На любом языке слово «погода» означает дождь и солнце, зной и холод, облака и ветер. Сюда же относятся влажность и видимость. Для метеоролога понятие «погода» включает в себя шесть элементов: температуру воздуха, атмосферное давление, скорость ветра, влажность, облачность и осадки.
Образование облаков
Облака состоят из множества мельчайших капелек воды или ледяных кристаллов, настолько легких, что они способны удерживаться в воздухе. Частички, из которых состоят облака, образуются в воздухе из водяного пара при падении температуры до критического уровня – точки росы. Образовавшиеся при этом капельки воды затем могут превратиться в ледяные кристаллы. Но для образования и капелек воды, и кристалликов льда необходимы два условия. Первое – влажный воздух должен подняться, при этом плотность его уменьшается, а тепло выделяется в окружающую атмосферу. Второе – в воздухе должны находиться частички пыли; охлажденный пар конденсируется на них, образуя капли или ледяные кристаллы. Эти мельчайшие частички называются соответственно ядрами конденсации или ядрами сублимации.
Облака в небе вовсе не означают, что пойдет дождь или выпадет снег. В результате конденсации не могут сформироваться капли или кристаллы снега, способные сохраниться при падении на земную поверхность. Они испарятся, даже если будут настолько крупными, что преодолеют сопротивление поднимающегося воздуха. Причиной выпадения атмосферных осадков являются два других процесса – кристаллизация льда и процесс срастания. При температуре ниже 0°С в облаках содержатся и ледяные кристаллы, и капли переохлажденной воды; капли при этом испаряются, а пар конденсируется на кристаллах льда. Кристаллы, таким образом, растут за счет капель до тех пор, пока не становятся достаточно тяжелыми, чтобы упасть на землю. Если при падении они тают, что обычно и случается, то у земли идет дождь. Бывают случаи, когда облака не содержат кристалликов льда. Тогда капли растут и выпадают из облака за счет слияния разных по размеру частичек воды. Поверхности земли чаще достигают те капли, которые образуются при слиянии мелких капелек с более крупными. Среди различных по форме облаков основными являются два вида – слоистые и кучевые облака; их образование зависит от характера подъема воздуха. Если воздух поднимается с большой площади и медленно, со скоростью несколько сантиметров в секунду, то образуются слоистые облака. Так часто происходит в теплом секторе циклона и в районе теплого фронта. Кучевые облака, наоборот, формируются при быстром, со скоростью несколько метров в секунду, движении воздуха в конвекционных потоках, которые зарождаются у поверхности земли и имеют всего несколько сотен метров в диаметре. С высотой эти потоки расширяются, но все равно кучевые облака, или кумулюсы, обычно не превышают в поперечнике нескольких километров. Если атмосфера находится в неустойчивом состоянии, они могут вырасти в гигантские кучево-дождевые облака.
Облачность обычно различают по форме облаков и их высоте. На этих признаках основана первая классификация облаков, составленная еще в 1833 г. лондонским химиком Л. Ховардом. Эта классификация послужила основой для международной классификации, принятой Всемирной метеорологической организацией. Согласно ей, все облака делятся на десять типов, объединенных в три различные по высоте группы. Самые высокие – перистые, перисто-слоистые и перисто-кучевые облака образуются на высоте 8-10 км и состоят из кристалликов льда; средневысотные – высококучевые и высокослоистые облака – располагаются на высоте 3-8 км и вместе с кристаллами льда содержат капли воды; низкие-слоистые, слоисто-дождевые и слоисто-кучевые, а также кучевые и кучево-дождевые облака – находятся на высоте ниже 3 км и состоят из воды. Однако такое деление весьма условно, поскольку существует множество разновидностей этих десяти типов облаков.
Редко встречаются единичные облака, точно соответствующие классической форме. Обычно облака различных типов образуют множество смешанных форм.
Солнце, ветер и влажность
Чистое небо при устойчивой солнечной погоде обычно является результатом нисходящего движения воздуха в антициклонах. Дольше всего солнце светит летом в приполярных областях, где оно в это время не заходит. Но самая большая интенсивность солнечного сияния и самые высокие температуры наблюдаются в крупнейших пустынях мира, расположенных около 30 северной и южной широты. Суточный максимум температур здесь более 35°, а ночью нередки заморозки.
Скорость и направление ветра в приземных слоях атмосферы зависят от трения воздуха о земную поверхность и от топографии местности. А потому скорость ветра у земли в общем ниже, чем наверху, а над водной гладью она выше, чем над неровной поверхностью суши. Значительно меняет скорость ветра характер поверхности. Многим знакомы сильные воздушные потоки, устремляющиеся в узкие долины или улицы городов.
Влажность воздуха выражают по-разному. Чаще принято определять относительную влажность – процентное отношение водяных паров, содержащихся в единице объема воздуха, к тому количеству пара, которое при той же температуре делает этот воздух насыщенным. В средних широтах суточная относительная влажность меняется в основном от 60 до 80%, но порой падает до 8% или повышается до 100%.