Погоду делает Солнце? Как Солнце влияет на погоду?

Этим заголовком, собственно, все уже сказано. Впрочем, для тех, кто внимательно прочитал предыдущие главы, все и так ясно. Стало быть, погоду «делают» не какие-нибудь таинственные, непознаваемые процессы, а хорошо знакомое нам Солнце. Исследуя факторы, оказывающие влияние на состояние погоды, как над обширными территориями, так и над небольшими районами, мы установим, что в конечном счете Солнцу всегда принадлежит ведущая роль.

Мы, правда, говорим, что Солнце, излучающее огромное количество энергии, то всходит, то заходит, то есть светит то сильнее, то слабее; в действительности же энергия Солнца всегда одинакова. Земля сама, вращаясь вокруг своей оси, «изменяет» в течение суток интенсивность солнечного сияния. Напомним еще, что большое значение в этом имеет широта, на которой мы находимся, и время года. Воздушная оболочка, в которой происходят все явления погоды, представляет собой своего рода защитный экран, предохраняющий нас от чрезмерного солнечного излучения Известно, что из общего количества солнечной энергии, поступающей на верхнюю границу атмосферы (см. рис. 2), поверхности земли достигает лишь одна треть, в то время как одна треть «застревает» в воздушной оболочке, а оставшаяся треть излучается обратно в мировое пространство.

Неспециалисту может показаться, что воздух нагревается при прохождении через него солнечных лучей. Но это непосредственное нагревание столь незначительно, что в наших рассуждениях его можно не учитывать. Чередование процессов нагревания и охлаждения, происходящее в зависимости от того, восходит солнце или заходит, воздействует на ход погоды всегда снизу, как мы это видели в предыдущей главе на примере летнего облака. При этом следует отметить одно интересное свойство солнечных лучей, которое лучше всего наблюдать в оранжерее (см. рис. 3). Огородник имеет, несомненно, веские основания для устройства парников и выращивания в них растений. Чтобы в этом убедиться, достаточно войти в теплицу: в ней всегда и без дополнительного отопления теплее, чем на открытом воздухе. Следовательно, солнечные лучи проникают через стекло в теплицу, а образующееся тепло уже не может выйти наружу. Тому, кто ездил в автомобиле или по железной дороге, хорошо знаком этот так называемый оранжерейный эффект, возникающий, когда вагон с закрытыми окнами долгое время простоит на солнце. Само собой разумеется, некоторую роль в нагревании играют здесь деревянные и металлические части. Многие, наверное, замечали этот эффект, находясь в застекленной телефонной будке.

На ход погоды влияет еще один фактор, о котором неспециалист часто даже не подозревает, — это характер почвы. Вы, возможно, замечали, что степень нагревания зависит от того, на какую поверхность падают солнечные лучи. Лес, озеро или мокрый луг поглощают гораздо больше солнечной энергии, чем скалистый или песчаный грунт, быстро нагревающийся только с поверхности. Поэтому над засушливыми областями земного шара нагревание, а потому и восходящее движение воздуха происходят быстрее, чем над влажными.

Любители купания на открытом воздухе прекрасно знают, что утром песок и воздух над ним нагреваются быстрее, чем вода, хотя солнце одинаково освещает и пляж, и водоем.

Если над определенным сухим участком (см. рис. 4) начнется подъем теплого воздуха, то его место должен будет занять другой воздух: возникает приток воздуха к этому сухому участку со стороны. Следовательно, солнце и различия в свойствах земной поверхности вызвали ветер. Теперь вам понятно, почему кучевые облака появляются всегда над одной и той же местностью? Внимательный наблюдатель должен был уже давно заметить это явление. Совершенно очевидно, что для образования облаков важно не только перемещение воздуха вверх, но и содержание в нем влаги. Если воздух с самого начала был сильно насыщен влагой, образование облаков должно начаться очень скоро. Но если воздух очень сухой, то может случиться, что даже в жаркие летние дни на небе не появится ни единого облачка. Теперь легко понять, какое огромное влияние на характер погоды оказывает прежде всего лес, представляющий вместе со своей почвой своего рода губку, вбирающую очень много воды и отдающую ее по мере надобности.

Вернемся еще раз к главе 2 и подумаем о том, почему облака, вместо того чтобы продолжать расти вверх, начали расстилаться; теперь мы знаем, почему: либо не хватило солнечного тепла (например, зимой, ранней весной или поздней осенью), либо дело происходит, хотя и летом, но в конце дня, когда солнце греет слабее. Возможно также, что в этом повинна недостаточная влажность воздуха или нарушение нормального хода температуры на высоте. Стало быть, в том, что облака начинают расстилаться и больше не растут вверх, играет важную роль одна из названных причин. Посмотрите на рисунки 5 и 6, изображающие противоположные процессы, и сравните их со снимками облаков в главе 1 и далее. Если облака, описанные в главе 3—5, снова рассеиваются, то объяснить это можно лишь тем, что либо для дальнейшего их развития не хватает солнечного тепла, либо чрезмерной сухостью воздуха: уже возникшие облака рассасываются в нем. Из этих примеров становится понятным огромное значение содержания влаги в воздухе для образования облаков и, следовательно, для всего хода погоды.

Все описанные в главах 1—5 движения воздуха, в какой-то мере участвовавшие в перемещении облаков, представляют собой небольшие местные ветры. Поскольку их существование определяется различиями в процессах нагревания, они даже на небольших участках могут иметь различные направления. Эти ветры, часто дующие лишь короткое время и зависящие от свойств земной поверхности, возникают на месте в результате нагрева этой поверхности солнцем. Движения же воздуха, которые, как отмечалось в главе 6, опрокидывают облачные башни, более постоянны. На снимках 22 и 24 видно, как вертикальное развитие облаков нарушается довольно значительной боковой силой, а затем и совсем прекращается (ср. также рис. 7). С этими ветрами мы познакомимся в следующей главе.

Читателю было бы очень полезно по возможности чаще сравнивать облака, наблюдаемые на открытом воздухе, с серией фотографий облаков, помещенных в главе 1. Чем чаще мы будем проводить наблюдения и сопоставлять их результаты с закономерностями, с которыми познакомились в предыдущей главе, тем понятнее будут все процессы. Вспомним еще раз характерную четкую границу у всех облаков, изображенных на снимках в главах 1—6, являющуюся признаком хорошей погоды. Мы установили, что кучевые облака, края которых четко выделяются на фоне голубого неба, осадков не приносят. А теперь нам говорят, что все эти облака состоят из водяных капелек, и утверждают — эго кажется уж совсем странным,— что из водяного облака дождь идти не может.

Как бы ни были велики размеры этих облаков, все они состоят из маленьких капелек воды, и представление, что эти капельки, объединяясь в более крупные капли, падают дождем, совершенно неверно. Некоторым это представление может показаться все же правильным, однако опыт показывает, что во всяком случае таким образом дождевые капли не образуются. Очень часто приходилось наблюдать гигантские набухшие кучевые облака, из которых дождь не выпадал, несмотря на то что в них содержалось несчетное количество водяных капелек. Следовательно, причина атмосферных осадков кроется в другом.

Вернемся еще раз к главе 7. Процесс развивался следующим образом: с утра было безоблачно, потом появились облака. Как это происходит, мы уже знаем: взошло солнце — нагрелась земная поверхность — нагрелся прилегающий к ней воздух — став легче, он поднялся вверх —воздух охладился — влага сгустилась в капельки воды, образующие облака. Это был жаркий летний день с высоким содержанием влаги в воздухе, подъему воздуха ничто не препятствовало. Когда вершины облаков достигли высоты примерно 3000 метров, они начали «дымиться» (посмотрите еще раз на снимок 25).

Теперь попросим планериста подниматься рядом с облаком и смотреть при этом на термометр. Он сообщит нам примерно следующее.

На высоте 2000 метров температура воздуха составляет 10 градусов, на высоте 2500 метров — только 5 градусов, на 3000 метров — 0 градусов, на высоте 3500 метров — уже минус 5 градусов. Таким образом, мы вместе с облаком пересекли уровень с температурой 0 градусов, уровень, который даже в разгар лета никогда не поднимается выше 4000 метров, то есть на этой высоте и выше постоянно царит мороз. Следовательно, если в результате нагрева солнцем земной поверхности вершины облаков беспрепятственно достигнут этой высоты, легко догадаться о том, что с ними произойдет дальше. В этой холодной области возникают уже не водяные капельки, а маленькие кристаллы льда. Теперь мы узнали, что означает своеобразное курение вершин, описанное в главе 7. Это снег и лед в воздухе в самый разгар лета. Для альпиниста же, находящегося б горах на такой высоте,

снег и лед—привычное явление. Итак: «лисичка» — это водяное облако, а «мухомор» — ледяное облако. Этот переход, то есть замерзание капелек, изображено на снимках 25—32, а также на схематическом рис. 8.

Таким образом, мы знаем теперь, что все перистые и волокнистые образования, которые мы коротко называем перистыми облаками, представляют собой ледяные или снежные облака — посмотрите еще раз на снимки 33—38 и VI. Мы слышали уже что они относятся к самым высоким облакам и находятся в среднем на высоте 6—8 километров, поэтому ледяная структура таких облаков не должна нас удивлять. Теперь остается еще выяснить последнее явление, описанное в главе 7,— проблему дождя. Если в результате подъема воздуха снизу в область вечного холода постоянно поступает влага, то она намерзает на возникших там кристаллах; когда этот процесс продолжается достаточно долго, ледяные зерна становятся слишком тяжелыми, не удерживаются больше в воздухе и начинают падать. На небольшой высоте, при температуре 10—20 градусов тепла, они тают и достигают земли уже в виде дождя. В данном случае это будет не затяжной равномерный дождь, а, как правило, короткий сильный ливень. Следовательно, образование крупных дождевых капель при таком ливне может произойти только сложным путем через оледенение на соответствующих высотах.

Это оледенение проявляется в виде эффектного курения вершин облаков, когда они утрачивают резкие очертания своих границ, характерные для погоды, не предвещающей осадков. Еще раз напомним: причина всех изменений погоды — Солнце, «создающее» облака и тем самым вызывающее выпадение осадков. Этим объясняются и наши летние наблюдения: ливни выпадают большей частью после полудня.

Тотчас напрашивается и следующий вопрос: как возникают грозы, то есть электрические разряды? Этот процесс, несомненно, очень сложен и в отдельных своих деталях до конца еще не выяснен. Во всяком случае, известно, что при резких прорывах воздушных частиц вверх отдельные порции самого воздуха и облаков, первоначально не имевшие электрического заряда, заряжаются. Физика учит нас, что атом любого вещества состоит из положительно заряженного ядра, окруженного отрицательно заряженными электронами. При указанных процессах электрически нейтральная структура атома разрушается, то есть атом теряет отрицательные частицы, так что в облаке в конце концов начинают преобладать положительные заряды. Когда заряд облака достигает определенного «напряжения» относительно земной поверхности, происходит разряд между облаком и землей, напоминающий короткое замыкание. Зрительно мы воспринимаем разряд как молнию, а на слух, как гром. Разряды могут происходить и на большой высоте. Чем выше растут облачные башни, чем сильнее при этом оледенение, тем скорее разразится гроза, тем более грандиозным будет ее проявление. А в чем, собственно, причина грозы? Снова Солнце со своим излучением!

Наконец, возникает еще один вопрос: каким образом при такой погоде может пойти град? После того, что мы уже знаем о процессах оледенения, нам будет легко понять причины образования града. Для этого нужно лишь представить себе, что маленькие ледяные зерна, прежде чем растаять, подхватываются постоянным теплым восходящим воздушным потоком и уносятся вверх. При этом на них снова могут оседать и намерзать частицы влаги, вследствие чего ледяные зерна увеличиваются и становятся тяжелее. При повторном падении они снова подхватываются восходящими воздушными потоками. Жарким летним днем такое «катание на лифте» на высоте 2000—6000 метров может продолжаться несколько часов, то есть до тех пор, пока вес зерен не увеличится настолько, что они окончательно упадут на землю.

Ледяное зерно диаметром 2—3 сантиметра на своем пути к земле не успевает полностью растаять: оно достигает землц^еще в виде льда. Теперь, вероятно, должно быть'понятно, почему зимой почти никогда не идет град; наблюдается он, как правило, летом, именно в самые жаркие дни. Маленькие зерна града обычно называют крупой, более крупные — градинами. Ущерб, который наносит град сельскому хозяйству, очень велик, но, к счастью, территория, поражаемая градом, никогда не превышает нескольких квадратных километров, к тому же он редко продолжается более 15—20 минут.

Интересно внутреннее строение градины. Если тотчас после падения градины осторожно ее разрезать, то вокруг молочно-матового ядра легко обнаружить почти прозрачную оболочку в виде концентрических слоев, рассказывающую нам всю историю образования зерна. Запомним: град — тоже на «совести» Солнца!