Рассказывая о том, как образуются облака и почему идёт дождь, мы упоминали о летних коротких, скоропроходящих дождях. Но - мы знаем, что бывают дожди, которые тянутся не переставая иногда по несколько дней. Как же образуются они?
Чтобы разобраться в этом, посмотрим на рис. 14. На нём изображена хорошо известная горным жителям картина, когда на склоне горы лежит облако и выпадает дождь, а кругом в это время ясно. Здесь облако образовалось потому, что воздух охладился, поднявшись вверх по склону горы, и находящийся в нём водяной пар слился в облачные капельки. Этот подъём воздуха длится очень долго, и дождь здесь будет затяжным.
Но почему выпадают длительные обложные дожди ка равнинах или на море, где никаких гор нет? Ведь мы часто наблюдаем их и на ровной местности. Образуются ли они иначе? Может быть, здесь не нужно подъёма и охлаждения воздуха? Нет, оказывается и в этих местах дождь образуется так же, как только что было рассказано. Тёплый воздух и здесь поднимается вверх, как по горе, только роль горы играет клин холодного, тяжёлого и плотного воздуха, лежащего на земле. Всползающий по этому клину тёплый воздух всё больше охлаждается, водяной пар в нём превращается в капельки воды, образуются облака, и наконец, — если воздух поднимется достаточно высоко, — начинает выпадать дождь (рис. 15).
Мы уже говорили, что нагревание разных участков земной поверхности происходит по-разному: сухая почва нагревается скорее, но скорее и охлаждается, вода нагревается очень медленно, но и медленно отдаёт своё тепло; лес и степи нагреваются меньше, чем сухая, голая почва, и так далее.
Но нагрев земной поверхности зависит, главным образом, от того, как падают солнечные лучи: чем прямее падает луч, тем сильнее он нагревает землю. В полдень всегда жарче, чем утром или вечером. На экваторе, где Солнце круглый год стоит над головой, много жарче, чем в полярных странах, где Солнце едва поднимается над горизонтом.
А различно нагретые участки земной поверхности неодинаково нагревают и расположенный над ними воздух. На Севере воздух холоднее, в тропиках и на экваторе — теплее. Над сушей летом теплее, чем над водой, а зимою холоднее.
Но с поверхности Земли в воздух поступает не только тепло. Лежащий над сухой пустыней воздух загрязняется попадающими в него с почвы пылью и песком; в лежащий над морем или озером воздух попадает испаряющаяся с них вода. Таким образом, различные участки атмосферы, лежащие над разными частями земной поверхности, приобретают и разные свойства. Летом воздух над морем всегда чище, холоднее, влажнее воздуха, лежащего над очень нагретой сушей. Он так и называется морским. Воздух над сушей (материком или континентом) в летнее время сух и сильно загрязнён. Он называется континентальным.
Рис. 16. Холодный воздух отклоняет внизу пламя свечи в тёплое помещение, а тёплый воздух вверху отклоняет пламя наружу.
Такие отдельные «куски» или части воздуха с определёнными свойствами называются воздушными массами.
Воздушные массы не лежат постоянно на одном месте, а перемещаются на очень большие расстояния. Это как раз и вызывается тем, что они имеют различные свойства и, в первую очередь, разную температуру.
Вспомним следующее: если мы зимою приоткроем дверь из тёплой комнаты во двор, то сразу же почувствуем, что к нам в комнату поступает наружный холодный воздух. Но этот воздух будет идти по полу, а у верха двери на двор будет выходить тёплый воздух из комнаты. В этом легко убедиться, поставив в дверях две свечки: внизу, на пороге, и наверху (рис. 16). Пламя стоящей внизу свечи отклонится в комнату, это указывает на перемещение здесь холодного воздуха со двора внутрь комнаты, а пламя верхней свечи отклонится из комнаты наружу: там нагретый воздух выходит из комнаты во двор.
Тоже происходит и на земной поверхности. Холодный воздух, как более тяжёлый, всегда стремится занять внизу место более лёгкого тёплого воздуха и вытеснить его вверх; тёплый воздух вынужден подниматься кверху и располагаться над холодным. Передвижение воздушных масс по земной поверхности мы и ощущаем как ветер.
Движущаяся воздушная масса довольно долго сохраняет свои свойства. Они меняются медленно и постепенно.
Представим себе теперь, что летом над нами несколько дней простояла одна воздушная масса. Она сильно нагрелась, запылилась, и, следовательно, погода у нас будет сухой и жаркой, воздух мало прозрачен. Затем эта воздушная масса ушла и на её место пришла новая воздушная масса, скажем, с наших северных морей. Эта масса проделала далёкий путь над холодными морями, и сама при этом стала холодной, влажной и чистой, так как над морем нет пыли. Она сильно изменит погоду. Вместо жаркой и сухой — погода станет прохладной и влажной, воздух будет очень прозрачным.
Такие случаи мы часто наблюдаем весной. Ночью при этом обычно бывают заморозки. Это значит, что к нам пришёл холодный воздух с севера.
Стало быть, изменения погоды и её состояние каждый раз зависят от того, какая воздушная масса находится сейчас над нами и какая её сменяет.
Когда встречаются две воздушные массы — холодная и тёплая, они не смешиваются друг с другом. Граница между ними долгое время остаётся резкой — она называется фронтом. Холодный воздух подтекает клином под тёплый, вытесняя его, и тёплый воздух по клину холодного поднимается вверх. Вот здесь на фронте и происходит наиболее резкая смена погоды: образуются облака, выпадает длительный, обложной дождь.
Но почему же в летний день подъём воздуха вызывает образование кратковременных ливней, а подъём тёплого воздуха вверх по клину холодного вызывает длительные обложные дожди? Это зависит от скорости, с которой воздух поднимается в одном и другом случае, и от того, какое количество его участвует в подъёме. В жаркий день перегретые небольшие воздушные «пузыри» быстро всплывают вверх, и дождь падает только из них. Поэтому он начинается внезапно, бывает очень сильным, но коротким.
Когда же по клину холодного воздуха всползают огромные массы тёплого воздуха, то они поднимаются медленно и дождь выпадает в течение многих часов, так как подъём всей тёплой массы длится очень долго и охватывает большие пространства.