В начальной стадии развития облака основную роль в зарождении и укрупнении зародышевых элементов осадков играет процесс конденсации водяного пара. Конденсация имеет место вследствие небольшого перенасыщения водяного пара по отношению к поверхности облачных капель. Процесс роста облачных элементов существенно ускоряется, когда в облаке наряду с переохлажденными каплями воды появляются мелкие кристаллы льда (или другие центры конденсации). Насыщающая упругость пара над водой больше, чем надо льдом. Поэтому начинается эффективная перегонка водяного пара с переохлажденных капель на кристаллы льда.
Во второй стадии, когда капли и кристаллы льда вырастают до 20-60 мкм основным процессом роста облачных элементов становится слипание (коагуляция, coalescence). Основной причиной коагуляции является различие в скоростях движения облачных элементов разных размеров под действием силы тяжести (гравитационная коагуляция). Кроме того, заметную роль играет также коагуляция, обусловленная турбулентным (вихревым) движением, электростатическими силами, броуновским движением и т.п. Именно коагуляция увеличивает размеры капель и кристаллов от десятков микрон до нескольких миллиметров (и сантиметров в исключительных случаях).
Поскольку капли или кристаллы льда падают под действием силы тяжести в воздухе, а не в вакууме, падение происходит ускоренно только в начальный промежуток времени. Вследствие трения о воздух скорость движения постепенно перестает увеличиваться и стабилизируется. Установившаяся скорость зависит от размеров капли: большие падают быстрее, чем маленькие, и, чем больше различие в размерах, тем больше разность скоростей. В результате растет частота столкновений между каплями разных размеров, и растет скорость коагуляции. Расчеты показывают квадратичную зависимость последней от радиуса капли, в то время как скорость конденсационного роста размеров капель обратно пропорциональна радиусу.
Очень важное значение для укрупнения облачных элементов имеют вертикальные движения воздуха. В частности, при восходящем движении понижается температура, это приводит к перенасыщению пара и интенсификации конденсационного роста капель до размеров, когда может начаться коагуляция. К тому же, будучи поднятыми на большую высоту, капли при падении проходят бóльшую толщу облака и вырастают до бóльших размеров. Повышает эффективность коагуляции также разность температур облачных элементов. Такие разности возникают из-за восходящих и нисходящих движений, всегда происходящих в облаке.
Общая схема образования осадков выглядит следующим образом. В водяных облаках, а также в нижней части смешанных облаков, происходит медленный рост капель. В этом случае для образования осадков требуются большая мощность (толщина) облака и его водность (количество влаги в облаке). Если же облако в ходе развития достигает высоты зоны замерзания, наиболее крупные капли, попавшие в эту зону, замерзают и начинают быстро расти за счет сублимации (конденсации пара в лед) до размеров, когда начинается их падение. В такой ситуации для образования осадков достаточно меньшей мощности, чем в случае водного облака.
Осадки в виде дождя, снега, града, дождя со снегом могут быть только при наличии облаков. Однако не все виды облаков дают осадки. Возможность выпадения осадков определяется температурой и наличием в облаке мелких инородных частиц или кристаллов льда.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.