Океан и атмосфера

Лишь один этот краткий перечень даст представление о том, сколь разнообразны по своей структуре, высоте и внешнему виду облака.

Вряд ли существуют два одинаковых облака, к тому же они постоянно меняются, растут и разрушаются, переходят из одних форм в другие, стоят неподвижно и плывут в небе. Имеют свои особенности облака в некоторых районах, например горных.

Отдельно нужно сказать о перламутровых и серебристых облаках. Первые очень тонкие, просвечивают, образуются в стратосфере на высоте, от 17 до 32 км. В сумерки вблизи Солнца они ярко окрашены в радужный цвет: красный, золотистый, зеленый, лиловато-розовый. Днем полосы и пятна перламутровых облаков бледнеют. Эти облака чаще всего наблюдаются зимой в горных странах, при очень низких температурах стратосферы (ниже —80°). Случалось видеть эти облака и над океаном.

Серебристые облака светятся ночью. В иные годы их много (например, в 1932–1934 гг.), а иногда нет совсем. Они образуются на высотах в среднем 82 км (в пределах 67–97 км). Днем их не видно, так как они слишком тонки. Цвет облаков соответствует названию — они серебристы, с голубоватым оттенком и светятся рассеянным светом Солнца. Серебристые облака приурочены к определенным широтным поясам — между 46°—71° с. ш. и 40°—60° ю. ш. и очень редко бывают вне этих границ. Максимум их приходится на лето.

Количество облаков выражают в баллах: ясному небу соответствует 0, а пасмурному, полностью покрытому облаками — 10 баллов. В умеренном и полярном климате чаще всего бывают именно эти две крайние градации: 0 и 10. В зимнее время в Москве 10-балльная облачность бывает в среднем в 62 % случаев, нулевая — в 25 %, а все промежуточные градации гораздо реже.

В тропической зоне преобладают средние значения облачности. Самые облачные места на нашей планете — это северные части Атлантического и Тихого океанов, а также южные (40°—50°) широты южного полушария. Значительная облачность в Белом море, в ноябре-декабре — более 9 баллов. Над областями пустынь летом облачность очень мала — меньше 1 балла.

Для деятельности авиации большое значение имеет высота нижней границы облаков. Так, при высоте до 600 м затрудняется взлет, пилотирование и, в особенности, посадка как самолетов, так и вертолетов. Дополнительную опасность представляет ухудшение видимости над облаками. В нашей стране разрабатываются и применяются на практике методы рассеивания низких слоистых и слоистокучевых облаков, когда затруднены взлет и посадка самолетов. Эксперименты показали, что при рассеянии облаков в несколько тысяч квадратных километров температура воздуха повышается на 7–8°. В принципе решена проблема рассеяния облаков на площади до 10 тыс. км² и сохранения безоблачного неба на длительное время.

Дождь и снег

Большие капли или кристаллы, имеющие заметную скорость падения и поэтому в значительном количестве выпадающие из облаков, в метеорологии называют осадками. Большие капли формируются при слиянии более мелких и при конденсации водяного пара. Они образуются также во время таяния крупных снежинок. На землю падают твердые, жидкие и смешанные осадки. К первым относятся снег (ледяные кристаллы в виде хлопьев и звездочек), снежная крупа (крупники диаметром 2–5 мм), ледяная крупа (прозрачные крупинки с непрозрачным ядром диаметром до 3 мм), ледяной дождь (прозрачные шарики диаметром 1–3 мм) и град, представляющий собой кусочки льда. Градины имеют различные размеры, обычно около 5 мм, редко их диаметр достигает нескольких сантиметров. Последние случаи всегда фиксируются и о них сообщается: в таком-то пункте выпал град величиной с голубиное или даже куриное яйцо.

Жидкие осадки менее разнообразны — это дождь и морось. Диаметр капелек дождя 0,5–7 мм. Выпадение мороси не так заметно, она как бы взвешена в воздухе, ее капельки значительно меньше и имеют диаметр от 0,05 до 0,5 мм. Смешанные осадки — это мокрый тающий снег или смесь дождя и снега. Они характеризуются интенсивностью (количество осадков, выпадающих в единицу времени).

Метеорологические станции определяют количество лишь жидких осадков. Визуально принято качественное деление на слабые, умеренные и сильные осадки. Различают также обложные, ливневые и моросящие осадки. Это зависит от характера их выпадения, от того, из каких облаков они выпадают, и продолжительности. Обложные осадки могут длиться несколько часов и даже суток. Ливневые — наиболее интенсивны. Продолжительность ливня обратно пропорциональна его интенсивности. Довольно часто наблюдаются дожди интенсивностью 1–2 мм/с. Наиболее интенсивны дожди в тропиках и субтропиках. Так, на Гавайских островах интенсивность ливня однажды составила 21,5 мм/с.

Осадки начинают выпадать лишь тогда, когда их вес настолько велик, что они могут преодолеть сопротивление воздуха. Скорость падения при этом должна превысить скорость восходящих потоков воздуха, чтобы они не испарились по пути от облака до поверхности Земли. Снежинки падают медленнее, чем капельки дождя той же массы.

Осадки содержат много примесей. Различный химический состав осадков известен давно, еще с середины XVIII в. Но систематически, сетью наблюдательных станций он начал изучаться лишь в самые последние десятилетия. Что же представляют собой такие чистые, на первый взгляд, снег и дождь? Оказалось, что атмосферные осадки — это слабые растворы солей, их минерализация в среднем 10–30 мг/л, а в крайних пределах от 3–4 до 30–60 мг/л. При таких, как будто небольших концентрациях они приносят в почву от 50 до 150 кг/га веществ в год. Зимой концентрация примесей в осадках больше, чем летом, потому что снежинки при своем медленном падении успевают захватить из воздуха большее количество примесей.

В северном полушарии наиболее минерализованы осадки в южных районах континентов. На побережье морей и океанов, где содержание хлоридов (осадков морского происхождения) повышено, минерализация осадков меньше. Чаще выпадают осадки в тундре и тайге; над пустынями и степями они загрязнены: основная примесь в осадках континентального происхождения — сульфиды.

Чтобы определить состав осадков, в свободной атмосфере берут пробу воды из облаков и аэрозолей. Облачная вода всегда чище, чем вода осадков. Таким образом, осадки являются как бы санитарами атмосферы. Большое значение имеет вымывание из атмосферы радиоактивных веществ. Изучение радиоактивности начало проводиться недавно. Установлено, что радиоактивность осадков определяется их типом и интенсивностью. Твердые осадки радиоактивнее жидких, потому что радиоактивные вещества, захватываемые при падении, попадают на большую поверхность снежинок (по сравнению с каплями). Чем интенсивнее осадки, тем они менее радиоактивны. Наблюдения показали хаотичность изменения радиоактивности. Предполагается, что это происходит потому, что радиоактивные вещества вымываются не только из воздуха, но и из самого облака.

Помимо радиоактивных веществ дождь и снег поглощают окрашивающие их примеси, создавая необычные цветные осадки: красные, черные, молочные и др. Они возникают от разных причин — песка пустынь, поднятого в воздух сильным ветром, красящих водорослей, микроорганизмов, сажи и пепла, от вулканов, лесных и торфяных пожаров. Примеси разносятся на большие расстояния, их состав и природу определяют с помощью химического анализа, а происхождение, путь и место появления — по синоптическим картам. В период активного развития циклонической деятельности чаще всего наблюдаются красные дожди. О том, как далеко могут переноситься цветные частицы, можно судить по такому примеру: в каплях красного дождя во Франции были обнаружены микроорганизмы из Южной Америки. Известны случаи выпадания зеленого дождя, содержащего также микроорганизмы. В 1969 г. на территории Чувашии был ливневый дождь желто-оранжевого цвета. Менее чем через год в этом же районе выпал желто-оранжевый снег. Подобные явления были вызваны сильными потоками воздуха, принесшими пыль из Прикаспийских степей.

В суточном ходе осадков в континентальных районах замечены два максимума (в послеполуденные часы и рано утром) и два минимума (ночью и перед полуднем). В морском или береговом районе обычно максимум ночью и минимум днем. Суточный ход количества осадков прямо связан с ходом и характером облачности.