Осадки, их структура и классификация

Атмосферными осадками называется вода в виде капель или ледяных образований, выпадающая из облаков. Однако осадки выпадают не из всех видов облаков. Они могут выпадать лишь в том случае, когда скорости падения превышают скорости вертикальных движений воздуха. В то же время скорость падения капель зависит от их размеров: чем больше капли, тем с большей скоростью они падают.

Образование осадков. В облаках восходящие потоки воздуха могут достигать скоростей в несколько метров в секунду, а такие скорости падения могут развиваться лишь в каплях, радиусы которых превышают 200 мк. Средние же размеры облачных капель составляют 10—20 мк, поэтому они уносятся вверх сильными восходящими потоками. Таким образом, для того чтобы из облаков начал выпадать дождь, нужно, чтобы размеры капель увеличились не меньше чем в 10 раз по сравнению с обычными размерами, К этому надо добавить, что если капли на своем пути попадают в слои воздуха с относительной влажностью меньше 100%, то они будут испаряться, не достигнув поверхности Земли. Испарение тем больше, чем меньше размеры капель.

Расчеты показывают, что путь в 3 км может пройти без заметного испарения лишь капля с радиусом больше 200 мк. Из этого следует, что поверхности Земли может достигать лишь сравнительно крупнокапельный дождь, в противном случае мы наблюдаем в атмосфере полосы падения, т. е. следы дождя, капли которого по пути к земной поверхности полностью испаряются.

Какими же путями достигается увеличение размеров капель? Этими путями являются те же процессы, что и в облаках, т, е. рост капель за счет конденсации, причем главным образом диффузная перегонка воды с малых капель на большие и с капель на ледяные кристаллы и слияние (коагуляция) облачных элементов.

Исследованиями установлено, что в росте капель до размеров 20—60 мк преобладают процессы конденсации, а дальнейший рост осуществляется уже преимущественно за счет коагуляции облачных элементов.

Процессы коагуляции облачных элементов также зависят от их скоростей движения. Если капли сближаются при малых относительных скоростях, то их слиянию препятствует воздушная прослойка (воздушная подушка) между ними, толщиною от 1 мк до нескольких девятых микрона. Внутри воздушной подушки создается избыточное давление, которое препятствует слиянию капель, и они отталкиваются. Чтобы разрушить эту прослойку, капли должны располагать большой инерцией движения, а для этого они должны иметь большую массу, т. е. большие размеры.

На образование дождя огромное влияние оказывают восходящие движения воздуха внутри облаков. Благодаря понижению температуры в восходящем потоке достигается пересыщение воздуха, а следовательно, и рост капель за счет конденсации. При падении капель, поднятых восходящими движениями на большую высоту, они проходят большую толщу облачной массы, поэтому сильно укрупняются. В связи с этим, чем сильнее развиты восходящие токи в облаке, тем больше его вертикальная протяженность, а следовательно, тем продолжительнее и сильнее выпадает дождь.

Осадки выпадают не из всех видов облаков, а только из тех, которые коллоидно-неустойчивы, т. е. тех, которые состоят из неоднородных облачных элементов. Когда облачные элементы однородны, коагуляция не происходит и осадки не выпадают. Такие условия характерны для облаков Ас и Сu, состоящих только из мельчайших капелек приблизительно одинаковой величины, а также для облаков верхнего яруса (Сі, Сс, Cs), состоящих только из ледяных кристаллов.

Облака St и Sc, элементы которых могут быть неоднородными по размерам капель, иногда дают мелкие капельные дожди. Типичными коллоидно-неустойчивыми облаками являются Cb, Ns и частично As. Из них и выпадают осадки в большом количестве.

Процесс образования осадков может быть представлен в следующем виде. В верхней части облака отдельные снежинки, увеличившиеся до сравнительно больших размеров, начинают падать и попадают в слои, где облачные элементы состоят из водяных капель. Здесь снежинки начинают быстро расти за счет переноса влаги с жидких элементов облака. Увеличиваясь в размерах, снежинки падают дальше вниз и, попадая в слои с положительными температурами, начинают слипаться, превращаться в хлопья, затем тают и в виде крупных капель дождя выпадают на земную поверхность.

Зимой, когда облака состоят только из ледяных кристаллов и переохлажденных капель, снежинки при своем падении не тают и достигают земной поверхности; их испарение происходит слабо, поэтому даже из тонких высокослоистых облаков может выпадать слабый снег.

Наблюдение за осадками заключается в определении их количества, интенсивности, типа и вида. Количество осадков измеряется высотой слоя воды, который образуется от осадков на непроницаемой горизонтальной поверхности при отсутствии испарения. Для измерения количества осадков применяются приборы, называемые дождемерами.

Интенсивность осадков определяется количеством осадков, выпадающих в единицу времени (минуту или час).

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