Как образуются дождь и снег

Облака состоят из очень мелких капель воды или плавающих в воздухе кристаллов льда. Эти капельки и кристаллики настолько малы, что под действием силы тяжести они лишь медленно опускаются вниз.

Их можно сравнить с плавающими в воздухе мельчайшими пылинками, которые мы видим в ярком солнечном луче, проникающем в окно полутемной комнаты.

Когда облачные капли и кристаллы увеличиваются в размере и становятся тяжелее, то они начинают падать скорее и из облака выпадает дождь или снег.

При температуре выше 0° облако состоит, конечно, только из капель воды: лед при такой температуре тает. В очень холодном воздухе облако обычно состоит из одних ледяных кристаллов без капель воды.

Однако при слабом морозе облако может состоять из смеси капель воды и кристаллов льда: именно из таких облаков обычно и выпадают осадки.

Во всяком облаке водяной пар находится в насыщенном состоянии, т. е. пространство в пределах облака содержит наибольшее количество водяного пара, которое возможно при данной температуре.

Если бы этого не было, то капли, из которых состоит облако, немедленно бы испарились и облако растаяло.

Что же происходит в облаке, состоящем из одних водяных капель, если в него по каким-то причинам попадают ледяные кристаллы? Благодаря свойству льда притягивать к себе влагу ледяные кристаллы начинают расти, количество водяного пара в облаке уменьшается, воздух перестает быть насыщенным, а водяные капли начинают испаряться. Таким образом, кристаллы постепенно растут за счет уменьшения капель и превращаются в снежинки. Выросшие снежинки выпадают из облака, начинается снегопад.

Казалось бы, что такой процесс может вызвать выпадение только снега и никак не объясняет выпадение дождя. Однако это не так. В тропосфере температура с высотой понижается, и даже в самый жаркий день на высоте нескольких километров над Землей царит мороз. Поэтому почти всякий летний дождь ( сначала возникает наверху как снег, и только потом, падая и попадая в нижние теплые слои, снежинки тают и достигают поверхности Земли уже в виде дождевых капель.

Воздушные массы приносят потепления и похолодания

Как мы уже знаем, в наших широтах и в полярных странах воздух громадными потоками (часто до тысячи километров в поперечнике) непрерывно движется вокруг центров циклонов и антициклонов.

Эти воздушные течения и приносят нам тепло или холод из тех стран, откуда они движутся.

Неожиданное потепление вызывается приходом теплой воздушной массы, которая движется из теплых районов в более холодные. Теплая воздушная масса, переходя в более холодные области, оказывается гораздо теплее земной поверхности, над которой. она движется. От соприкосновения с этой поверхностью воздушная масса снизу непрерывно охлаждается. Иногда прилегающие к земле воздушные слои могут оказаться даже холоднее верхних слоев.

Охлаждение теплой воздушной массы, идущее снизу от Земли, вызывает конденсацию водяного пара в самых нижних слоях воздуха, и в результате этою образуются облака и выпадают осадки. Облака эти располагаются невысоко. Они часто опускаются до Земли и переходят в сплошные туманы.

Толщина облачного слоя невелика: обычно она не превышает нескольких сотен метров.

В нижних слоях теплой воздушной массы во все сезоны года достаточно тепло (зимой она приносит нам оттепели), и ледяных кристаллов здесь обычно не бывает. Поэтому низкие облака теплой воздушной массы состоят обычно из одних водяных капель и не могут давать сильных осадков.

Иногда лишь выпадает мелкий, моросящий дождь, даже не смачивающий крыши домов.

Облака теплой воздушной массы ровным или слегка волнистым сплошным покровом заволакивают все небо и тянутся на сотни и тысячи километров. Они называются слоистыми (если они ровные) или слоисто-кучевыми (если они волнистые).

Полную противоположность теплой воздушной массе представляет холодная воздушная масса. Она движется из холодных районов в теплые и приносит похолодание. Переходя на более теплую земную поверхность, холодная воздушная масса непрерывно нагревается снизу. При нагревании не только не происходит конденсации, но даже образовавшиеся уже облака и туманы должны испаряться. Однако небо не становится безоблачным, только облака с этом случае образуются совсем по другим причинам, чем в теплой воздушной массе. Вспомните, что происходит с водой в сосуде, когда ее ставят на огонь. Со дна сосуда поднимаются струйки теплой, а на дно опускаются струйки холодной воды. Нечто подобное происходит и в холодной воздушной массе, нагревающейся от теплой земной поверхности. Кроме того, при нагревании все тела расширяются и плотность их уменьшается. Когда самый нижний слой воздуха нагревается и расширяется, то он становится более легким и как бы всплывает в виде отдельных пузырей или струй. На его место опускаются более тяжелые слои холодного воздуха.

Воздух, как и всякий газ, при сжатии нагревается, а при расширении охлаждается. Когда воздух поднимается, то он попадает в условия более слабого давления, так как атмосферное давление с высотой становится слабее. В этих условиях воздух должен расширяться, а следовательно, и охлаждаться. Температура его становится на 1° ниже через каждые 100 м подъема. По мере того как воздух поднимается все выше и выше, он становится все холоднее, пока, наконец, на некоторой определенной высоте в нем не начнется конденсация и образование облаков.

Опускающиеся струи воздуха попадают в слой с более сильным давлением и от сжатия нагреваются. В них не только не происходит никакой конденсации, но даже испаряются и рассеиваются те части облаков, которые были увлечены этим нисходящим потоком.

Поэтому облака холодных воздушных масс представляют собой нагромождающиеся в высоту изолированные клубы, или «кучи», облаков с просветами между ними. Такие облака называются кучевыми, или кучево-дождевыми. Облака холодной воздушной массы во всем противоположны облакам теплой воздушной массы. Они никогда не опускаются до Земли и не переходят в туманы, а толщина их от основания до вершины может быть очень большой — до 5—8 км. Эти облака редко закрывают весь видимый небосвод, и между ними обычно бывают просветы голубого неба.

Такие облака пронизывают снизу вверх много слоев атмосферы. Восходящие потоки воздуха увлекают за собой водяные капли в те высокие холодные слои, в которых всегда имеются тонкие ледяные кристаллики. Как только облако вырастает до слоя с ледяными кристаллами, вершина его сразу начинает затуманиваться, теряет свою характерную форму «цветной капусты» и облако превращается в кучево-дождевое. С этого момента из облака начнут бурно выпадать осадки — сильные летние ливни и обильные зимние снегопады.

Летом такие ливни часто сопровождаются грозой и градом, а осенью и весной из кучево-дождевых облаков иногда выпадает крупа — ледяные шарики, более мелкие, чем градины. Осадки холодной воздушной массы хотя и сильные, но продолжаются недолго, потому что кучево-дождевое облако сплошь закрывает небо только на небольшом пространстве; оно быстро переносится ветром, и вскоре небо проясняется. Поэтому погода в холодной воздушной массе очень неустойчива: то выпадает сильный дождь или обильный снег, то светит яркое солнце.