Атмосферные осадки разделяют на две группы:
- осадки, выпадающие из облаков (а также из тумана),
- осадки, которые ниоткуда не выпадают, а образуются непосредственно на поверхности земли и различных объектов (их называют наземными гидрометеорами).
Особенно подвержены обледенению обдуваемые ветром объекты — мосты и их опоры, эстакады, столбы, линии ЛЭП.
Образование гололеда может происходить также на поверхностях самолетов, пролетающих в толще переохлажденных водяных облаков.
К счастью, у современных самолетов имеются антиобледенительные средства (электрообогрев уязвимых мест, химическая защита поверхностей). Кроме того, лобовые поверхности самолетов, летящих со скоростью более 600 км/ч, сильно нагреваются вследствие сжатия воздушного потока, обтекающего самолет. Это так называемый кинетический нагрев деталей самолета, из-за которого температура поверхности самолета сохраняется выше точки замерзания воды даже при полете в облачном воздухе со значительной отрицательной температурой. Однако интенсивное обледенение самолета при вынужденном длительном полете в переохлажденном дожде или в облаках с большой водностью представляет реальную опасность и для современных самолетов.
Осадки из облаков выпадают в виде водяных капель (дождь и морось) или ледяных кристаллов (снег, крупа, град).
Кроме того встречаются осадки особого типа — дождь со снегом и ледяной дождь.
Дождь — жидкие осадки в виде водяных капель диаметром примерно от 0,5 мм до 3 мм.
Крупные дождевые капли выпадают из кучево-дождевых облаков; их относительно большие размеры связаны с тем, что эти облака хорошо развиты в высоту.
Из слоисто-дождевых облаков выпадают относительно мелкие капли.
Оно и понятно:
небольшая толщина таких облаков не позволяет сформироваться крупным каплям, а отсутствие мощных восходящих воздушных потоков позволяет мелким каплям достигать поверхности земли.
Из слоистых облаков (и тумана) выпадают особенно мелкие капли — диаметром менее 0,5 мм; это и есть морось. Отдельно отметим переохлажденный дождь и переохлажденную морось — когда водяные капли выпадают при отрицательной температуре воздуха (от 0 до —15 °С). Падая на поверхность земли, переохлажденные капли смерзаются, в результате чего образуется гололед — слой плотного льда.
Гололед покрывает не только горизонтальные, но и вертикальные поверхности — цокольные части зданий, деревья.
Синоптики различают понятия «гололед» и «гололедица», понимая под гололедицей только лед на дорогах, который образуется после оттепели или дождя при внезапном похолодании. В объявляемых сводках погоды можно услышать: «Весь день слабый гололед, на дорогах гололедица».
Снег — твердые осадки, выпадающие из слоисто-дождевых и высоко-слоистых облаков при отрицательных температурах приповерхностного воздуха. Эти осадки выпадают в виде снежинок разнообразной формы, нередко соединяющихся и образующих снежные хлопья. При температуре приповерхностного воздуха, близкой 0 °С и
несколько выше выпадает мокрый снег в виде тающих снежинок.
Различают снежную крупу и ледяную крупу.
Снежная крупа состоит из непрозрачных белых крупинок диаметром 2—5 мм, выпадающих вблизи О °С. Крупинки хрупкие, легко раздавливаются пальцами. Снежная крупа образуется, когда снежинки из верхней части облака попадают в нижележащий облачный слой, состоящий из мельчайших переохлажденных капель. Частички
снежной крупы отличаются от снежинок отсутствием различимой кристаллической основы.
Ледяная крупа состоит из прозрачных крупинок диаметром 1—3 мм с непрозрачным ядром в центре, выпадающих при температурах ниже нуля (до —5 °С). Крупинки твердые (раздавливаются пальцами с некоторым усилием), при падении на твердую поверхность отскакивают. Ледяная крупа образуется при столкновении снежной крупы с более крупными переохлажденными каплями в слое облака, расположенном еще ниже. Ледяную крупу часто считают
разновидностью града.
Град — вид твердых ливневых осадков. Выпадает в виде градин — частичек льда шарообразной или неправильной формы размером от миллиметра до нескольких сантиметров. Встречаются градины размером 130 мм и массой около 1 кг. О процессе образования градин мы поговорим отдельно немного позднее.
Град выпадает обычно в теплое время года (при температуре воздуха выше 20 °С) из мощных кучево-дождевых облаков, сильно развитых вверх, обычно при ливнях и грозах. Слой выпавшего града иногда составляет несколько сантиметров. Продолжительность выпадения от нескольких минут до получаса, чаще всего 5—10 мин и
очень редко около часа.
Град наносит большой ущерб сельскому хозяйству, уничтожая посевы и виноградники. Борьба с градом основана на введении в облако специального реагента (обычно йодистого свинца или йодистого серебра), способствующего замораживанию переохлажденных капель. Реагент вводится с помощью ракет или снарядов в переохлажденную часть облака. В результате появляется огромное количество искусственных центров кристаллизации, на которых
начинается рост ледяных кристаллов, и переохлажденная вода в облаках, служащая основным сырьем для роста градин, перераспределяется на значительно большее их число. Поэтому градины получаются меньших размеров и успевают полностью или в значительной степени растаять в теплых слоях воздуха еще до выпадения на землю.
Дождь со снегом — смешанные осадки в виде смеси водяных капель и снежинок. Выпадает чаще всего при положительной температуре воздуха Если дождь со снегом выпадает при отрицательной температуре воздуха, частицы осадков смерзаются и образуют на поверхности земли гололед.
Ледяной дождь состоит из твердых прозрачных шариков льда диаметром около 3 мм, внутри которых находится вода. Выпадает при температурах от 0 до —10 °С. При падении на твердую поверхность ледяные шарики разбиваются на скорлупки, вода вытекает, образуется гололед.
Конденсация пара может происходить не только в атмосфере (в облаке или тумане), но также непосредственно на земной поверхности и наземных объектах. Когда влажный воздух соприкасается с холодной поверхностью, на ней в результате конденсации пара образуется вода или лед. Продукты конденсации такого типа называют наземными гидрометеорами.
К жидким наземным гидрометеорам относятся роса и жидкий налет, а к твердым — иней, твердый налет, изморозь.
Жидкие наземные гидрометеоры
Росой называют маленькие капли воды, выделяющиеся из воздуха на земной поверхности, особенно на траве, вечером и ночью в теплое время года. Обратим внимание на то, что при этом над поверхностью нет никакого тумана. Роса возникает непосредственно на самой поверхности и ее объектах. На листьях с несмачиваемой поверхностью (например, листьях ландыша) капельки росы сливаются, и возникают крупные росинки.
Причина выделения росы (именно выделения, а не выпадения, как часто неправильно говорят) состоит в том, что поверхность почвы, особенно трава, ночью охлаждаются. Соответственно охлаждается и воздух, непосредственно
примыкающий к такой поверхности. Если температура воздуха понизится до точки росы, соответствующей упругости водяного пара в данном воздухе, то произойдет выделение воды (росы) на поверхности и траве.
Жидкий налет, по сути дела, аналогичен росе, но имеет несколько иное происхождение. Жидкий налет — это пленка из мельчайших водяных капелек, возникающая на холодных поверхностях (преимущественно вертикальных) в пасмурную и ветреную погоду.
Причина осаждения налета — адвекция (перемещение) сравнительно теплого и влажного воздуха, приводящая к соприкосновению его с холодной поверхностью. Представим себе стену забора или ствол дерева, охлажденные во время предшествующей холодной погоды.
Подгоняемый ветром влажный и относительно теплый воздух соприкасается с ними, и часть содержащегося в воздухе водяного пара конденсируется. Понятно, что конденсация будет происходить преимущественно на наветренных поверхностях. Они покрываются мельчайшими каплями, как принято говорить, «запотевают». Всем
приходилось наблюдать жидкий налет в домашних условиях, когда в отапливаемом помещении в холодное время года запотевают изнутри оконные стекла.
Твердые наземные гидрометеоры
Инеем называют ледяные кристаллы различной формы; это обычно иглы длиной, измеряемой миллиметрами. Они возникают на ветках деревьев, траве, почве, различных поверхностях при тех же условиях, что и роса, но только при отрицательной температуре поверхности. Водяной пар из воздуха, соприкасающегося с холодной поверхностью, конденсируется на ней в виде кристаллов, минуя жидкое состояние. Заметим, что иней возникает также на поверхности снежного покрова.
Второй вид твердых наземных гидрометеоров — твердый налет.
Он возникает обычно на вертикальных плоскостях, особенно каменных (например, на стенах зданий), с наветреной стороны при тех же условиях, что и жидкий налет, но при температуре поверхности ниже О °С. Чаще всего твердый налет представляет собой совокупность мелких кристаллов, густо сидящих на поверхности. Но он может иметь также вид тонкого слоя гладкого прозрачного льда. Всем известен твердый налет в виде ледяных узоров, возникающих в морозную зиму на внутренней стороне оконных стекол в жилых помещениях.
Третий вид твердых наземных гидрометеоров — изморозь.
Так называют рыхлые белые кристаллы, нарастающие на ветвях деревьев, проводах, проволочных изгородях. Эти кристаллы образуют длинные, легко осыпающиеся нити. Изморозь нарастает при значительных морозах и, как правило, при тумане. Переохлажденные капли тумана, замерзая при соприкосновении с уже образовавшимися на поверхности ледяными кристаллами, обеспечивают дальнейшее образование кристаллов, порождающее нить изморози.
Относительно сильный ветер легко сдувает образовавшиеся нити изморози. Осаждение изморози может быть очень значительным, в особенности в горных лесах. Заметим, что изморозь часто называют инеем.
Однако эти два вида осадков характеризуются различной формой и, как правило, различными условиями образования (хотя могут осаждаться вместе).
