Образование облаков: ядра конденсации и точка росы

Образование жидкой и твердой фаз воды в атмосфере начинается на ядрах конденсации. Первоначально образующиеся на них капли воды имеют размеры того же порядка. В дальнейшем в результате турбулентного характера движения в атмосфере капли, сталкиваясь между собой, укрупняются, а наличие разных размеров в дальнейшем приводит к тому, что за счет испарения воды с малых капель происходит рост более крупных. Этот процесс, наряду с продолжающимся сливанием капель при их сталкивании, и приводит к появлению целого спектра размеров капель, который начинается от масштабов ядер конденсации и кончается величинами, измеряемыми миллиметрами (дождевые капли).

Скопление ядер конденсации и соответствующих им капель наш глаз в лучшем случае замечает по ухудшению прозрачности воздуха, скопление же более крупных капель глаз воспринимает как облака или туманы.

Облака представляют собой видимые скопления продуктов конденсации водяного пара в атмосфере, находящиеся на некоторой высоте от земной поверхности. Последним они отличаются от туманов. В зависимости от условий конденсации, облака состоят или из капелек воды, или из кристалликов льда.

Важнейшим условием образования облаков является достижение состояния насыщения. Это осуществляется как путем повышения влагосодержания воздуха, так и путем понижения его температуры.

Температура, при которой находящийся в воздухе пар достигает состояния насыщения, называется точкой росы. В образовании облаков наиболее существенную роль играет достижение точки росы путем адиабатического понижения температуры воздуха при его поднятии. Наряду с этим важное значение имеет и перемешивание слоев воздуха с разной температурой.

Образование облаков, а также их структура связаны с положением и особенностями:
- уровня конденсации, т. е. высоты, на которой температура поднимающегося воздуха достигает точки росы и начинается конденсация;
- уровня нулевой изотермы, т. е. высоты поверхности, на которой температура воздуха равна 0°;
- уровня ледяных ядер — уровня, где появляются ядра сублимации (предполагается, что этот уровень в среднем располагается на высоте изотермы -12°);
- уровня конвекции, т. е. высоты, до которой распространяются конвективные токи.

Уровень конденсации обычно совпадает с нижней кромкой облаков. Между этим уровнем и нулевой изотермой облака состоят из капелек воды, между нулевой изотермой и уровнем ледяных кристаллов — из капель переохлажденной воды. Выше уровня ледяных ядер наблюдается сублимация и облака состоят из ледяных кристаллов.

В природе, как правило, облака в значительной своей толще состоят из смеси капель переохлажденной воды и ледяных кристаллов. Поэтому резкой границы между указанными уровнями не существует.

Уровень конвекции соответствует положению верхней кромки облаков (кучевых форм) и обычно совпадает с инверсионными слоями или же слоями с малыми значениями вертикальных градиентов температуры.

Высота уровня конденсации в метрах может быть определена по формуле z = 122 (Т° - τ), (12,14)

где τ —точка росы;
Т° — наземная температура.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Н. И. Егоров, И. М. Безуглый, В. А. Мнежинский, и др.

Источник: Морская гидрометеорология

Данные публикации будут полезны для курсантав морских учебных заведений и капитанаов/штурманов гражданского флота, интересующимся глубоким пониманием гидрометеорологии