Чому утворюються хмари?

09.08.2018

Як і тумани, хмари виникають в результаті конденсації водяної пари в рідке і тверде стану. Конденсація відбувається або внаслідок збільшення абсолютної вологості повітря, або в результаті зниження температури повітря. На практиці в утворенні хмар беруть участь обидва фактори.

Зниження температури повітря обумовлено, по-перше, підйомом (висхідним рухом) повітряних мас і, по-друге, адвекцией повітряних мас — їх переміщенням в горизонтальному напрямку, завдяки чому тепле повітря може виявитися над холодною земною поверхнею.

Обмежимося обговоренням утворення хмар, викликаного зниженням температури повітря при висхідному русі. Очевидно, що такий процес суттєво відрізняється від утворення туману — адже туман практично не піднімається вгору, він залишається безпосередньо біля земної поверхні.

Що змушує повітря підніматися вгору? Відзначимо чотири причини висхідного руху повітряних мас. Перша причина — конвекція повітря в атмосфері. У жаркий день сонячні промені сильно прогрівають земну поверхню, вона передає тепло приземным масам повітря — і починається їх підйом. Купчасті та купчасто-дощові хмари мають найчастіше саме конвективне походження.

Процес утворення хмари починається з того, що деяка повітряна маса піднімається вгору. По мірі підйому буде відбуватися розширення повітря. Це розширення можна вважати адиабатным, так як повітря піднімається відносно швидко, і тому при досить великому її обсязі (а в освіті хмари бере участь дійсно великий об’єм повітря) теплообмін між піднімається повітрям і навколишнім середовищем просто не встигає відбутися за час підйому. При адиабатном розширенні повітря, не отримуючи теплоти ззовні, здійснює роботу тільки за рахунок власної внутрішньої енергії, а потім охолоджується. Отже, піднімається вгору повітря буде охолоджуватися.
Формування хмар в результаті конвекції

Формування хмар в результаті конвекції

Коли початкова температура T0 піднімається повітря знизиться до точки роси Тр, відповідної пружності міститься в ньому пара, стане можливим процес конденсації цього пара. При наявності в атмосфері ядер конденсації (а вони практично завжди присутні) цей процес дійсно починається. Висота H, на якій починається конденсація пари, визначає нижню межу формується хмари. Її називають рівнем конденсації. У метеорології застосовують наближену формулу для висоти H (так звану формулу Ферреля):

H = 120(T0−Тр),

де H вимірюється в метрах.

Продовжує надходити знизу повітря перетинає рівень конденсації, і процес конденсації пари відбувається вже вище цього рівня — хмара починає розвиватися у висоту. Вертикальне розвиток хмари припиниться тоді, коли повітря, охолодити, перестане підніматися. При цьому сформується нечітко виражена верхня межа хмари. Її називають рівнем вільної конвекції. Він розташовується трохи вище рівня, на якому температура піднімається повітря стає рівною температурі навколишнього повітря.

Друга причина підйому повітряних мас зумовлена рельєфом місцевості. Вітер, що дме вздовж земної поверхні, може зустріти на своєму шляху гори або інші природні піднесення. Долаючи їх, повітряні маси змушені підніматися вгору. Утворюються в даному випадку хмари називають хмарами орографического походження (від грецького слова όρος, що означає «гора»). Зрозуміло, що такі хмари не отримують суттєвого розвитку у висоту (вона обмежена висотою подоланого повітрям піднесення); в цьому випадку виникають шаруваті і шарувато-дощові хмари.

Третя причина підйому повітряних мас — виникнення теплих і холодних атмосферних фронтів. Освіта хмари відбувається особливо інтенсивно над теплим фронтом — коли тепла повітряна маса, надвигаясь на холодну масу повітря, змушена ковзати вгору по клину відступаючого холодного повітря. Фронтальна поверхня (поверхня холодного клина) дуже полога — тангенс кута її нахилу до горизонтальної поверхні становить 0,005–0,01. Тому висхідний рух теплого повітря мало відрізняється від горизонтального руху; як наслідок хмарність, виникає над холодним клином, слабо розвивається у висоту, але має значну горизонтальну протяжність. Такі називають хмарами хмари висхідного ковзання. В нижньому і середньому ярусах це шарувато-дощові і высокослоистые хмари, а у верхньому ярусі — перисто-шаруваті і перисті (зрозуміло, що хмари верхнього ярусу утворюються вже далеко за лінією атмосферного фронту). Горизонтальна протяжність хмари висхідного ковзання може вимірюватися сотнями кілометрів.

Формування хмар над теплим атмосферним фронтом

Формування хмар над теплим атмосферним фронтом

Утворення хмар відбувається також і над холодним атмосферним фронтом — коли наступає холодна повітряна маса посувається під масу теплого повітря і тим самим піднімає її. У цьому випадку поряд з хмарами висхідного ковзання можуть виникати також купчасті хмари.

Формування хмар над холодним атмосферним фронтом

Формування хмар над холодним атмосферним фронтом

Четверта причина підйому повітряних мас — циклони. Повітряні маси, рухаючись вздовж поверхні землі, закручуються до центра депресії в циклоні. Накопичуючись там, вони створюють перепад тиску по вертикалі і спрямовуються вгору. Інтенсивний підйом повітря аж до межі тропосфери призводить до потужного облакообразованию — виникають хмари циклонического походження. Це можуть бути шарувато-дощові, высокослоистые, купчасто-дощові хмари. З усіх таких хмар випадають опади, створюючи дощову погоду, характерну для циклону.

Предмет: Географія - уроки, тести, презентації, конспекти
Тип документу: Інше
, , , , ,

Написати коментар