Солнце неравномерно нагревает Землю: на экваторе стоит вечное лето, на полюсах - постоянная зима. Кроме того, "три четверти планеты - моря и океаны, а остальное - острова". Соответственно и воздух над земной поверхностью может быть теплым, холодным, влажным, сухим. Но воздух субстанция подвижная и, нагревшись и увлажнившись над поверхностью теплого океана, он смещается в более высокие широты занятые холодным арктическим воздухом. Вот тут-то, на границе холодной и теплой воздушных масс и разыгрывается главная коллизия погоды, метеорологи не зря называют эту границу фронтом. В первом акте драмы на фронте происходит смешение огромных объемов теплого и влажного воздуха с холодным. Общая температура смеси резко снижается. Часто настолько сильно, что начинается второй акт.
Как известно, воздух более чем на 95% состоит из азота и кислорода. В число оставшихся 5% входит водяной пар. Его количество, выраженное в г/м3 носит название абсолютной влажности, для каждой температуры существует свой предел насыщения воздуха водяным паром. Если температура воздуха до предела насыщенного водяным паром снижается, то последний кондесируется в мельчайшие капельки воды образующие росу, иней, туман или облака, (говорят: воздух достиг точки росы).
С зарождения облаков начинается третий акт. Как известно из курса физики общее давление смеси газов равно сумме парциальных давлений ее компонентов. И если парциальное давление азота, кислорода, углекислого газа остается неизменным, то парциальное давление водяного пара, вследствие его конденсации, падает, а вместе с ним падает и общее давление воздуха в зоне смешения теплой и холодной воздушных масс. В самом деле, объем занимаемый 1 грамм-молекулой жидкой воды равен 18 кубическим сантиметрам. А если это количество воды превратить в пар, то оно, при нормальных условиях, займет объем 22,4 литра (закон Авогадро), т. е. при обратном процессе кондесации водяного пара объем занимаемый им уменьшается более чем в 1200 раз.
Причем, это изменение давления не фиксируется барометрами, поскольку атмосферное давление - это вес столба воздуха над нашей головой, а при конденсации водяного пара он не изменяется. Барометр при приближении циклона падает из-за изменения химического состава воздуха, замены части молекул азота и кислорода более легкими молекулами воды.
И если смешавшиеся объемы воздуха достаточно велики, начинается четвертый акт.
Со всех сторон, как из теплой, так и из холодной воздушных масс начинается движение воздуха в ту зону, где оно снизилось. Мы воспринимаем такое движение воздуха как ветер, т. е. со всех сторон ветры начинают дуть в зону первоначального смешения и каждый из них несет с собой новые объемы воздуха из своих воздушных масс. В "бой" вступают новые силы, процесс смешения теплого и холодного воздуха лавинообразно нарастает, соответственно расширяется и область, занятая ветрами доставляющими "резервы" в зону конденсации влаги. Поскольку Земля вращается, на них начинает действовать сила Кориолиса закручивающая, в северном полушарии, всю систему ветров против часовой стрелки, а метеорологи на своих синоптических картах начинают рисовать циклон.
Как правило (хотя и необязательно) вслед за четвертым разыгрывается пятый акт. Вскоре после образования циклона в его центре конденсируется так много влаги, что толщина образовавшихся облаков достигает нескольких километров и более-менее крупные капли, сконденсировавшиеся в их верхней части начинают падать вниз, по пути поглощая при столкновениях более мелкие капельки и, достигнув нижней кромки облаков уже имеют такой большой размер, что не могут удерживаться даже восходящими воздушными потоками и свободно выпадают вниз. На земле идет дождь, с которым и начинается шестой акт.
Процесс приобретает стационарный характер. Циклонические ветры доставляют в центр циклона все новые порции влаги и холода, осадки выливают влагу на поверхность земли и весь описанный механизм будет функционировать до исчерпания доступных циклону запасов влаги или холода. Циклон начинает куда-нибудь смещаться (обычно с запада на восток), проходя иногда расстояния в несколько тысяч километров и может существовать целую неделю, а то и больше. Таким образом, не циклон причина дождя, а скорее наоборот, вернее они взаимно поддерживают друг друга: система циклонических ветров доставляет влагу необходимую для выпадения дождя, а дождь обеспечивает снижение давления в центре циклона необходимое для существования системы циклонических ветров.
Интересно отметить, что в самом центре циклона осадки, как правило, не выпадают, особенно хорошо это видно на примере мощных тропических циклонов в центре которых нет даже облачности ("глаз бури"). Объясняется это тем, что циклонические ветры, доставив влагу в зону конденсации и, освободившись от нее, по инерции продолжают двигаться к центральной точке циклона, сталкиваются в ней между собою и вызывают некоторое повышение давления в самом центре циклона. Воздуху деваться некуда, уйти вниз не позволяет земная поверхность, а вот вверх - пожайлуста. В результате образуется небольшой воздушный "фонтан" и в верхних слоях атмосферы уже осушенный воздух растекается от центра циклона во все стороны. А поскольку вверху постоянно царят совсем низкие температуры (-40°С и ниже), то остатки влаги в вытесняемом наверх воздухе конденсируются в облака верхнего яруса, которые, вместе с растекающимся воздухом, движутся в противоположном от облаков нижнего и среднего ярусов направлении, что служит несомненным признаком близости циклона и скорого ухудшения погоды. Описанный циклонический механизм основа всей кухни погоды.
Метеорологи на своих синоптических картах изображают и антипод циклона - антициклон, область с ясным небом и высоким атмосферным давлением. С точки зрения физики атмосферы антициклон это своего рода "тихое болото" в котором ничего интересного не происходит. Центр антициклона это точка внутри однородной воздушной массы равноудалённая на большое расстояние от всех циклонов. В антициклоне стоит малооблачная сухая, летом жаркая, зимой - морозная погода со слабым ветром переменных направлений или штилем. Своей системы ветров антициклон совсем не имеет, почти все ветры в нём дующие принадлежат системам ветров окружающих циклонов. Как правило, в антициклоне наблюдается так называемый правильный суточный ход ветра. Это когда ночью ветра практически нет, утром он появляется, усиливается к середине дня, а к вечеру - опять стихает. Основных причин тому две: первая - солнце неравномерно нагревает земную поверхность, что приводит к небольшим местным повышениям давления и вторая - под действием солнечных лучей начинают таять те немногие облака, что наблюдаются в антициклоне. При таянии облаков запускается процесс обратный циклоническому - капельки жидкой воды (или льдинки) переходят в газообразное состояние, объем занимаемый этой водой резко увеличивается, опять возникает небольшое местное повышение давления и из этого места во все стороны начинает дуть слабый ветер.
|
! |
whiterussian: |
| Переместила в более подходящий раздел. |
