Испарение с земной поверхности в большинстве случаев не приводит к насыщению значительной толщи атмосферы. В среднем во всем слое тропосферы относительная влажность меньше 100%. И только когда приток влаги сопровождается охлаждением воздуха, оба процесса взаимно усиливают друг друга и могут привести к образованию облака. Существуют 3 причины, вызывающие охлаждение воздуха:
1. адиабатическое расширение;
2. турбулентный обмен (перемешивание);
3. тепловое излучение.
Примеры:
1. В ясные ночи Земля эффективно излучает тепло и быстро остывает. Воздух в контакте с холодной Землей может остыть ниже точки насыщения паров, и произойдет образование низких облаков или тумана.
2. Облака могут образовываться, когда теплый влажный воздух над морем или озером перемещается к более холодной поверхности Земли.
3. Теплый воздух часто приподнимается более тяжелыми холодными воздушными массами и остужается (динамическая конвекция). Атмосферные фронты – границы соприкосновения двух воздушных масс – всегда являются зонами облачности.
4. Нагретый за счет контакта с земной поверхностью воздух становится более легким и поднимается (термическая конвекция). По мере подъема он расширяется и охлаждается. Большинство облаков образуется за счет такого «адиабатического» охлаждения.
5. Иногда дождь или снег из высоких облаков остужают воздух под ними и приводят к образованию более низких облаков (иногда – нескольких слоев облаков).
Охлаждение воздуха при адиабатическом расширении всегда сопровождается уменьшением давления. Перепады давления на некотором уровне в атмосфере, как правило, невелики и не приводят к желаемому эффекту. Однако при вертикальном подъеме ненасыщенный воздух охлаждается адиабатически на 10 с каждыми 100 метрами поднятия. При этом скорость восходящих течений при развитой конвекции может достигать 10-15 м/с, а иногда и больше. На фронтальных поверхностях воздух поднимается значительно медленнее, однако в этом процессе участвуют огромные массы воздуха, и подъем осуществляется на несколько километров, приводя к охлаждению воздуха до температуры ниже точки росы.
Охлаждение воздуха в результате турбулентного обмена зависит от вертикального распределения температуры. При устойчивой стратификации атмосферы верхние слои, охваченные турбулентным обменом будут охлаждаться. Если такое охлаждение сопровождается турбулентным переносом влаги вверх, могут образоваться слоистые или слоисто-кучевые облака. Нужно только помнить, что тот же турбулентный обмен, вынося влагу из облака, способствует его рассеиванию.
За счет испускания излучения происходит, в частности, ночное охлаждение верхней границы облаков. В результате охлаждения, вызванного излучением, часто появляются тонкие подинверсионные облака.
Все три процесса действуют совместно, однако решающая роль всегда принадлежит восходящим течениям воздуха. Помимо восходящих движений, обусловленных термической конвекцией или прохождением атмосферного фронта, возможно также так называемое орографическое поднятие, когда воздух натекает на горные склоны и вынужден подниматься вверх (это тоже конвекция, но динамическая). Кроме того, определенную роль могут играть также различные волновые движения в атмосфере.
Таким образом, облака образуются или в результате увеличения влагосодержания, или в результате понижения температуры воздуха. Восходящее движение воздуха является основным процессом облакообразования. Излучение и турбулентное перемешивание также могут привести к заметному понижению температуры и таким образом инициировать другой механизм облакообразования.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.