Погода. Радиационный баланс Земли. Локальные ветры и бризы. Движение Земли и погода, страница 4

Наблюдения показывают, что упругость (парциальное давление) водяного пара убывает с высотой быстрее, чем парциальные давления постоянных составляющих атмосферы. Причиной этого является, во-первых, то, что содержание водяного пара постоянно пополняется испарением с поверхности Земли. Во-вторых, температура с высотой в целом убывает, а снижение температуры ограничивает содержание пара в воздухе определенным пределом. Этот предел тем ниже, чем ниже температура. Получается, что половина всего водяного пара сосредоточена в нижнем полутора километровом слое, а свыше 99% водяного пара приходится на тропосферу.

Водяной пар может распространяться  в атмосфере благодаря диффузии, но гораздо эффективнее его распространение происходит за счет  воздушных течений, вертикальной конвекции и турбулентного обмена.

Количество водяного пара в воздухе характеризуется влажностью. Относительная влажность – это количество пара в воздухе, выраженное в процентах от максимально возможного его содержания при заданной температуре. Максимально возможное количество редко удается превысить, поскольку при достижении последнего обычно начинается конденсация. Теплый воздух может содержать больше влаги, чем холодный (то есть, насыщение происходит позже). При охлаждении воздуха относительная влажность увеличивается. Когда она достигает 100%, начинается конденсация пара и образование капель, которые в нормальных условиях выпадают в виде дождя или снега[12].

Таким образом, в системе Земля-атмосфера постоянно действует водяной цикл: испарение воды за счет нагрева с поверхности Земли, конденсация в атмосфере и возвращение на Землю в виде осадков[13].

Облака. Облаком называют видимую совокупность взвешенных капель воды или кристаллов льда, находящихся на некоторой высоте  над земной поверхностью. В связи с этим определением автору вспоминаются несколько публикаций в Беларуси, где речь идет о «невидимых облаках». Когда в определение явления входит слово «видимый», сразу можно заключить о  субъективности такого определения. Присутствие водяных капель или кристаллов льда можно обнаружить  практически в любом объеме атмосферы, и если их мало, то они не могут быть замечены глазом. Что же тогда понимать под «невидимым облаком»? Или следует считать, что облака всегда покрывают все небо, но обладают разной видимостью?

Это весьма сложные вопросы, но когда речь идет об осадках, ситуация упрощается. Ведь мы никак не можем назвать осадками те редкие капли воды или снежинки, которые время от времени падают из, казалось бы, безоблачного неба. Когда мы имеем дело с «серьезными» осадками, очевидно, можно утверждать о 100 %-й видимости источника этих осадков.

Условием образования и существования облаков является перенасыщение водяного пара и наличие ядер конденсации. Следовательно, облака существуют в той части атмосферы, где относительная влажность достигает и превышает 100%. Однако вокруг облака, очевидно, насыщение отсутствует, а турбулентный обмен между внешними частями облака и окружающим воздухом приводит к выносу водяного пара и капель из облака. Следовательно, облако существует только тогда, когда имеется дополнительный приток влаги, компенсирующий потери. Облака появляются там, где создалось перенасыщение, и быстро исчезают, как только оно прекратилось.

Каким же образом может быть достигнуто перенасыщение в первоначально ненасыщенном воздухе? Таких пути два: охлаждение воздуха ниже точки росы (то есть, до температуры, когда наступает перенасыщение) или дополнительный приток влаги. Аналогичные причины приводят к образованию тумана, и там важную роль в названных процессах играет подстилающая поверхность. В свободной атмосфере влияние подстилающей поверхности не столь существенно, и бóльшее значение приобретают другие факторы. Однако всегда можно утверждать, что общий механизм образования облаков – охлаждение влажного воздуха ниже температуры насыщения.