повторяемость гроз над Чикаго оказалась на 15% выше, чем в окрестностях. Предполагается, что скопление продуктов сжигания топлива увеличивает количество ядер конденсации в воздухе над Чикаго. Увеличение же количества ядер считается непосредственной причиной увеличения количества осадков. Было, однако, показано, что последнее имеет и еще одно положительное значение. Дело в том, что осадки вымывают часть ядер из атмосферы. Поэтому, например, грозовая деятельность очищающе действует на атмосферу. Не только ядра конденсации, но и другие цримеси вымываются из атмосферы осадками. Конечно, этим проблема борьбы с загрязнением атмосферы не решается и никто не станет утверждать, что очистку воздушного бассейна можно просто предоставить дождям. Но увеличив количество осадков, можно помочь постепенному очищению воздуха.

Для того чтобы достаточно точно оценить, как влияет изменение переменных характеристик атмосферы на климат, необходимы данные наблюдений на широко разветвленной всемирной сети станций. В настоящее время мы имеем обширную информацию о метеорологических явлениях лишь на территории Европы, Азии и Северной Америки, да и эта информация тоже недостаточна. Однако по остальным районам она еще беднее: остаются остро необходимыми данные примерно для 3/4 поверхности нашей планеты.

28
янв 10

Энергия Солнца в атмосфере

Земная атмосфера представляет собой динамичную газовую оболочку. В результате взаимодействия Солнца, атмосферы, поверхности суши и водоемов, т. е. в результате обмена энергией между ними создаются различия температуры воздуха на нашей планете. Движения воздуха есть следствие температурных различий между взаимодействующими воздушными массами, поскольку эти массы имеют и разную плотность. Воздух движется из районов, где плотность его больше, в районы, где она меньше.

Температурные различия воздушных масс обусловлены тем, что приход лучистой энергии различен в разных географических районах. В водоемах энергию поглощает более глубокий поверхностный слой, чем на суше, но зато и теряет тепло суша быстрее, чем вода. Поэтому характер земной поверхности определяет то количество тепла, которое она может отдать атмосфере.

Тепловое движение молекул воздуха и их столкновения между собою проявляются в виде давления, которое, таким образом, есть прямое следствие термического состояния воздушной массы.

Когда происходит поглощение тепла, молекулы начинают двигаться быстрее и объем воздуха увеличивается. Плотность его при этом уменьшается, т. е. число молекул в единице объема становится меньше. Поскольку плотность нагревшейся порции воздуха меньше плотности окружающей его ненагретой среды, то возникает сила плавучести. Это значит, что появляется импульс, заставляющий • нагревшуюся порцию воздуха подниматься. Поднимающийся воздух оставляет за собой область низкого атмосферного давления. В эту область устремляется холодный и плотный воздух, и давление здесь вновь повышается. Нагретый воздух продолжает восходящее движение до тех пор, пока его температура не окажется равной температуре окружающей среды.

Процесс замещения поднимающегося теплого воздуха холодным и более плотным воздухом называется конвекцией. Итак, вертикальные движения воздуха вызваны его неравномерным нагреванием.

Если посмотреть, как распределяется атмосферное давление по земной поверхности, можно заметить, что, несмотря на зависимость его от силы тяжести, действующей на воздух, в разных точках планеты оно не одинаково. В поле приземного давления есть области, в которых оно ниже или выше, чем в соседних областях, что объясняется различием температуры, радиационных условий и характера земной поверхности.

Используемые далее термины „повышенное давление" и „пониженное давление" характеризуют ту или иную область только относительно окружающих районов. Например, область пониженного давления В умеренных широтах существенно отличается от области низкого давления в так называемом глазу тропического циклона.

Можно заметить, что над горизонтальной поверхностью воздух стремится двигаться из области повышенного давления, где он „накопился", в сторону области пониженного давления. Скорость этого движения определяется разностью давления, так называемым градиентом давления. (Вертикальные же движения типа конвекции поддерживаются разностями температуры я плотности поднимающегося и окружающего воздуха.) При этом область пониженного давления характеризуется сходящимися движениями холодного воздуха, который нагревается и начинает подниматься. В области же повышенного давления опускающийся воздух достигает земной поверхности и начинает растекаться (дивергировать). Горизонтальное движение воздуха от области повышенного к области пониженного давления и создает ветер.

Распределение атмосферного давления по земной поверхности изображают на карте погоды с помощью линий одинакового давления — изобар. Чем теснее лежат изобары на карте погоды, тем больше градиент давления и тем сильнее ветер. В области пониженного давления градиент обычно больше и ветер сильнее, чем в области повышенного давления.

Атмосферное давление уменьшается с увеличением высоты из-за соответствующего уменьшения плотности воздуха. Например, давление на уровне моря примерно вдвое больше, чем на высоте 6 км. Это объясняется тем, что ниже этого уровня сила тяжести удерживает около половины всей массы воздуха. На еще больших высотах плотность воздуха продолжает уменьшаться. Соответственно и давление продолжает падать с высотой, но уже медленнее, чем в нижних слоях атмосферы.

Таким образом, само давление и его. влияние на ветер в свою очередь зависят от высоты и температуры: высота определяет ту массу воздуха, которая создает давление на данном уровне, температура же определяет плотность и в конечном счете давление.

Перемещения воздуха перераспределяют энергию, получаемую атмосферой извне. Такие области, как Арктика, в течение длительных периодов времени испытывают значительный дефицит лучистой энергии, т. е. теряют большее количество энергии, чем получают от Солнца. В области же экватора приходит больше лучистой энергии, чем уходит. Постоянная циркуляция атмосферы и океана— самых подвижных оболочек Земли — перераспределяет эту энергию таким образом, что в масштабе всей Земли в среднем за ряд лет приход и расход энергии находятся в равновесии.

До сих пор имеется еще много неясного в представлениях о переходе одних форм энергии в атмосфере в другие и об обмене энергией между атмосферой и поверхностью Земли. Еще ждут объяснения процессы поглощения и отражения газами разных потоков лучистой энергии. К тому же наши знания о процессах, происходящих на границе между океаном и атмосферой, а также об энергетических свойствах поверхности суши, пока еще тоже весьма неполны.

27
янв 10

Лучистая энергия и времена года

Количество солнечной радиации, которую получают те или иные районы, зависит от положения Земли относительно Солнца. От изменения этого положения— отклонения земной оси от перпендикуляра зависит и смена времен года. Зимой (северного полушария) Земля находится ближе к Солнцу, чем летом, и получает на 7% больше солнечной радиации, но это уравновешивается влиянием наклона земной оси, а также распределением суши и океанов и другими факторами.

Поверхность суши нагревается и охлаждается быстрее, чем поверхность водоемов. Даже при беглом взгляде на карту мира видно, что большая часть суши сосредоточена в северном полушарии, а большая часть водной поверхности находится в южном полушарии.

Таким образом, изменение расстояния между Землей и Солнцем в годовом цикле оказывается лишь второстепенной причиной смены времен года.

В результате того что изменяется положение Земли относительно Солнца, изменяется постепенно в течение года и наибольшая — полуденная — его высота над горизонтом. Это изменение является прямым следствием вращения Земли вокруг Солнца и наклона ее оси.

Так называемые тропики представляют собой те наиболее удаленные от экватора широты, на которых Солнце в полдень может находиться в зените, т. е. прямо над головой наблюдателя. 21 июня Солнце в полдень находится в зените прямо над Северным тропиком. В этот день — день летнего солнцестояния — начинается лето в северном полушарии. В полдень 21 декабря Солнце находится в зените над Южным тропиком. В этот день — день зимнего солнцестояния — начинается зима в северном полушарии. Таким образом, зима в северном полушарии начинается 21 декабря, когда северный конец оси Земли направлен в сторону, противоположную Солнцу. Лето же начинается примерно 21 июня, когда северный конец земной оси направлен в,сторону Солнца.

На траектории орбитального движения Земли вокруг Солнца есть еще две важные точки, лежащие примерно посредине между точками солнцестояний. Около 23 сентября и около 21 марта Солнце в полдень находится в зените точно над экватором. Эти две даты означают начало соответственно осени и весны в северном полушарии. В эти дни ось Земли еще занимает свое прежнее положение относительно небосвода, но уже не наклонена ни к Солнцу, ни в противоположную сторону.

Северный тропик расположен на 23°30' с. ш., а Южный тропик на 23°30' ю. ш. Наблюдая ежедневно за точкой наивысшего положения Солнца на небосводе, можно заметить, что точка эта за год перемещается на 47°. Указанные даты начала сезонов приблизительны и могут колебаться в пределах одного-двух дней, так как наши измерения времени неточны.

Из-за наклонного положения земной оси угол, под которым солнечные лучи падают на Землю, в течение года меняется. Угол, под которым лучи Солнца падают на земную поверхность, и продолжительность светлого времени суток непосредственно определяют собой сезонные изменения состояния атмосферы.

В летний полдень, когда угол падения солнечных лучей ближе всего к прямому, на единицу площади земной поверхности поступает наибольшее количество солнечной энергии. Зимой же, когда угол между пучком солнечных лучей и земной поверхностью уменьшается, уменьшается и приход солнечной радиации на единицу площади. Стало быть, земная поверхность меньше нагревается зимой, чем летом.

Угол падения солнечных лучей в полдень на горизонтальную земную поверхность можно вычислить, найдя дополнение до 90° к разности между широтой данного места и той широтой, на которой Солнце в полдень этого дня находится в зените. Чем меньше этот угол, тем меньше и инсоляция, т. е. количество солнечной энергии, получаемое земной поверхностью. Инсоляция прямо пропорциональна углу падения солнечных лучей на земную поверхность.

Рассматривая влияние наклона земной оси на приход солнечной радиации, отметим и тот факт, что Земля окружена атмосферой. Чтобы достичь земной поверхности, поток солнечной радиации должен в разные сезоны пройти через неодинаковую толщу воздуха. Зимой, когда угол падения солнечных лучей мал, они проходят через большую толщу атмосферы, чем летом. Это значительно ослабляет поток солнечной радиации и уменьшает ее количество, приходящее к земной поверхности. Летом же, когда Солнце в полдень стоит высоко, лучи его проходят в атмосфере более короткий путь и потому не ослабляются столь сильно, как зимой.

Продолжительность дня также влияет на инсоляцию в разное время года. Летом день длиннее, чем зимой, а потому и поступление солнечной радиации на земную поверхность летом тоже больше. Например, в Нью-Йорке в день летнего солнцестояния продолжительность дня достигает 15 часов, в день же зимнего солнцестояния она почти вдвое меньше. Это самый короткий день в го> ду*. В зависимости от времени года каждый следующий день бывает короче или, наоборот, длиннее, чем предыдущий.

Таким образом, наклон земной оси обуславливает действие трех важных факторов, которые уже в свою очередь влияют на смену сезонов. Из-за меньшего угла падения лучей интенсивность солнечной радиации зимой меньше, чем летом. Продолжительность дня летом больше, чем продолжительность ночи, и потому приход радиации в дневные часы больше, чем ее потеря ночью. И наконец, ослабление солнечных лучей зимой сильнее, чем летом, так как в первом случае лучи проходят более длинный путь в атмосфере.