Или снег или дождь или град

Как образовывается дождь, снег, град, роса и иней: физика процессов

В метеорологии осадками называется вода, которая падает на поверхность земли из атмосферы в жидкой или твердой формах под действием силы тяжести. Поэтому такие явления, как дождь, снег, град, — это осадки. Рассмотрим вопрос о том, как образовывается дождь, снег, град, а также роса и иней.

Что представляют собой облака и тучи?

Перед тем как разобрать вопрос, как образовывается дождь и другие типы осадков, рассмотрим такие природные объекты, как облака и тучи, с точки зрения физики, поскольку они играют важную роль в процессе появления осадков.

Облака и тучи представляют собой скопление небольших капелек или кристалликов воды, которые находятся во взвешенном состоянии в атмосфере. Состоит ли данное облако из кристалликов или мелких капелек воды, зависит от высоты над поверхностью земли этого облака и температуры. Образуются облака в результате того, что теплые и влажные массы у поверхности воды в морях и океанах поднимаются, охлаждаются и конденсируются в мелкие капли. Эти капли настолько маленькие, что не видны невооруженным глазом. Их совокупность и образует облака и тучи. Если эти капли по той или иной причине станут увеличиваться в размерах, то они упадут на землю.

Образование дождя

Чтобы понять, как образовывается дождь, следует обратить внимание на размер взвешенных в атмосфере капель воды, которые составляют облако. Когда эти капли начнут сталкиваться и соединяться друг с другом, то при определенном критическом размере сила тяжести заставит их падать вниз, на землю. При этом они приобретают скорость от 4 до 8 м/с.

Дождевая капля имеет размер порядка 1 мм (от 0,7 мм до 5 мм). Чтобы достигнуть этого размера, капельки облака должны увеличить свою массу в миллионы раз. В связи с этим толщина облака должна быть больше некоторого размера. Некоторые облака могут достигать в толщину 12 км, при этом они способны приводить к образованию мощных и продолжительных ливней, а в некоторых случаях даже града.

Большая толщина облаков и туч позволяет капелькам подниматься в их толще вверх, соединяясь при этом с другими капельками. В результате этого процесса образуются крупные капли, которые и падают в виде дождя. Еще один механизм, который объясняет, как образовывается дождь, заключается в следующем: поднимаясь в толще тучи, мелкая капелька охлаждается и кристаллизуется. Эти кристаллики падают на землю, при падении они нагреваются и превращаются в воду.

Феномен вирга

Вирга — это дождь, который идет в атмосфере, но поверхности земли не достигает. Этот природный феномен можно объяснить, если рассмотреть вопрос с точки зрения физики. Как образуется дождь такого рода? Дело в том, что между большой тучей, способной к образованию осадков, и поверхностью земли могут существовать слои воздушных масс, которые будут сильно разогретыми и сухими. В таком случае падающие из толщи тучи капли воды при попадании в эти горячие и сухие воздушные массы будут просто-напросто испаряться снова и никогда не достигнут поверхности земли.

Образование снега

Продолжим разбирать вопрос, как образуется дождь, роса и снег. Теперь остановимся на процессе образования твердых осадков — снега.

Снег — это твердая форма существования воды, которая падает на поверхность земли в виде снежинок. Снежинки образуются, когда маленькие капельки воды в тучах охлаждаются до температур ниже 0 °C и кристаллизуются. Для того чтобы образовывался снег, недостаточно низких температур, еще должен существовать некоторый уровень влажности в атмосфере. Существуют места на земле, которые являются достаточно холодными, но из-за сухого воздуха снег в них практически не идет.

Образование града

Исследуя вопрос, как образуется роса, иней, дождь и снег, нельзя не упомянуть про град. В отличие от снега, которому достаточно для образования небольших низких температур, град образуется тогда, когда температура ниже -15 °C. Поскольку температура в атмосфере уменьшается с увеличением высоты, град образуется в верхней части толстых облаков, где температуры опускаются до -50 °C. Такие облака называются кучево-дождевыми. В их нижней части вода находится в виде маленьких жидких капелек, а в верхней части — в виде кристалликов льда. Эти кристаллики постепенно растут благодаря капелькам воды, поднимающимся из нижней части тучи из-за восходящих воздушных потоков. Когда кристаллик достигает критического размера, он падает на землю. Отметим, что не все кристаллики льда достигают поверхности земли, поскольку они тают в процессе падения.

Роса и иней

Завершим рассмотрение вопроса, как образуется дождь, снег, роса и иней, физическим объяснением двух последних явлений, то есть образования росы и инея.

Оба этих явления связаны с суточными колебаниями температур в атмосфере. Для их понимания следует знать, что растворимость воды в газообразном виде в атмосфере зависит от температуры. Чем больше температура воздуха, тем больше воды в виде пара может в нем раствориться. Днем солнце разогревает воздух и приводит к испарению воды и повышению влажности в атмосфере. Ночью воздух охлаждается, растворимость водяного пара в нем снижается, лишняя вода конденсируется в виде маленьких капелек, которые выпадают в форме росы.

Иней образуется аналогичным образом, только в этом случае либо температура воздуха опускается ниже нуля, что приводит к замерзанию капелек воды в атмосфере, либо поверхность земли является достаточно холодной, и выпавшая на нее роса кристаллизуется.

Источник

Почему идет дождь, снег, град?

Дождь, снег и град называют атмосферными осадками. Все это вода в жидком и твердом состоянии. Но как же получается, что вода оказывается на небе? Как образуется дождь, снег и град?

Дождь и снег

Осадки – это влага (вода), которая выпадает на землю в жидком или твёрдом виде. На небе вода оказывается так: водяные пары, которые образуются над поверхностью водоёмов в результате того, что их нагревает солнце, постепенно поднимаются вверх. На большой высоте холодно. Нагретый над поверхностью Земли водяной пар постепенно охлаждается и превращается в капельки воды или снежинки. Из мелких капелек и льдинок образуются облака.

Если облака находятся в зоне с температурой выше 0 °C, то они состоят из капелек воды, которые, столкнувшись друг с другом, сливаются. Они становятся тяжелее и падают на землю. Так получается дождь.

Если же облако оказалось в зоне, где холодно, то в облаке капельки влаги замерзают, превращаясь в причудливые снежинки. Они склеиваются друг с другом и выпадают в виде пышных хлопьев. Так образуется снег. Мокрый снег – результат того, что по пути к земной поверхности снежинки немного подтаивают.

Если же внутри облака замёрзшие частицы воды то опускаются, то поднимаются, происходит увеличение и уплотнение снежинок. Они превращаются в ледяные крупинки и падают вниз. Такие атмосферные осадки называют градом. Иногда частички льда могут достигать достаточно крупных размеров. Град быват размером с куриное яйцо.

Роса, иней

В тёплое время года за ночь пары воды, которые присутствуют над землёй в больших или меньших количествах, остывают. В результате этого влага скапливается, превращается из пара в жидкость и покрывает холодные предметы (например, траву, листья) капельками воды. Это — роса. Роса бывает обычно в теплое время года. Если то же самое происходит в довольно холодное время года, то на земной поверхности оседает замёрзшая влага, или иней.

Источник

IT News

Last update Вс, 29 Янв 2017 11pm

Почему выпадают дождь, град и снег

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.

Источник

Атмосферные осадки

Атмосфера нашей планеты постоянно пребывает в движении – не зря ее называют пятым океаном. В ее толще наблюдаются перемещения теплых и холодных воздушных масс – с различной скоростью и направлением дуют ветры. Порой содержащаяся в атмосфере влага конденсируется и выпадает на поверхность земли в виде дождя или снега. Синоптики называют это атмосферными осадками.

Атмосферными осадками в научной среде принято называть обычную воду, которая в жидком (дождь) либо твердом (снег, иней, град) виде выпадает из атмосферы на поверхность Земли.

Осадки могут выпадать из облаков, которые сами представляют собой конденсированную в мельчайшие капельки воду, либо образовываться непосредственно в воздушных массах при столкновении двух атмосферных потоков с разной температурой.

Количество осадков определяет климатические особенности местности, а также служит основой урожайности сельскохозяйственных культур. Поэтому ученые-метеорологи постоянно замеряют, сколько осадков выпало в той или другой местности за определенный период. Эта информация ложится в основу прогнозов погоды, урожайности и т.д.

Осадки измеряют в миллиметрах слоя воды, который покрывал бы поверхность земли, если бы вода не впитывалась и не испарялась. В среднем за год выпадает 1000 миллиметров осадков, но одним местностям достается больше, а другим – меньше.

В Москве среднее количество осадков за год около 580 миллиметров, в Санкт-Петербурге – 660, в пустынях Азии – менее 100. Наибольшее количество осадков характерно для Черапунджи (Индия) – 12 000 миллиметров в год, при этом были годы, когда количество выпавших осадков превышало 20 000 миллиметров! В России самое влажное место находится в районе юго-западных склонов Кавказа.
Согласно Книге рекордов Гиннесса, самое влажное место на Земле находится в Индии. Деревушка Маусинрам расположена в штате Мегхалая, название которого переводится как “земля облаков”. С июня по сентябрь муссоны несут сюда с Бенгальского залива влагу, которая конденсируется над 1,5-километровым плато в районе Восточных гор Кхаси. В результате, за год в этом месте выпадает 11 871 миллиметров осадков: если бы статуя Иисуса Христа (которая находится в Рио-де-Жанейро и достигает 38 метров в высоту) была установлена здесь, она оказалась бы по колено в воде. В 16 километрах на восток от Маусинрама расположен город Черапунджи, более известный у местных как Сохра. Это второе по влажности место на Земле. Несмотря на обильные осадки (до 11 430 миллиметров осадков в год), жители этого города страдают от засухи, когда сезон муссонов заканчивается.

Дождь. Мельчайшие капельки воды, диаметром от 0,05 до 0,1 мм, из которых состоят облака, сливаясь друг с другом, постепенно увеличиваются, становятся тяжелыми и падают на землю в виде дождя. Чем сильнее восходящие струи воздуха от нагретой солнцем поверхности, тем крупнее должны быть падающие капли. Поэтому летом, когда приземный воздух нагрет землей и воздушные массы стремительно поднимаются вверх, выпадает обычно дождь в виде крупных капель, а весной и осенью — моросящие дожди. Если дождь выпадает из слоистых облаков, то такой дождь является обложным, а если из кунево-дождевых — ливневым. От дождя необходимо отличать морось. Этот вид атмосферных осадков обычно выпадает из слоистых облаков. Размер капель значительно меньше дождевых. Скорость их падения столь мала, что они кажутся взвешенными в воздухе.

Снег. Он образуется в том случае, когда облако находится в воздухе с температурой ниже 0°. Снег состоит из кристалликов различных форм. Больше всего снега выпадает на склонах вулкана Рейнир (штат Вашингтон, США) — в среднем ежегодно 14,6 м. Этого достаточно, чтобы засыпать 6-этажный дом.

Град. Он возникает при сильных восходящих потоках воздуха в теплое время года. Капельки воды, попадая на большую высоту с потоками воздуха, замерзают, и на них слоями начинают нарастать ледяные кристаллики. Капли тяжелеют и начинают опускаться вниз. При падении они увеличиваются в размерах от слияния с каплями переохлажденной воды. Иногда град достигает размера куриного яйца, обычно с различными слоями по плотности. Как правило, град выпадает из мощных кучево-дождевых облаков при грозе или ливне. Частота выпадения града различна: в умеренных широтах он бывает 10-15 раз в год, у экватора на суше, где значительно более мощные восходящие потоки, — 80-160 раз в год. Над океанами град выпадает реже. Град приносит большой материальный ущерб: уничтожает посевы, виноградники, а если градины отличаются крупным размером, то он может вызвать и разрушение домов, гибель людей. В нашей стране были разработаны методы определения градоопасных облаков и созданы службы борьбы с градом. Опасные облака «расстреливают» специальными химическими веществами. Дождь, снег, град называют гидрометеоритами. Кроме них к атмосферным осадкам относятся и такие, которые осаждаются непосредственно из воздуха. К ним относятся роса, туман, иней и др.

Роса (лат. ros — влага, жидкость) — атмосферный осадок в виде капелек воды, осаждающихся на поверхности земли и наземных предметах при охлаждении воздуха. В этом случае водяной пар, охлаждаясь, переходит из газообразного состояния в жидкое и оседает. Чаще всего роса наблюдается ночью, вечером или рано утром.

Туман (тюрк, мрак) — это скопление мелких водяных капель или ледяных кристаллов в нижней части тропосферы, как правило, у поверхности земли. Туманы снижают видимость иногда до нескольких метров. Различают по происхождению туманы адвективные (в связи с охлаждением теплого влажного воздуха над более холодной поверхностью суши или воды) и радиационные (образующиеся в результате охлаждения земной поверхности). В ряде районов Земли часто бывают туманы на побережьях в местах прохождения холодных течений. Например, в Южной Америке на побережье Тихого океана располагается пустыня Атакама. Вдоль побережья проходит холодное Перуанское течение. Его холодные глубинные воды способствуют образованию туманов, из которых на побережье оседает морось — единственный источник влаги в пустыне Атакама.

Изморозь — рыхлые кристаллы льда, нарастающие на ветвях деревьев, проводах и других предметах обычно при намерзании капель переохлажденного тумана. Образуется зимой, чаще в тихую морозную погоду в результате сублимации водяного пара при понижении температуры воздуха.

Иней — тонкий слой ледяных кристаллов, образующихся в холодные, ясные и тихие ночи на поверхности земли, травах и предметах с отрицательной температурой, причем более низкой, чем температура воздуха. Кристаллы инея так же, как и кристаллы изморози, образуются путем сублимации водяного пара.

Зернистая изморозь — белый рыхлый снеговидный осадок, образующийся в результате оседания мелких капелек переохлаждённого тумана на ветвях деревьев и проводах в облачную туманную погоду (в любое время суток) при температуре воздуха от нуля до −10° и умеренном или сильном ветре. При укрупнении капель тумана может перейти в гололёд, а при понижении температуры воздуха в сочетании с ослаблением ветра и уменьшением количества облачности в ночное время — в кристаллическую изморозь. Нарастание зернистой изморози продолжается столько, сколько длится туман и ветер (обычно несколько часов, а иногда и несколько суток). Сохранение отложившейся зернистой изморози может продолжаться несколько суток.

Гололёд — слой плотного стекловидного льда (гладкого или слегка бугристого), образующийся на растениях, проводах, предметах, поверхности земли в результате намерзания частиц осадков (переохлаждённой мороси, переохлаждённого дождя, ледяного дождя, ледяной крупы, иногда дождя со снегом) при соприкосновении с поверхностью, имеющей отрицательную температуру. Наблюдается при температуре воздуха чаще всего от нуля до −10° (иногда до −15°), а при резком потеплении (когда земля и предметы ещё сохраняют отрицательную температуру) — при температуре воздуха 0…+3°. Сильно затрудняет передвижение людей, животных, транспорта, может приводить к обрывам проводов и обламыванию ветвей деревьев (а иногда и к массовому падению деревьев и мачт линий электропередач). Нарастание гололёда продолжается столько, сколько длятся переохлаждённые осадки (обычно несколько часов, а иногда при мороси и тумане — несколько суток). Сохранение отложившегося гололёда может продолжаться несколько суток.

Гололедица — слой бугристого льда или обледеневшего снега, образующийся на поверхности земли вследствие замерзания талой воды, когда после оттепели происходит понижение температуры воздуха и почвы (переход к отрицательным значениям температуры). В отличие от гололёда, гололедица наблюдается только на земной поверхности, чаще всего на дорогах, тротуарах и тропинках. Сохранение образовавшейся гололедицы может продолжаться много дней подряд, пока она не будет покрыта сверху свежевыпавшим снежным покровом или не растает полностью в результате интенсивного повышения температуры воздуха и почвы.

Ледяные иглы — твёрдые осадки в виде мельчайших ледяных кристаллов, парящих в воздухе, образующиеся в морозную погоду (температура воздуха ниже −10…−15°). Днём сверкают в свете лучей солнца, ночью — в лучах луны или при свете фонарей. Нередко ледяные иглы образуют в ночное время красивые светящиеся «столбы», идущие от фонарей вверх в небо. Наблюдаются чаще всего при ясном или малооблачном небе, иногда выпадают из перисто-слоистых или перистых облаков.

Золяция — осадки в виде редких и крупных (до 3 см) водяных пузырей. Редкое явление, возникающее во время слабых гроз.

Источник