Туман и другие виды атмосферных осадков. Как возникают?

С одним из видов тумана — легким, прозрачным поземным туманом, мы уже познакомились. Но между густой дымкой и туманом существует целая гамма переходных состояний, поэтому нужно как-то различать оба понятия. Среди ученых принято говорить о дымке, когда видимость превышает один километр. Когда же дальность видимости ограничена, то есть предметы различаются на расстоянии 900 метров и менее, то говорят о тумане; туман может быть таким густым, что видно действительно не далее нескольких метров. В этих случаях туман превращается для уличного движения в серьезную помеху. Когда альпинист в горах погружается в море облаков, условимся не применять здесь выражение «туман». О тумане принято говорить лишь тогда, когда он словно облако стелется по равнине.

Образование обычного тумана может произойти так же, как образование стелющегося поземного тумана: вследствие процессов охлаждения почвы и приземных слоев воздуха. Тогда это будет не что иное, как дальнейшая стадия развития и уплотнения поземного тумана. В зависимости от влажности и температуры воздуха такой туман — преимущественно осенью, зимой или весной — появляется уже вечером, ночью или самое позднее утром при условии, что небо чистое или покрыто лишь редкими облаками. В противном случае из-за недостаточного излучения земного тепла не могло бы произойти необходимое охлаждение.

Если туман образуется уже с вечера — будь то туман в долине или на море, — го к следующему утру верхняя его граница может достичь высоты 100—200 метров, так-как по мере понижения температуры туман всегда развевается от земли вверх. Если в сентябре или октябре ^ухром при безоблачном небе взойдет солнце, то лучи его~гфвййквют сквозь туман, достигают земной поверхности, согревают ее и тем самым вызывают начало процесса прогр'б&ания> а сле" довательно и рассеяния тумана. Таким образам*туман начинает рассеиваться так же, как возникает, кЛ^нно снизу. Остатки его в виде отдельных клочьев eii?^ держатся некоторое время на высоте 100—200 метров Ч над нами и наконец полностью исчезают. Но при из-вестных условиях из ьтих остатков тумана могут сформироваться небольшие кучевые облака, знакомые нам по снимкам в главах 1 и 2.

Итак, процессы образования тумана отчетливо связаны с суточным ходом температуры и предвещают ясную погоду.

Существует старинная примета: если туман приподнимается, жди плохой погоды. Обстановка в таких случаях выглядит следующим образом. В один из октябрьских дней до полудня мы замечаем, что туман не рассеивается, а находится над нами в виде сплошной пелены примерно на высоте 100 метров или более. Создается впечатление, что слой тумана поднялся снизу вверх. В действительности же солнце, согрев приземные слои воздуха, освободило их от тумана, верхние же толщи тумана нагревания не испытали и сохранились. При внимательном наблюдении легко заметить, что туман никогда не поднимается, а всегда лишь растет кверху или рассеивается снизу вверх. Поднимающиеся в горах вверх по склонам клочья облаков сюда не относятся.

Процесс рассеяния тумана снизу до некоторой определенной высоты наблюдается лишь в том случае, когда высоко над ним небо затягивается слоем облаков, препятствующим дальнейшему нагреванию земной поверхности солнечными лучами и рассеянию остатков тумана. Поскольку такой слой облаков должен обладать достаточной мощностью, речь может идти только о восходящем скольжении теплого воздуха, которое в течение данного дня или на следующий день принесет с собой осадки. Следовательно, эта дождливая погода вызвана не «поднявшимся» туманом, а новым «принесенным» издалека состоянием погоды; именно оно препятствовало рассеянию тумана; сохранение тумана, таким образом, можно рассматривать как признак дождливой погоды.

Поздней осенью, в ноябре или даже в декабре, когда солнце даже в полдень поднимается невысоко, его косо падающие лучи уже не могут рассеять туман. После полудня можно, правда, заметить, что туман у земли становится менее плотным, но к вечеру, с похолоданием, он снова уплотняется. Так возникают туманы, которые удерживаются иногда по нескольку суток. Туман распространяется тогда на большую высоту и называется высоким туманом.

В приземных слоях тумана видимость всегда несколько лучше, чем на высоте. Это, возможно, объясняется тем, что непосредственно над землей воздух перемешивается слабыми приземными ветрами. При этом создается впечатление, что плотный высокий туман начинается лишь на некоторой высоте. Существование высокого тумана, продолжающееся местами несколько недель, возможно лишь в тех случаях, когда над ним отсутствуют облака и движения воздуха, то есть более или менее сильные ветры не разрушают туман. Туман и сильный ветер — вещи, естественно, совершенно несовместимые. Трудно, конечно, говорить о «хорошей погоде» при таком тумане: ведь для человека такая завеса не может быть приятной. Но достаточно подняться на несколько метров в горы, и мы окажемся выше тумана, над нами будет сиять безоблачное небо, а на осадки не будет даже намека. В невысоких горах осенью или весной такие условия погоды наблюдаются довольно часто — тот, кто живет на высоте 600—800 метров и работает в долине, видит эту завесу тумана каждый день сверху и снизу.

Туман может возникать и тогда, когда происходит медленное и спокойное перемешивание двух разных воздушных масс, то есть когда различия в температуре и давлении невелики и, следовательно, процессы восходящего движения не происходят, Тогда говорят о туманах смешения, возникающих преимущественно на побережьях.

Когда туман удерживается длительное время, продолжающееся охлаждение приводит к выпадению из воздуха влаги — находясь в таком тумане, мы заметим, что наши волосы и одежда становятся влажными; более того, маленькие капельки тумана буквально на наших глазах начинают медленно оседать. Этот туман называют смачивающим, а выпадающие осадки называют не дождем, а моросью. Осадки эти, как мы

видим, образуются без ледяных кристаллов.

Правда, говорить о «падении» этих мельчайших капелек не приходится, они скорее «планируют» на землю. На побережье такие моросящие дожди могут быть очень сильными и нередко даже приобретают характер ливня.

Для изучения других типов осадков, с которыми мы ниже еще встретимся, воспользуемся рис. 15. При этом, однако, нужно отказаться от представления, что по направлению вверх температура обязательно непрерывно понижается.

Наблюдения над изменением температуры по вертикали, например, с помощью запуска радиозондов показывают, что на различных высотах на участках в 50—100 метров температура не понижается, а, наоборот, повышается. Это «обращение» температуры наблюдается чаще всего непосредственно над землей. Чтобы лучше понять причины этого явления, вспомним суточные изменения солнечного излучения и меняющуюся в связи с этим температуру почвы. Дело в том, что когда ночью или утром температура у земной поверхности сильно понижается, то на высоте она не поспевает за этим изменением и остается несколько выше, чем на земле. Допустим, что две соседние воздушные массы располагаются таким образом, что теплый воздух как бы вклинивается в более холодную воздушную массу (рис. 15). Внутри этого «клина» температура будет положительной, а вне его — отрицательной. Рассмотрим, какой характер будут иметь осадки, выпадающие вдоль вертикальных стрелок 1—4. Эти четыре положения могут характеризовать как отдельные частные случаи, так и общую картину погоды в крупном масштабе.

Крайний правый случай (4), пожалуй, самый простой: на большой высоте при отрицательной температуре образуются ледяные кристаллы, они падают и беспрепятственно достигают земной поверхности в виде снега — как правило, шестилучевых звездочек. Это типичный зимний снегопад.

Теперь рассмотрим крайний левый случай (1). Здесь вначале образуются ледяные кристаллы, но затем они попадают в пространство с положительной температурой, тают и достигают земной поверхности в виде дождевых капель. Этот пример типичен для летнего дождя.

Оба средних случая несколько сложнее. Рассмотрим вначале случай 3. Здесь ледяные кристаллы, попадая в область положительных температур, полностью расстаять не успевают. Продолжая свое падение, они вскоре снова оказываются в области отрицательных температур, и полурастаявшие крупинки льда опять испытывают воздействие мороза. В этом случае возникают, правда, не очень часто встречающиеся маленькие беловатые и непрозрачные комочки, которые называют снежными зернами, а если они имеют в диаметре более одного миллиметра — снежной крупой. Снежные зерна от земли не отскакивают, более же крупные шарики снежной крупы часто при ударе о землю подскакивают. Не перепутайте снежную крупу с ледяной крупой, которую мы рассматривали на стр. 76 в связи с проблемой возникновения града.

Наконец, остановимся на случае 2. Крупинки льда успевают полностью растаять, так как их путь через область положительной температуры достаточно длителен; поэтому, как и в случае 1, образуются дождевые капли. Но затем целиком растаявшие дождевые капли перед тем, как упасть на землю, вновь оказываются в зоне отрицательной температуры. Капли охлаждаются, и при некоторых условиях они могут охладиться до температуры минус 5—10 градусов, не превращаясь в воздухе в лед. Тогда говорят о «переохлажденном» дожде; с этим процессом мы уже познакомились в предыдущей главе, когда рассматривали аналогичное явление, происходящее в облаках.

Когда такой холодный дождь падает на землю, он тотчас же замерзает и покрывает траву, кустарник и все вокруг тонким прозрачным слоем льда. Так образуется опасный гололед; настоящий гололед возникает только таким путем, просто утрамбовавшийся или накатанный снег нельзя называть гололедом. Служба надзора за состоянием улиц не без основания различает собственно гололед и гололедицу вследствие мокрого снега. Настоящий гололед, к счастью, возникает не очень часто и то лишь в переходные времена года. Гололед, правда, может возникать и тогда, когда дождь с температурой около нуля или немного выше падает на замерзшую землю; падающие капли дождя примерзают к поверхности почвы и наземным предметам, образуя гололед. Как видно из статистики несчастных случаев, гололед очень опасен не только для уличного транспорта, но и для пешеходов. Переохлажденный дождь выпадает, как правило, утром, и гололед до полудня успевает растаять. Гололед, снежные зерна и снежная крупа всегда являются признакам^ дальнейшего потепления и наступления оттепели.

В заключение этой главы отметим еще несколько особых случаев. Зимой в сильный мороз (при температуре, скажем, минус 20 градусов) содержащаяся в воздухе влага может, минуя жидкое состояние, выпасть в виде мельчайших ледяных иголочек. На фоне ясного голубого неба тогда видно легкое мерцание, вызванное тем, что, падая, эти иголочки искрятся. Так как наиболее сильное охлаждение происходит у почвы, такие кристаллы льда возникают не на большой высоте, а в нескольких метрах ог земли, поэтому образование кристаллов происходит чуть ли иена наших глазах. В этих случаях говорят о полярном снеге.

С инеем мы уже встретились в главе 14, в которой рассказали и о росе. Но иней возникает не только на горизонтальных поверхностях. В горах, особенно на высоких хребтах, образования, напоминающие иней, можно часто увидеть на растениях, деревьях, обломках скал. Здесь этот налет обычно состоит из тонких длинных ледяных иголочек, торчащих на поверхности предметов. Если при низкой температуре воздух содержит достаточно влаги, то на подветренных поверхностях предметов часто возникают причудливой формы зернистые образования, называемые изморозью и кристаллической изморозью. Таким образом, ледяные зерна и кристаллы изморози растут навстречу ветру.

Различают кристаллическую изморозь, довольно рыхлую, и тяжелые, мощные, плотные образования изморози. Пожалуй, трудно представить себе более живописную картину, чем покрытые изморозью скалы и деревья где-нибудь высоко в горах. Но широко известна и пагубная роль изморози. Кто не слышал о поломанных деревьях и порванных телеграфных проводах, не выдержавших тяжести примерзшего к ним льда?