Мы уже не раз говорили об атмосферных осадках, их количестве и видах. Но хорошо бы разобраться в этом вопросе поподробнее – он очень важен!
Всю воду, выпадающую из облаков в виде дождя, снега или любом другом, называют атмосферными осадками. Их количество измеряют в миллиметрах толщины того слоя воды, который они образовали бы на поверхности земли, если бы не растекались, не просачивались и не испарялись. Количество это измеряют за какой–нибудь определённый отрезок времени – за сутки, месяц или год.
Для измерения количества осадков используют дождемеры – резервуары (обычно металлические бочки), в которые собираются осадки, выпадающие на определенную площадь (например, с помощью воронки площадью в один квадратный метр). В конце периода наблюдений измеряют количество воды, скопившейся в резервуаре, и пересчитывают его в единицы толщины соответствующего слоя.
Прибор для измерения выпавших осадков
Например, если накопилось 200 литров воды, это означает, что толщина слоя составит 200.000 кубических сантиметров/10.000 квадратных сантиметров = 20 сантиметров = 200 миллиметров.
Но ведь вода и из бочки может испариться? Конечно, особенно в жаркую погоду. И если наш дождемер установлен где–то вдали от жилья, и метеорологи приезжают к нему только раз в месяц – узнать, сколько же осадков выпало в этом месте, – они что же, ошибаются? Нет, и чтобы не ошибаться, они придумали занятный способ. В бочку наливают немного масла (например, машинного). Оно легче воды и поэтому при попадании воды в бочку растекается по ее поверхности, образуя тонкую пленку. И масляная пленка ничтожно маленькой толщины прячет воду под собой.
А почему осадки бывают разными?
При некоторых условиях водяной пар в воздухе начинает превращаться в воду – конденсироваться. При этом появляются маленькие капельки воды, еще настолько легкие, что не падают на землю, но уже такие большие, что их можно разглядеть. Появляется туман или облака. Дальше события могут развиваться по–разному.
Обычно дождевые капли имеют размер около одного миллиметра, реже – до пяти миллиметров. Это происходит потому, что крупные капли в полете дробятся на более мелкие. Образование же крупных капель связано не с процессом конденсации пара, а с процессом слипания мелких облачных капелек. Кроме того, если в облаке одновременно появляются капельки воды и кристаллики льда, происходит рост кристаллов (снежинок) при одновременном испарении капель.
Если воздух под облаком имеет температуру ниже (ГС, снежинки достигают земной поверхности. В теплом воздухе они тают, превращаясь в дождевые капли. В горах часто можно наблюдать, как в долинах идет дождь, а вершины одновременно покрываются снегом.
С этим явлением связано важное географическое понятие – снеговая линия (или граница). Так называют высотный уровень, выше которого температуры настолько низки, что накопление снега и других твердых осадков преобладает над испарением и таянием. Существование снеговой линии определяет высоту пбявления ледников в горах. Над экватором она располагается на высоте около 4 600 метров ттяд уровнем моря (и только высокие горы, вроде Килиманджаро, достигают ее), в Арктике опускается до 200–500 метров (и ледники образуются даже на совсем невысоких горах – таких, как Бырранга), а в Антарктике – снижается до уровня моря (и образуются шельфовые ледники, как в море Росса).
Один из самых опасных видов осадков – переохлажденный дождь. Он наблюдается обычно при наступлении теплого атмосферного фронта в холодное время Года. Сначала в слоистых облаках над фронтом образуются снежинки. Попадая в теплый воздух, они тают, а образовавшиеся капли Попадают в холодные приземные слои воздуха. Если температура здесь не очень низкая, они достигают земли, не замерзнув. Но, попав на холодные мостовые, ветви, провода и т.п., намерзают на них коркой гололеда. Если же воздух под фронтом очень холодный, капли замерзают в полете, образуя крупу (ледяные шарики меньше пяти миллиметров в диаметре) или град (шарики больше пяти миллиметров). Градины же могут достигать размеров апельсина, а самые крупные из измеренных, выпавшие 3 сентября 1970 года в штате Канзас, весили до 750 граммов и имели окружность до 0,5 метра! В Индии, в районе Нью–Дели, в апреле 1888 года градом были убиты 246 человек.
Дождь, снег или град - со всеми этими понятиями мы знакомы с самого детства. К каждому из них у нас особое отношение. Так, дождь навевает грусть и унылые мысли, снег, наоборот, веселит и поднимает настроение. А вот град, к примеру, мало кто любит, так как он способен нанести огромный ущерб сельскому хозяйству и серьезные травмы тем, кто окажется в это время на улице.
Мы давно научились тому, как по внешним признакам определить приближение тех или иных осадков. Так, если с утра на улице очень серо и облачно, возможны осадки в виде затяжного дождя. Обычно такой дождь не очень сильный, но может продолжаться целый день. Если же на горизонте появились густые и тяжелые облака - возможны осадки в виде снега. Легкие облачка в виде перышек предвещают сильный ливневый дождь.
Следует отметить, что все виды осадков - это результат очень сложных и весьма длительных процессов в земной атмосфере. Так, чтобы образовался обычный дождь, необходимо взаимодействие трех составляющих: солнца, поверхности Земли и атмосферы.
Атмосферные осадки - это...
Атмосферные осадки - это вода в жидком либо в твердом состоянии, выпадающая из атмосферы. Осадки могут либо выпадать на поверхность Земли непосредственно или оседать на ней или на любых других предметах.
Количество выпадаемых осадков на конкретной территории можно измерить. Измеряют их толщиной слоя воды в миллиметрах. При этом твердые виды осадков предварительно растапливают. Среднее количество осадков в год на планете - 1000 мм. В выпадает не более 200-300 мм, а самое сухое место на планете - это где зафиксированное годовое количество выпадаемых осадков - около 3 мм.
Процесс образования
Как они образуются, различные виды осадков? Схема их образования - одна, и она основана на непрерывном Рассмотрим этот процесс более детально.
Начинается все с того, что Солнце начинает прогревать Под действием нагревания водные массы, которые содержатся в океанах, морях, реках, преобразуются в смешиваясь с воздухом. Процессы парообразования происходят в течение всего дня, постоянно, в большей или меньшей степени. Объемы парообразования зависят от широты местности, а также от интенсивности солнечного излучения.
Далее влажный воздух нагревается и начинает, по незыблемым законам физики, подниматься вверх. Поднявшись на определенную высоту, он охлаждается, а влага, находящаяся в нем, постепенно превращается в капли воды или в кристаллики льда. Этот процесс называется конденсацией, и именно из таких водных частиц состоят облака, которыми мы любуемся в небе.
Капли в тучах растут и укрупняются, принимая в себя все большее количество влаги. В итоге они становятся настолько тяжелыми, что уже не могут удерживаться в атмосфере, и падают вниз. Так и рождаются атмосферные осадки, виды которых зависят от конкретных метеоусловий на определенной местности.
Выпавшая на поверхность Земли вода со временем стекает ручьями в реки и моря. Затем природный цикл в повторяется снова и снова.
Атмосферные осадки: виды осадков
Как уже здесь упоминалось, существует огромное количество разновидностей атмосферных осадков. Метеорологи выделяют несколько десятков.
Все виды осадков можно разделить на три основные группы:
- моросящие;
- обложные;
- ливневые.
Осадки также могут быть жидкими (дождь, морось, туман) или твердыми (снег, град, иней).
Дождь
Это разновидность жидких осадков в виде капель воды, выпадающих на землю под действием силы тяжести. Размеры капель могут быть разными: от 0,5 до 5 миллиметров в диаметре. Капли дождя, падая на водную поверхность, оставляют на воде расходящиеся круги идеально круглой формы.
В зависимости от интенсивности, дождь может быть моросящим, обложным или ливневым. Также выделяют такой вид осадков, как дождь со снегом.
Это особый вид атмосферных осадков, которые бывают при минусовых температурах воздуха. Не следует путать их с градом. Ледяной дождь представляет собой капли в виде небольших замерзших шариков, внутри которых находится вода. Падая на землю, такие шарики разбиваются, а вода из них вытекает, приводя к образованию опасного гололеда.
Если интенсивность дождя слишком высокая (около 100 мм в час), то его называют ливнем. Ливни образуются на холодных атмосферных фронтах, в пределах неустойчивых масс воздуха. Как правило, они наблюдается на очень небольших по площади территориях.
Снег
Эти твердые осадки выпадают при минусовой температуре воздуха и имеют вид снежных кристалликов, в просторечии именуемых снежинками.
Во время снега значительно снижается видимость, при сильном снегопаде она может составлять менее 1 километра. Во время сильных морозов слабый снег может наблюдаться даже при безоблачном небе. Отдельно выделяется такая разновидность снега, как мокрый снег - это осадки, выпадающие при небольших плюсовых температурах.
Град
Эта разновидность твердых атмосферных осадков образуется на больших высотах (не менее 5 километров), где температура воздуха всегда ниже - 15 о.
Как получается град? Он формируется из капель воды, которые то опускаются, то резко поднимаются в вихрях холодного воздуха. Таким образом образуются крупные ледяные шарики. Размер их зависит от того, настолько долго происходили эти процессы в атмосфере. Бывали случаи, когда на землю выпадали градины весом до 1-2 килограмм!
Градина по своей внутренней структуре очень напоминает луковицу: она состоит из нескольких слоев льда. Можно даже сосчитать их, подобно тому, как считают кольца на спиленных деревьях, и определить, сколько раз капли осуществляли стремительные вертикальные путешествия в атмосфере.
Стоит отметить, что град - это настоящая беда для сельского хозяйства, ведь он запросто может уничтожить все растения на плантации. К тому же определить приближение града заранее практически невозможно. Он начинается моментально и бывает, как правило, в летний сезон года.
Теперь вы знаете, как образуются атмосферные осадки. Виды осадков могут быть самыми разными, что и делает нашу природу прекрасной и неповторимой. Все процессы, проходящие в ней - простые, и в то же время гениальные.
На территории Кирова в течение всего года активно развиваются циклонические процессы и переносится большое количество влаги с Атлантики. Годовое количество осадков здесь составляет 650 мм/год.
Количество осадков за холодный период (ноябрь - март) составляет 209 мм/год, за холодный период (апрель - октябрь) - 441 мм/год. Минимум осадков приходится на март (29 мм/мес.), максимум - на июль (84 мм/мес.) (рис. 3.1, прил., табл. 7) .
Рис. 3.1.
На территории Магадана годовое количество осадков составляет 527 мм/год. Количество осадков за холодный период (ноябрь - март) составляет 115 мм/год, за холодный период (апрель - октябрь) - 412 мм/год. Зимой здесь господствую сухие и холодные континентальные воздушные массы, дающие небольшое количество осадков, а летом - влажный тихоокеанский воздух умеренных широт, увеличивающий количество осадков. Минимум осадков приходится на март (12 мм/мес.), максимум - на июль (83 мм/мес.) (рис. 3.2, прил., табл. 9) .
Рис. 3.2.
Вид выпавших осадков определяется температурными условиями. При отрицательной температуре выпадает в основном снег, при положительной преобладают дожди, а при температуре близкой к 0 єС, выпадают смешанные осадки - либо мокрый снег, либо снег с дождем. При увеличении континентальности климата доля смешанных осадков уменьшается, что обусловлено уменьшением продолжительности переходных сезонов .
На территории Кирова преобладают жидкие осадки (41 %). Доля твердых осадков составляет 39 %, смешанных - 20 %. Преобладание жидких осадков объясняется положительной среднегодовой температурой (прил., табл. 8) .
На территории Магадана преобладают твердые осадки (50 %). Доля жидких осадков составляет 40 %, смешанных - 10 %. Преобладание твердых осадков объясняется отрицательной среднегодовой температурой (прил., табл. 10) .
Суточный максимум осадков
Важной характеристикой режима увлажнения является суточный максимум осадков, являющийся результатом выпадения ливней, охватывающих небольшую площадь.
На территории Кирова наибольшее значение максимума суточных осадков приходится на июль, наименьшее - на январь. Годовое число дней с осадками > 0,1 мм составляет 200. Годовое число дней с осадками > 10 мм составляет 0,6.
В Магадане наибольшее значение максимума суточных осадков приходится на август, наименьшее - на февраль. Годовое число дней с осадками > 0,1 мм составляет 100. Годовое число дней с осадками > 10 мм составляет 2 .
Интенсивность осадков
Интенсивность осадков представляет собой количество осадков за единицу времени. В Кирове интенсивность осадков составляет 0,3 мм/ч, в Магадане - 0,6 мм/ч. Небольшая интенсивность осадков в Кирове обусловлена расположением внутри материка. Продвигаясь в глубь территории западные воздушные массы иссушаются, что приводит к уменьшению количества осадков и, следовательно, к уменьшению их интенсивности. Увеличение интенсивности осадков в Магадане объясняется мощным увлажняющим влиянием Тихого океана.
На территории Кирова максимум интенсивности осадков приходится на лето, минимум - на зиму. В Магадане годовой ход интенсивности осадков отличается от Кирова. Здесь наблюдается смещение максимума к осени, а минимума - к весне. Подобный вид кривой годового хода интенсивности осадков объясняется формированием осадков непосредственно над прилегающей акваторией Охотского моря в зоне интенсивной циклонической деятельности, где влагонесущий поток направлен в сторону материка.
Среднегодовая продолжительность осадков в Кирове составляет 2000 ч., в Магадане - 1500 ч .
Осадки на территории России
На территории России, за исключением крупных островов Северного Ледовитого океана, в среднем выпадает 9653 км 3 осадков, которые условно могли бы покрыть ровную поверхность сушу слоем 571 мм. Из этого количества на испарение затрачивается 5676 км 3 (336 мм) осадков.
В формировании годовых сумм атмосферных осадков обнаруживаются четко выраженные закономерности, характерные не только для конкретных территорий, но и для страны в целом (рис. 1.4). В направлении с запада на восток происходит последовательное уменьшение количества атмосферных осадков, наблюдается их зональное распределение, которое изменяется под воздействием рельефа местности и теряет свою четкость на востоке страны.
Во внутригодовом распределении на большей части страны наблюдается преобладание осадков летнего периода. В годовом разрезе наибольшее количество осадков приходится на июнь, наименьшее - на вторую половину зимы. Преобладание осадков холодного периода характерно в основном для юго-западных районов - Ростовской, Пензенской, Самарской областей, Ставропольского края, низовьев р. Терека.
В июне-августе (календарные летние месяцы) на европейской территории выпадает более 30% годового слоя осадков, в Восточной Сибири - 50%, в Забайкалье и бассейне р. Амура - 60-70%. Зимой (декабрь-февраль) в европейской части выпадает 20-25% осадков, в Забайкалье - 5%, Якутии - 10%.
Осенние месяцы (сентябрь-октябрь) отличаются относительно равномерным распределением осадков по всей территории (20-30%). Весной (март-май) от западных границ до р. Енисея выпадает до 20% годового количества осадков, восточнее р. Енисея - в основном 15-20%. Наименьшее количество осадков в это время наблюдается в Забайкалье (около 10%).
Самое общее представление о характере изменений атмосферных осадков на территории РФ во второй половине ХХ и начале XXI столетия дают временные ряды пространственно осредненных средних годовых и сезонных аномалий атмосферных осадков.
Рис. 1.5 иллюстрирует изменения среднегодовых осадков, осредненных по всей территории России, а рис. 1.6 - аналогичный ход сезонных осадков.
Рис. 1.5. Средние за год (январь-декабрь) аномалии осадков (мм/месяц), осредненные по территории России, за 1936-2007 гг.
Аномалии рассчитаны как отклонения от среднего за 1961-1990 гг.; кривая линия соответствует 11-летнему сглаживанию; линейный тренд за 1976-2007 гг. показан прямой линией (по данным ИГКЭ Росгидромета и РАН)
Рис. 1.6. Сезонные аномалии осадков (мм/месяц), осредненные по территории РФ, 1936-2007 гг.
(усл. обозначения - см. рис. 1.5)
Сезонные и годовые осадки представляют собой средние из месячных сумм за месяцы рассматриваемого сезона/года. Временные ряды осадков приведены за период 1936-2007 гг., в течение которого основная сеть метеорологических наблюдений на территории России уже существенно не менялась и не могла серьезно влиять на межгодичные колебания пространственно осредненных величин. На всех временных рядах показаны тенденции (линейные тренды) изменений за период 1976-2007 гг., которые больше других характеризуют антропогенные изменения современного климата.
Отметим сложный характер межгодичных колебаний количества осадков, особенно с середины 60-х гг. ХХ в. Можно выделить периоды увеличения осадков - до 60-х и после 80-х гг., а между ними примерно два десятилетия разнонаправленных флуктуаций.
В целом по территории России и в ее регионах (кроме Приамурья и Приморья) отмечается некоторое увеличение средних годовых осадков, наиболее заметное в Западной и Средней Сибири. Тренд среднегодовых осадков за 1976-2007 гг. в среднем по России составляет 0,8 мм/месяц/10 лет и описывает 23% межгодичной изменчивости.
В среднем для России наиболее заметной особенностью является рост весенних осадков (1,74 мм/месяц/10 лет, вклад в дисперсию 27%), по-видимому, за счет сибирских регионов и европейской территории. Еще один заметный факт - убывание зимних и летних осадков в Восточной Сибири, летних и осенних - в Приамурье и Приморье, которое, однако, не проявилось в тенденциях осадков для России в целом, так как компенсировалось ростом осадков в Западной Сибири.
На рис. 1.7 приведены пространственные распределения локальных коэффициентов линейного тренда осадков, дающие более детальную (в пространстве) картину современных тенденций в изменении режима осадков на территории России за 1976-2007 гг. Оценки трендов получены по точечным (станционным) данным об осредненных за год/сезон аномалиях месячных сумм осадков.
Рис. 1.2.5. Среднегодовые аномалии осадков (мм/месяц) для регионов России за 1936-2007 гг. (усл. обозначения - см. рис. 1.5)(по данным ИГКЭ Росгидромета и РАН)
Коэффициенты трендов, рассчитанные в мм/месяц/10 лет, затем нормированы на соответствующие сезонные/годовые «нормы» осадков (полученные осреднением месячных «норм») и выражены в результате в процентах от нормы за десятилетие. Все оценки выполнены постанционно.
Количественные оценки линейного тренда регионально осредненных атмосферных осадков за 1976-2007 гг. приведены в табл. 1.7 . Здесь b - коэффициенты линейного тренда, а d - вклад тренда в суммарную дисперсию ряда (коэффициент тренда означает среднюю скорость линейного изменения осадков на рассматриваемом отрезке времени и выражен в мм/мес. за 10-летие, мм/мес./10 лет). Вклад тренда в дисперсию характеризует долю (в %) суммарной межгодичной изменчивости. Оценки получены по данным станционных наблюдений, осредненных за год и по календарным сезонам.
Таблица 1.7. Оценки линейного тренда пространственно осредненных среднегодовых и сезонных аномалий атмосферных осадков для территории России и регионов России за период 1976-2007 гг.:
b (мм/месяц/10 лет) - коэффициент тренда, d (%) - вклад тренда в полную дисперсую (по данным ИГКЭ Росгидромета и РАН)
|
Физико-географический регион |
||||||||||
|
Европейская часть |
||||||||||
|
Средняя Сибирь |
||||||||||
|
Прибайкалье и Забайкалье |
||||||||||
|
Восточная Сибирь |
||||||||||
|
Приамурье и Приморье |
||||||||||
В результате, коэффициенты линейного тренда (рис. 1.8) выражены в процентах от локальной сезонной/годовой нормы осадков за десятилетие и характеризуют среднюю скорость локальных изменений атмосферных осадков на территории России в течение 1976-2007 гг.
 |
|
 |
 |
 |
 |
Рис. 1.8. Пространственные распределения локальных коэффициентов линейного тренда годовых и сезонных аномалий атмосферных осадков за 1976-2007 гг. на территории России
(%/10 лет): год, зима, весна, лето, осень (по данным ИГКЭ Росгидромета и РАН)
Распределения оценок трендов подтверждают основные региональные и сезонные особенности, отмеченные выше при анализе регионально осредненных рядов осадков. Так, прослеживается рост весенних осадков в Западной Сибири и, заметно слабее, уменьшение летних осадков на европейской территории России. Обращает внимание северо-восточный регион, где наблюдается уменьшение зимних и летних осадков и рост весенних осадков.
Таким образом, в период 1976 - 2007 гг. на территории России в целом и во всех ее регионах (кроме Приамурья и Приморья) в изменениях годовых сумм осадков отмечалась тенденция к их увеличению, хотя по величине эти изменения были небольшими. Наиболее существенные сезонные особенности: рост весенних осадков в регионе Западная Сибирь и убывание зимних осадков в регионе Восточная Сибирь.
Испаряемость
Годовая испаряемость на равнинах России колеблется от 150-200 мм в сибирских провинциях тундр до 1000 мм в полупустынях и пустынях Прикаспийской низменности. В тайге наиболее характерные величины испаряемости составляют 450-500 мм, в провинциях смешанных лесов - 600-700 мм, в степях - 800-900 мм.
Рассматривая распределение фактического испарения с поверхности суши в пределах России (рис. 1.9 ), следует отметить, что его значения возрастают от северных широт к южным.
Так, средний годовой слой испарения в пределах арктических пустынь составляет лишь 100-150 мм, в то время как в центральных и центрально-черноземных областях, а также в Краснодарском крае он достигает 400-500 мм. В Центральной и Восточной Сибири испарение меньше, чем на тех же широтах Русской равнины. Это обусловлено влиянием вечной мерзлоты, меньшим количеством атмосферных осадков, горным характером и общим значительным повышением отметок местности. Снижение величины испарения к северу от зоны смешанных лесов связано в основном с уменьшением количества тепла, а к югу - с недостатком осадков.
Потери на испарение с водной поверхности водохранилищ в среднем составляют 1,9% прихода, причем по некоторым крупным водохранилищам пределы колебаний могут составлять от 1,2 до 9%. Наибольшие потери на испарение характерны для водохранилищ южных районов Европейской территории.
Увлажнение территории определяется по соотношению между количеством выпадающих атмосферных осадков и испаряемостью (рис. 1.10). При этом если осадки превышают испаряемость, возникает избыточное увлажнение и часть выпавшей влаги удаляется из данной местности в виде стока. Недостаточное увлажнение территории связано с тем, что осадков выпадает меньше, чем может испариться.