26. Хмари і опади.

Хмара є видимим результатом конденсації дрібних крапельок води і/або кристаликів льоду, зважених в атмосфері, і може існувати в безлічі форм і розмірів. Деякі хмари супроводжують опади: дощ, сніг, град, мокрий сніг, дощ з утворенням ожеледі.

У результаті конденсації вологи в повітрі на деяких висотах виникають хмари. Конденсацію спричинює адіабатичне охолодження повітря. Кожна хмара - це динамічна система, в одній частині якої утворюються краплі води. в другій - випаровуються, за кілька десятків хвилин хмара оновлюється. За складом хмари бувають водяні, льодяні та мішані. Водяні хмари /крапельні/ можуть існувати не тільки при додатних температурах, а й нижче 0 °С в перехолодженому стані. При від'ємних температурах утворюються мішані хмари, які складаються а переохолоджених крапель і кристалів льоду. При достатньо низьких температурах /-30....-50º С/ хмара складаються тільки з кристалів льоду і називаються кристалічними або льодяними, Вміст води в хмарах невеликий - від 0,2 до 5 г в 1 кубічному м повітря. За походженням розрізняють хмари конвекції, хвилясті й фронтальні. Конвективні хмари утворюються в нестійких повітряних масах і пов'язані з інтенсивною конвекцією і адіабатичним охолодженням висхідною повітря. Це купчасті або купчасто-дощові хмари, в їх верхній частині з'являються льодяні кристали, а основна маса складається з крапель води. Вони мають велику вертикальну потужність і вершинами досягають висоти 15...20 км в тропічних і екваторіальних широтах. Хвилясті хмари /шаруваті, шарувато—купчасті, висококупчасті/ виникають внаслідок слабкого турбулентного переносу водяної пари вверх від земної поверхні в стійких повітряних масах, де на певній висоті міститься шар інверсії температури, водяна пара нагромаджується під тим шаром, оскільки зверху починається підвищення температури і конвекція затухає. Фронтальні хмари утворюються на атмосферних фронтах, тобто смугах. які поділяють різні повітряні маси. Коли тепле повітря рухається і витісняє холодне - це теплий фронт, а коли холодне повітря рухається, а тепло відступає - це холодний фронт. Фронт завжди нахилений відносно земної поверхні, через те, що холодне повітря підтікає під тепле у вигляді клину. Внаслідок ковзання по лінії фронту виникають шари висхідного ковзання, на теплому фронті - це перисті, перисто-шаруваті, високошаруваті, шарувато-дощові. а на холодному - перисті, перисто-купчасті, висококупчасті, купчасто-дощові зі зливовими дощами. Міжнародна класифікація хмар включає 10 родів: І/ перисті (Cirrus); 2/ перисто-купчасті (Сirrocumulus) ; 3/ перисто-шаруваті (Сіrrostratus); /висококупчасті(Altocumulus/; 5/високошаруваті (Altostratus); 6/шаруваті (Stratus), 7/ шарувато-купчасті /Stratocumulus/; 8/ шарувато-дощові (Nimbostratus); 9 /купчасті (Cumulus)/; 10/ купчасто-дощові (Cumulonimbus). За висотою розрізняють: верхній ярус - вище З...6 км /перисті, перисто-шаруваті та перисто-купчасті хмари/; середній - від 2 до 4...6 км /висококупчасті, високошаруваті/; нижній ярус - нижче 3 км /шаруваті, шарувато-дощові, шарувато-купчасті/. Купчасті та купчасто-дощові хмари займають нижній та середній яруси, а вершини їх розміщені в верхньому ярусі. Детальний опис всіх видів хмар наведений в атласі хмар /Атлас облаков, 1957/. Перисті, перисто-купчасті й перисто-шаруваті хмари складаються з кристаликів льоду, не дають опадів, вони тоненькі, білого кольору. Перисті хмари мають волокнисту будову, прозорі, бувають ниткоподібні або щільні, перисто-купчасті утворюють тонкі шари, пасма, дрібні хвилі, бувають двох видів - хвилясті та купчастоподібні. Перисто-шаруваті хмари мають вигляд однорідної тонкої плівки, яка не розмиває Сонця і Місяця, бувають ниткоподібні й туманоподібні види /Атлас облаков. —М.: Гидрометеоиздат, 1957/. Високі купчасті хмари білі або сіруваті, складаються з дрібненьких переохолоджених крапель, мають вигляд хвиль, куп, гряд, пластівців з просвітами блакитного неба, опадів не дають. Розрізняють хвилясті й купчастоподібні види. Високошаруваті хмари складаються з суміші сніжинок та дрібних краплин, мають вигляд сірої або синюватої однорідної плівки, через яку Сонце і Місяць просвічується, як крізь матове скло. Взимку можуть дати сніг, а влітку опадів не дають. Бувають туманоподібні та хвилясті види. Шарувато-купчасті складаються з однакових крапель, утворюють сірі великі пасма, хвилі, купи. пластини. Від висококупчастих відрізняються меншою висотою великими розмірами куп і більшою щільністю. Рідко випадає нетривалий дрібний дощ, але найчастіше опадів не дають. Шаруваті хмари являють собою одноманітний сірий шар. подібний до туману, іноді розірваний знизу. Закривають все небо, бувають туманоподібні, хвилясті, розірвано-шаруваті. З них може падати рідкий сніг або моросити дрібнесенький -дощ /мряка/. Шарувато-дощові хмари складаються з великих крапель внизу і дрібних наверху. Мають вигляд темно-сірого суцільного шару, ніби освітленого зсередини, під час дощу шар виглядає одноманітним. Випадають обложні дощі або сніг, іноді з перервами. Купчасті та купчасто-дощові хмари - це хмари вертикального розвитку, конвективні за походженням. Купчасті хмари складаються з крапель, але опалів не дають. Це щільні високі хмари з білили купчастими та куполоподібними вершинами і плоскою основою сірого або синього кольору. Бувають такі види: плоскі, середні, потужні; є багато різновидів. Купчасто-дощові, або грозові, хмари знизу складаються з крапель, а зверху - з кристалів. Вони мають вигляд білих щільних хмар з темною основою, або гір, величезного ковадла тощо. Бувають лисі й волохаті види, з яких випадають зливові дощі, град, які супроводжуються грозою. Ступінь покриття небосхилу хмарами називають хмарністю, вона визначається в балах від 1 до 10; відповідно 10 б - все небо /100%/ вкрито хмарами. Окремо оцінюють загальну хмарність і хмарність нижнього ярусу. На всіх широтах над океанами хмарність більша, ніж над сушею /рис. 14 - 15/. У річному ході всюди, крім Європи і субтропічного поясу, максимум припадає на літо, а мінімум - на зиму або інші пори року. В субтропіках і Європі максимальна хмарність спостерігається взимку, а мінімальна - влітку або навесні. Географічний розподіл хмарності характеризується значною хмарністю в екваторіальних широтах /5 - 6 балів/, найменшою в тропіках /3 - 4 бали/, поступовим збільшенням середньорічної хмарності від субтропіків /4 - 5,7 балів/ до субполярних широт /6 - 7,6 балів/ і зниженням до 6,3 - 6,4 балів у полярних областях.

При збільшенні крапель і кристалів води в хмарах до такого розміру, що вони можуть подолати опір висхідних повітряних струмків, починають випадати опади. З хмap випадають дощ, сніг. крупи льоду і снігу, льодяний дощ, град. мряка. Опади характеризується розміром шару в міліметрах, розподілом зa сезонами, тривалістю випадання, інтенсивністю, ймовірністю. Сніговий покрав характеризується щільністю, тривалістю залягання в днях, висотою, розподілом за орографічними елементами рельєфу, запасом води. На метеостанції опади вимірюють за допомогою дощоміра або самописного приладу - плювіографа. Дощомір - це циліндричне відро, спеціально захищене від вітру. Висоту снігового покриву визначають за допомогою рейки /дошка з нафарбованою шкалою в сантиметрах/. Види опадів залежать від умов походження /генезису/. 3а генезисом виділяються обложні, зливові опади і мряка. Обложні опади пов'язані з атмосферними фронтами і хмарами висхідного ковзким /шарувато-дощовими і високошаруватими/. Це тривалі опади середньої інтенсивності, вони випадають на велику площу порівняно рівномірно і переважають у помірному поясі. Зливові опади короткочасні, але інтенсивні, випадають на порівняно меншій площі з купчасто-дощових хмар конвективного походження. Зливи - це основний вид опадів у тропіко - екваторіальних широтах. Мряка - це опади дуже слабкої інтенсивності, з дуже дрібненьких краплин або дрібнесеньких сніжинок. Вони випадають з шаруватих і шарувато-купчастих хмap, які належать до хвилястих і утворюються в межах однієї стійкої повітряної маси. Дощ складається з крапель діаметром понад 5 мм, а мряка - від 0,5 до 0.05 мм, отже, мряка падає повільно і переноситься вітром. Сніг складений із скупчення кристалів, форма всіх сніжинок шестипроменева, розміри - кілька міліметрів. При підвищенні температури сніжинки злипаються в пластівці, а при 0 °С випадає мокрий сніг або сніг з дощем. Крупи снігу і льоду випадають при від'ємних температурах з шарувато-дощових або купчасто-дощових хмар і мають діаметр близько 1 мм. Під час сильного морозу з хмар нижнього ярусу можуть випадати голки льоду - кристали у вигляді шестикутних призм. При інверсії температури краплі дощу замерзають у повітрі й на земну поверхню падають прозорі кульки льоду діаметром 1...3 мм. Влітку в жарку погоду з купчасто-дощових конвективних хмар іноді випадає град у вигляді порівняно великих кусочків льоду неправильної ферми, шаруватої будови внаслідок багатократного піднесення і опускання. коли в нижній частині хмари на частинку зсідала вода. а наверху хмари цей шар води замерзав. З хмарами і опадами пов’язані різноманітні електричні процеси і оптичні явища, більшість з яких ще достатньо не вивчена. Наприклад з купчасто-дощовими хмарами пов'язані грози, коли злива супроводжується електричними розрядами /блискавками/ і громом, а також міцними шквалами вітру. З атмосферною електрикою зв'язують появу кулястої блискавки у вигляді кулі діаметром у кілька десятків сантиметрів, яка рухається в повітрі й може вибухати або спокійно зникати. Коли з загострених предметів в атмосферу витікають розряди, це явище називають вогнем Святого Ельма. В тонких високих хмарах навколо Місяця і Сонця можуть виникати кольорові або жовті й білі круги, стовпи. В купчасто-дощових хмарах після зливи виникає веселка, або райдуга. Конденсація і сублімація можливі й на земній поверхні, за рахунок чого утворюються такі опади, як роса, іній, твердий і рідкий наліт, паморозь. Роса та іній виникають в ясну тиху погоду вночі, коли поверхня вихолоджується внаслідок випромінювання теплоти. При зниженні температури до точки роси випадає роса. а при від'ємних температурах - іній. Наліт формується на навітряному боці холодних предметів при адвекції теплого повітря. При додатних температурах буде рідкий наліт, а при від'ємних температурах охолодженої поверхні - твердий наліт. Паморозь - це пухкі білі кристали, які зсідають на деревах. проводах тощо в морозну тиху погоду, коли в повітрі плавають кристали льоду, що зсідають при доторкуванні до предметів. Ожеледь - це наліт льоду на земній поверхні й на предметах при випаданні мряки, дощу або сильного туману. Необхідною умовою є випадання переохолоджених крапель при від'ємних температурах від 0 до -15 °С. Товстий шар ожеледі може зламати і обірвати проводи. Небезпечним є намерзання льоду на літаках, яке відбувається в шарувато-дощових хмарах, складених з крапель, переохолоджених до -10 °С.