Вода в атмосфере реферат

Обновлено: 04.07.2024

Круговорот воды: вода в атмосфере ( реферат , курсовая , диплом , контрольная )

Круговорот воды: вода в атмосфере

Испарение

Испарение — это процесс, в результате которого вода из океана или с поверхности Земли поступает в атмосферу. Тот же процесс, при котором испарение происходит с поверхности зеленых растений, называется транспирацией, а если молекулы воды переходят в газообразное состояние непосредственно с поверхности льда, то такой процесс называется возгонкой (сублимацией). Пары воды, которые в результате этих процессов пополняют количество газов, находящихся в атмосфере, увеличивают атмосферное давление.

Рассмотрим «закрытый сосуд, первоначально наполовину наполненный водой, над которой располагается сухой воздух, не содержащий паров воды. Молекулы воды находятся в хаотическом движении, кинетическая энергия которого зависит от температуры воды. Молекулы будут сталкиваться друг с другом, передавая друг другу часть энергии, и некоторые из них, находящиеся около поверхности жидкости, могут развить достаточную скорость, чтобы разорвать силы связи с другими молекулами воды и перейти в газообразную форму — водяной пар. Если уровень воды в сосуде поддерживать постоянным при помощи другого сообщающегося сосуда, объем, занимаемый воздухом, будет также оставаться неизменным, а масса воздуха будет увеличиваться за счет водяного пара, что приведет к увеличению давления, оказываемого воздухом на стенки сосуда. Та часть общего давления, которая обусловлена водяным паром, называется упругостью пара. Этот способ очень удобен для определения количества водяных паров, присутствующих в данном объеме воздуха. Альтернативным является так называемое отношение смеси влажного воздуха, то есть отношение массы водяного пара к массе сухого воздуха.

Молекулы водяного пара могут быстро двигаться в воздухе над поверхностью жидкости, при этом часть из них будет ударяться о жидкость и захватываться ею, переходя в жидкое состояние. Этот процесс называется конденсацией. Если систему оставить в таком состоянии на довольно длительное время, в ней установится равновесие, при котором процессы конденсации и испарения уравновесят друг друга; при этом количество водяного пара в воздухе будет оставаться постоянным. В таких случаях говорят, что воздух насыщен водяным паром; давление, которое при этом оказывают пары воды, называют упругостью насыщенного пара по отношению к водной поверхности. Поскольку кинетическая энергия молекул воды определяется температурой, упругость насыщенного пара также сильно зависит от температуры и с ее повышением все более и более увеличивается.

Ниже 0 °C упругость насыщенного пара меньше над поверхностью льда, чем над поверхностью переохлажденной воды. (Воду можно охладить ниже 0 °C, и при этом она не начнет замерзать, если в ней нет частиц, которые будут служить ядрами кристаллизации) В том случае, если не существует поверхности, на которой может происходить конденсация водяного пара, воздух станет перенасыщенным, но все же сохранит содержащееся в нем количество водяного пара.

Еще две характеристики количества водяных паров, присутствующих в единице объема воздуха, которые указывают на температуру, при которой будет происходить конденсация и на дополнительное количество водяного пара, которое может содержать воздух. Первая из этих характеристик называется температурой точки росы. Она определяется как температура. при которой некоторый объем воздуха — охлаждающийся при постоянном давлении, достигает состояния насыщения по отношению к воде.

Аналогичная температура относительно поверхности льда называется точкой замерзания.

Конденсация

В атмосфере над поверхностью воды или льда присутствует множество загрязняющих ее частиц, таких, как кристаллы соли, образовавшиеся при испарении брызг воды, пыль, занесенная из пустынь или образовавшаяся в результате вулканических извержений, а также частички от дыма пожаров. Эти частицы, на которых происходит конденсация, называются ядрами конденсации. Они различаются по своей способности вызывать конденсацию, но обычно в атмосфере бывает все же достаточное количество частиц, чтобы началась конденсация, как только влажность воздуха превысит 100%. Ядра, на которых происходит конденсация, даже если относительная влажность еще не достигла 100%, называются гигроскопическими ядрами. Это обычно растворимые соли или загрязняющие частицы индустриального происхождения. Конденсация также может происходить на поверхности земли в виде росы или, если температура опускается ниже 0 °C и происходит сублимация, в виде инея.

Насыщение воздуха водяным паром, приводящее к конденсации, обычно происходит при его охлаждении. Чаще насыщение воздуха водяным паром происходит при охлаждении, которое может произойти на контакте с холодной поверхностью или же при подъеме воздуха вверх. В том случае, если воздух соприкасается с поверхностью, температура которой ниже его точки росы, и находится почти без движения, будет образовываться роса или иней. Но если поднимется слабый ветер, охлажденный воздух будет перемешиваться в тонком поверхностном слое. При достаточном охлаждении весь этот слой насыщается водяным паром, в результате чего образуется туман.

Более сильный ветер будет перемешивать более мощный слой воздуха, и поэтому едва ли можно предположить, что вся его масса охладится до точки росы. Следовательно, сильный ветер препятствует образованию тумана. По международной конвенции, о появлении тумана говорят в том случае, если дневная горизонтальная видимость за счет капель воды становится менее 1 км. Если имеется помутнение воздуха, но дальность видимости за счет капель воды несколько превышает 1 км, это явление называют дымкой. Если ухудшение видимости вызывается присутствием в воздухе твердых частиц пыли, такое явление называется мглой. Частицы дыма и твердые частицы пыли, выбрасываемые промышленными предприятиями, уменьшают видимость как непосредственно, так и косвенно в связи с тем, что они представляют собой гигроскопические ядра, способствующие конденсации. Этот густой смешанный туман называется смогом.

В соответствии с причиной, по которой нижележащая поверхность оказалась холоднее соприкасающегося с ней воздуха, различают два основных типа туманов.

1. Радиационный туман образуется над земной поверхностью в результате охлаждения ее длинноволновым излучением тепла в пространство в ночное время. Ночное охлаждение поверхности моря по сравнению с охлаждением поверхности суши очень незначительно. Благоприятными условиями для появления радиационного тумана является отсутствие облачного покрова и небольшая скорость ветра. Таким образом, такой туман образуется над земной поверхностью при небольшой скорости ветра во время ясных ночей и чаще всего когда приземные слои воздуха имеют высокую относительную влажность, а поверхность суши — холодная и влажная, как, например, болотистая местность в зимнее время. Поскольку воздух, содержащий туман, холодный и, следовательно, относительно плотный, он будет стремиться разместиться в ложбинах или же будет перемещаться по направлению к морю, в особенности над эстуариями рек. Обычно ранним утром солнечные лучи проникают через такой радиационный туман и, нагревая, рассеивают его. Но в том случае, если мощный слой такого тумана образовался над холодной поверхностью моря в зимнее время, когда поступление солнечного тепла весьма невелико, радиационный туман может продержаться весь день.2. Адвективный туман образуется в результате горизонтального перемещения относительно теплой воздушной массы над более холодной поверхностью суши или моря. Такой туман наиболее устойчив над морем, поверхность которого труднее нагревается слоем воздуха или солнечным теплом. Большинство морских туманов — адвективные. При сильном ветре и значительной разности между температурой воздуха и температурой нижележащей водной поверхности этот туман очень устойчив и простирается на высоту порядка 200 м над уровнем моря. Такое явление иногда встречается, например, на Большой Ньюфаундлендской Банке. Туда из района теплого Гольфстрима в район холодных вод Лабрадорского течения переносится воздух, обладающий высокой относительной влажностью. Можно предположить, что такие туманы могут образоваться над любой холодной поверхностью моря, если существует поверхностное течение или апвеллинг холодных вод, чаще всего весной или летом, когда температура воздуха наиболее высока и он насыщен водяным паром. Над сушей адвективные туманы чаще всего бывают зимой, при поступлении влажного морского воздуха на охлажденную поверхность. Но поскольку поверхность земли может нагреваться достаточно быстро, адвективный туман скоро рассеивается, если этому только не препятствуют процессы, способствующие образованию радиационного тумана.

Фронтальный туман, или туман смешения, образуется на границе между двумя воздушными массами с различными температурой и влажностью, каждая из которых близка к насыщению Образование такого тумана иллюстрируется линией DFE.

Туман склонов (восхождения) образуется вдоль склонов холмов или гор. В действительности это низкие облака, поэтому такой тип туманов лучше рассматривать в главе, посвященной облакам.

Образование облаков

Облака возникают в результате конденсации водяного пара в свободной атмосфере. Помимо рассмотренных выше процессов перемешивания, приводящих к насыщению, конденсация водяного пара в атмосфере происходит из воздуха, который в результате подъема адиабатически охладился до точки росы. Подъем же воздуха в атмосфере определяется тремя основными причинами. Когда движущийся в горизонтальном направлении воздух встретит на своем пути барьер в виде холмов или горных хребтов, он должен обойти его сверху или сбоку, если только он не накапливается позади этого барьера. Если барьер имеет не слишком малое горизонтальное простирание, воздух сначала начнет опускаться и скапливаться позади него, однако следующая воздушная масса будет вынуждена подниматься выше барьера, чтобы преодолеть его. Если воздушная масса поднялась над таким орографическим барьером на 500 м и если при этом не произошло насыщения, ее температура понизится на 5 °C. Возможно, на некоторых уровнях воздушная масса достигнет точки росы и при этой степени охлаждения, что приведет к формированию облаков. На других же уровнях точка росы не будет достигнута. В воздушном потоке за препятствием могут развиться колебания, известные под названием подветренных волн. В ходе волнообразного процесса в поднимающемся вверх воздухе происходит конденсация водяного пара и могут возникнуть неподвижные двояковыпуклые (линзовидные) облака; при опускании воздуха происходит испарение конденсата.

Второй из причин подъема воздуха является горизонтальная конвергенция воздушных масс. Если это происходит в достаточно крупном масштабе, то на этот процесс влияет вращение Земли, что приводит к образованию циклонов. Часто в средних и высоких широтах в результате этого в соприкосновение вступают две различные воздушные массы. При этом одна из них, обладающая меньшей плотностью, поднимается вверх. Такой подъем воздуха вдоль границы, или фронта, который разделяет различные воздушные массы, обычно называется фронтальным подъемом.

Третьей причиной является нагревание воздуха вблизи поверхности Земли, в результате чего он становится менее плотным и поднимается вверх. Этот процесс называется конвекцией. В главе 6 будут рассмотрены факторы, контролирующие то состояние, при котором воздушный столб оказывается неустойчивым и начинается конвекция, а также процессы, определяющие высоту, которой достигает конвекция. В жаркий солнечный день воздух в горах может прогреться в достаточной мере и вызвать конвекцию, но этот процесс может начаться и под воздействием другой причины-наличия воздушной массы, которая поднялась над орографическим барьером. В данном случае имеется уже не одна, а две причины, приводящие к подъему воздуха.

Типы облаков

Облака обычно классифицируют по форме, по тому, содержат ли они капли воды или кристаллы льда, по высоте расположения основания и степени вертикального развития. Перистые облака преимущественно состоят из ледяных кристаллов (так называемые ледяные облака). Поскольку кристаллы льда образуются и сублимируют довольно медленно, форма перистых облаков дает возможность различать вертикальные градиенты ветра, существующие на этой высоте. Перистые облака, с характерными резко загнутыми краями, указывают на очень сильные вертикальные сдвиги в воздухе. Перисто-слоистые облака отличаются от высококучевых облаков смешанного строения волнистым краем, а также появлением гало вокруг Солнца или Луны, которое можно увидеть сквозь тонкий слой перисто-слоистых облаков в результате рефракции света на кристаллах льда. Водяные облака обладают, напротив, резко очерченными краями. Слоистые облака образуются на сравнительно небольшой высоте; обычно их основание находится ниже двух километров. Если слоистые облака образуют мощный слой и из них непрерывно идет дождь, их называют слоисто-дождевыми. Слоисто-кучевые и высококучевые облака отличаются главным образом по высоте, на которой находятся их основания; слоисто-кучевые облака обычно более мощные, и между отдельными облаками, как правило, остается меньше чистого пространства, чем у высококучевых. Они могут образовываться соответственно из слоистых и высокослоистых в результате турбулентного или конвективного перемешивания.

Кучево-дождевые облака характеризуются большой вертикальной мощностью. Заметной мощности могут иногда достигать и кучевые облака. Оба эти рода облаков относятся к водяным облакам нижнего яруса, но верхняя часть кучево-дождевого облака, из которого выпадают сильные дожди, состоит из ледяных кристаллов. Международный атлас облаков включает также род перисто-кучевых облаков, однако эти облака-водяные, в то время как все перистые облака являются ледяными. Поэтому некоторые авторы предпочитают опускать этот род облаков и относить их к одному из перечисленных ранее типов: перистых, перисто-слоистых или высококучевых. Более подробную классификацию облаков можно найти в упоминавшемся атласе.

Различные процессы в атмосфере приводят к формированию облаков различных типов. Устойчивый подъем воздуха на большой площади, обусловленный орографическим эффектом или фронтальным подъемом, приводит к формированию на соответствующих высотах слоистых облаков. Конвекция вызывает образование кучевых или кучево-дождевых облаков; в результате турбулентного перемешивания могут образовываться слоистые или (чаще) слоисто-кучевые облака в том случае, если турбуленция захватила поверхностный слой, или же высококучевые облака, если они образовались на большой высоте, например в результате значительного изменения скорости ветра на высоте.

Образование осадков

Типичные водяные облака состоят из мельчайших водяных капель со средним радиусом около 10 мк. В спокойной атмосфере такие капли имеют скорость падения около 0,01 м/сек, поэтому, если воздушная масса медленно поднимается приблизительно с такой же скоростью, капли остаются взвешенными в воздухе примерно на одной и той же высоте. Если воздушная масса «перестанет подниматься, то капли воды, радиус которых примерно вдвое больше среднего радиуса, могут достичь поверхности Земли приблизительно за полчаса, если облако расположено на высоте 100 м. Этого времени более чем достаточно для того, чтобы все капли испарились, прежде чем они достигнут Земли.

Дождевые капли, которые достигают поверхности Земли, обычно имеют радиус около 1 мм. Таким образом, они содержат в 10 б раз больше воды, чем средние капли водяного облака. Чтобы капли достигли этих размеров только в результате конденсации, потребовалось бы несколько часов. Но в воздухе обычно количество водяного пари бывает недостаточным, чтобы облачные капли могли достичь размеров дождевых капель. Осадки образуются в облаке примерно в течение часа, и поэтому должны существовать процессы, которые позволяют некоторым каплям расти за счет других или же которые приводят к коагуляции капель. Исследованию этих процессов посвящено много работ, в которых проверялись самые разнообразные гипотезы. В настоящее время существуют две теории, которые объясняют большинство причин, приводящих к росту капель в облаках.

Вторая теория, известная под названием теории Бержерона-Финдайзена, основывается на различных значениях упругости насыщенного водяного пара по отношению к поверхности льда и к переохлажденной водной поверхности. Ледяные ядра, на которых замерзание происходит при температуре выше — 30 °C, встречаются в атмосфере в не очень больших количествах. В облаках при преобладающих там температурах от — 12 до — 30 °C обычно существует смесь кристаллов льда и капель переохлажденной воды. Поскольку при одной и той же температуре упругость насыщенного водяного пара по отношению к льду меньше, чем по отношению к переохлажденной воде, воздух может быть насыщен по отношению к льду, хотя относительная влажность составляет менее 100% над водой, что приводит к испарению воды. В данном случае кристаллы льда растут за счет капель воды и вскоре достигают достаточных размеров, чтобы выпадать из облаков. Они сталкиваются с каплями воды, в результате чего начинается их эффективное слияние. По пути к поверхности земли кристаллы льда могут растаять в теплом воздухе и достигнут ее в виде дождя. Однако одни из них выпадут в виде снега или крупы (дождя со снегом), а другие могут быть подхвачены после таяния восходящим потоком и снова замерзнут. Это может многократно повториться, и в конце концов такие частицы выпадут на землю в виде града. Описанный процесс чаще всего происходит в средних и высоких широтах, однако он не приемлем для объяснения процессов выпадения осадков из облаков в тропической зоне, температура в которых выше точки замерзания.

Происхождение водяного пара в воздухе. Процессы его насыщения и конденсации в атмосфере. Значение влажности в метеорологии и механизм ее измерения. Влияние низкой и высокой влажности на организм человека. Методы ее поддержания на оптимальном уровне.

Рубрика	Биология и естествознание
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	26.05.2017
Размер файла	92,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Введение

Целью данной работы является влажность воздуха и её значение.

Вода в атмосфере содержится в виде молекул (пар), капелек и кристалликов, влажность воздуха характеризуется содержанием водяного пара в г/м 3 (абсолютная влажность - "а" 4 м 3 ) или упругостью- "с" мм р.с., мб, г п). Количество водяного пара, которое может содержаться в воздухе при данной температуре, - максимальное влагосодержание (или максимальная упругость) водяного пара (Е). Процентное отношение количества водяного пара, содержащегося в воздухе, к тому количеству, которое может содержаться при данной температуре, - относительная влажность (%). Она показывает степень насыщения воздуха водяным паром.

Разность между максимальной (Е) и фактической упругостью водяного пара - дефицит 4 (Д). Температура, при которой находящийся в воздухе водяной пар насытит его и начнется конденсация - точка росы (Т 0). Чем выше температура воздуха, тем больше водяного пара он может содержать, тем выше точка росы.

1. Водяной пар

Водяной пар поступает в атмосферу в результате процесса испарения с поверхности. Испарение зависит от температуры испаряющей поверхности и от относительной влажности воздуха. Насыщенный воздух не может вместить больше пара, если температура его не повысится. При повышении температуры, он удаляется от насыщения, при понижении, наоборот, в нем может начаться конденсация. Так происходит, например, летней ночью при ясной погоде, соприкасаясь с холодной поверхностью, оставляет на ней капельки росы. При отрицательной температуре выпадает иней. В воздухе, охлаждающемся от поверхности или от пришедшего холодного воздуха, образуется туман. Он состоит из мелких капелек или кристалликов, взвешенных в воздухе. В сильно загрязнённом воздухе образуется густой туман с примесью дыма - смог.

Облака образуются при конденсации водяного пара в поднимающемся воздухе вследствие его охлаждения. Высота их образования зависит от температуры относительной влажности воздуха. При достижении им высоты, на которой насыщение станет полным (100 %) начинается конденсация и облакообразование. Если восходящий воздух встретит теплый слой (инверсия), подъём прекращается, воздух не достигает границы конденсации и облака не образуются.

Облака находятся в постоянном движении, опускаясь ниже границы конденсации, они испаряются ("тают"). Облака могут состоять из мелких капелек или кристалликов, чаще всего они смешанные. По форме (по виду) различают облака перистые, слоистые и кучевые. Перистые облака-облака верхнего яруса (выше 6000 м), полупрозрачные, ледяные. Осадки из них нее выпадают. Слоистые облака среднего (от 2000 до 6000 м) и нижнего (ниже 2000 м) ярусов. В основном они и дают осадки, обычно длительные, обложные. Кучевые облака могут образоваться в нижнем ярусе и достигать очень большой высоты. Часто они имеют вид башен и состоят внизу из капелек, вверху-из кристалликов. С ними связаны ливни, град, грозы. Кроме трёх основных форм облаков, возникает много комбинированных. Например, перисто-слоистые, слоисто-кучевые, перисто-кучевые и т.д.

Форма облаков объясняется их происхождением. Облачный покров обычно состоит из разных облаков. Степень покрытия неба облаками - облачность измеряется в баллах. Полная облачность - 10 баллов. В среднем на Земле половина неба закрыта облаками. Наибольшая облачность там, где воздух поднимается, то есть в облаках пониженного давления. Наименьшая облачность соответственно в областях повышенного давления. Над океаном она больше, чем над сушей, так как там больше влаги в воздухе. Абсолютный максимум облачности - над Северной Атлантикой (9 баллов), абсолютный минимум - над Антарктидой и над тропическими пустынями (0,2 балла). Облачный покров задерживает солнечную радиацию, идущую к земной поверхности, отражает и рассеивает её. Одновременно облака задерживаю тепловые излучения земной поверхности в атмосфере. Поэтому влияние облачности на климат велико.

От влажности зависит интенсивность испарения влаги с поверхности кожи человека. А испарение влаги имеет большое значение для поддержания температуры тела постоянной. В космических кораблях поддерживается наиболее благоприятная для человека относительная влажность воздуха (40-60 %).

Большое значение имеет знание влажности в метеорологии для предсказания погоды. Хотя количество водяного пара в атмосфере сравнительно невелико (около 1 %), роль его в атмосферных явлениях значительна. Конденсация водяного пара приводит к образованию облаков и последующему выпадению осадков. При этом выделяется большое количество теплоты, и наоборот, испарение воды сопровождается поглощением теплоты.

В ткацком, кондитерском и других производствах для нормального течения процесса необходима определённая влажность.

Хранение произведений искусство и книги требуют поддержания влажности воздуха на необходимом уровне. Поэтому в музеях на стенах вы можете видеть психрометры.

ГОСТ

Поступление воды в атмосферу

В земной атмосфере всегда содержится небольшое количество воды – это водяной пар, на долю которого приходится $0,001\%$ его массы на нашей планете. Водяной пар образуется в результате испарения влаги с поверхности суши и океанов. Ветер и температура определяют скорость испарения. При высокой температуре и большой ёмкости пара скорость испарения увеличивается.

Испаряемость – это количество воды, которое может испариться с той или иной поверхности.

От температуры воздуха и содержания в нем водяного пара будет зависеть испаряемость. Понятно, что при высокой температуре в воздухе мало содержится водяного пара, а это значит, что испаряемость будет выше.

В тех районах планеты, где в течение года сохраняется низкая температура воздуха, низкой будет и испаряемость. Это, как правило, полярные районы. Пустынные районы характеризуются максимальными величинами испаряемости (до $2000$ м в год).

Смешивание воды с воздухом может происходить только до определенного предела. Этим пределом является насыщение. Если насыщенный водой воздух нагреть, он опять приобретет способность впитывать водяной пар, т.е. из насыщенного превратится в ненасыщенный. Этот факт говорит о том, что свойство воздуха содержать то или и иное количество паров определяется его температурой.

Переход воздуха из ненасыщенного к насыщенному состоянию, называется точкой росы.

Точка росы быстрее наступает при холодном воздухе, потому что при низкой температуре воздух не может много содержать водяного пара.

При выпадении осадков атмосферная влага теряется и пополняется за счет поступления новых порций испарения. Состав воды в атмосфере полностью обновляется за $9-10$ дней, а это говорит о том, что влага атмосферы является самым активным звеном круговорота воды в природе.

Готовые работы на аналогичную тему

В тропосфере сосредоточено основное количество водяного пара.

Абсолютная и относительная влажность воздуха

Высокая влажность воздуха будет в той местности, где больше водоемов и растений, где выше температура, а значит теплее воздух. Но, теплый воздух не всегда будет содержать большое количество влаги, в пустынях, например, влаге просто неоткуда взяться.
Влажность воздуха может быть абсолютная и относительная.

Абсолютная влажность – это количество воды в граммах, содержащееся в $1$ куб. метре воздуха.

Воздух будет считаться насыщенным, если он при данной температуре может содержать максимальное количество поглощенной влаги. Поэтому понятно, что насыщенный воздух при температуре $0^\circ$ будет содержать водяных паров меньше, чем насыщенный воздух при температуре $30^\circ$.

Относительная влажность воздуха – это отношение абсолютной влажности к тому количеству воды, которое воздух может содержать при данной температуре.

Относительная влажность измеряется в процентах, например, влажность в $70\%$ говорит о том, что насыщение воздуха составляет $70\%$ от максимально возможного при данной температуре.

Для организма человека оптимальной будет относительная влажность $40-60\%$. Низкая влажность создает иллюзию восприятия температуры – кажется, что воздух гораздо холоднее, чем на самом деле и наоборот.

Представление о состоянии и особенностях воздушных масс дает важнейший показатель – абсолютная влажность воздуха. Её величину надо отличать от относительной влажности, которая показывает долю водяного пара в процентах. Абсолютная же влажность – это фактическое количество водяного пара в граммах, содержащееся в $1$ куб. метре воздуха.

Влажность воздуха имеет большое значение для живых организмов. Маленькая относительная влажность ускоряет испарение и отрицательно сказывается на растительном и животном мире. Высокая влажность затрудняет испарение и при высокой температуре может привести к перегреву организма. Измеряют относительную влажность с помощью специальных приборов – гигрометров.

Облака в атмосфере

Атмосферная вода имеет три агрегатных состояния – газообразное (водяной пар), жидкое (осадки в виде дождя), твердое (снег, лед). Облака образуются в результате конденсации водяного пара, когда относительная влажность приближается к $100\%$ – вода из газообразного состояния переходит в жидкое состояние. Отрицательная температура позволяет воде миновать жидкое состояние и превращает её в твердые кристаллики льда и снега – происходит сублимация водяных паров.

Сублимация и конденсация водяного пара являются причинами образования осадков. Образование облаков связано с конденсацией водяного пара на высоте от десятков до сотен метров и даже километров. Облака содержат значительное количество воды, несмотря на кажущуюся легкость. Если учесть размеры облаков, а это десятки кубических километров, то в виде капелек или кристалликов льда одно облако может содержать сотни тонн воды. С помощью воздушных потоков они непрерывно переносят огромные водные массы над Землей, вызывая перераспределение тепла и влаги.

На разнообразную форму облаков влияние оказывают многие факторы:

Высота;
Скорость ветра;
Влажность воздуха.

Есть облака сходные по форме и по высоте и их объединяют в группы:

Кучевые облака;
Перистые облака;
Слоистые облака

Выделяют и разновидности облаков:

Слоисто-кучевые;
Перисто-слоистые;
Слоисто-дождевые и др.

Облака темно-фиолетового или черного цвета, перенасыщенные водяным паром, называют тучами

В разное время небо по-разному может быть покрыто облаками.

Облачность – это степень покрытия неба облаками, выраженная в баллах от $1-10$

Выпадение осадков, как правило, предвещает высокая степень облачности и, конкретно, высокослоистые, кучево-дождевые и слоисто-дождевые облака.

По высоте, согласно международной классификации, облака делятся на 4 класса:

Облака верхнего яруса (перистые, перисто-кучевые, перисто-слоистые);
Облака среднего яруса (высоко-кучевые, высоко-слоистые;
Облака нижнего яруса (слоисто-дождевые, слоисто-кучевые, слоистые);
Облака вертикального развития (кучевые, мощно-кучевые, кучево-дождевые-грозовые).

Облачный покров Земли достаточно велик. В среднем облаками покрыто около половины всего неба.

Вода на Земле находится не только в жидком состоянии. Помимо твердых ледников есть ещё водяной пар, находящийся в атмосфере. На его долю приходится только 0,001% всей воды на Земле, однако значение водяного пара для жизни на Земле сложно переоценить.

Вода в атмосфере появляется за счет испарения с поверхности океанов и суши. Расчеты показывают, что в течение года океаны отдают в атмосферу около 450 тыс. куб. км воды. Это значит, что они теряют слой воды толщиной примерно 1,25 м. Ещё 71 тыс. куб. км воды попадает в атмосферы с поверхности суши. Одновременно примерно тот же объем выпадает на Землю в виде осадков, поэтому уровень воды в океане не меняется из-за ее испарения.

Испаряемость

Испаряемость зависит в первую очередь от температуры – чем она выше, тем больше испаряемость. Однако влияют и другие факторы, например, влажность. Если воздух сухой, то вода испаряется быстрее. Когда же влажность близка к 100%, воздух становится насыщенным, поэтому он больше не способен принимать водяные пары. В свою очередь это означает, что на испаряемость влияет и скорость ветра – чем быстрее он дует, тем быстрее насыщенные воздушные массы сменяются новыми, ещё ненасыщенными. Интересный факт – самое сухое место на Земле находится в холодной Антарктиде. Это долины Мак-Мердо. Дело в том, что над ними дуют рекордные ветра, чья скорость может доходить до 320 км/ч. Именно благодаря ним в этих долинах за всю историю наблюдений ни разу не выпали осадки.

Влажность воздуха

Важнейшая характеристика воздуха – его влажность. Различают влажность абсолютную и относительную. Абсолютная влажность показывает, сколько грамм воды содержится в 1 кубометре воздуха.

Однако на практике куда важнее относительная влажность. Она измеряется в процентах и показывает, насколько воздух насыщен водяным паром. Если влажность составляет 100%, то воздух максимально насыщен и больше не способен принять избыток водяного пара. Если, например, влажность равна 50%, то воздух насыщен наполовину и способен вобрать столько же влаги, сколько он содержит сейчас.

Для животных и людей обычно более комфортна низкая влажность. В этом случае пот, выделяемый организмом, испаряется, в результате чего происходит охлаждение организма. Если же воздух насыщен, то поту испаряться просто некуда, в результате чего терморегуляция организма нарушается.

Облака

Водяной пар будет находиться в любом объеме воздуха атмосферы, однако часто он концентрируется в особые структуры – облака. В них влажность очень высока, и именно из них на Землю выпадают осадки. Облака формируются на высоте, так как там температура ниже. Теплый и ещё ненасыщенный воздух из нижних слоев поднимается наверх (так как теплый воздух менее плотный и потому более легкий, чем холодный), где охлаждается и становится насыщенным. В облаке уже есть мельчайшие капли воды, однако они не будут падать до тех пор, пока скорость восходящих потоков воздуха достаточна высока. Нередко капли, падающие на Землю, успевают испариться, не достигнув ее. Отметим, что есть облака, состоящие не из капель воды, а из кристалликов льда.

Выделяют огромное количество типов облаков: перистые, высокослоистые, кучевые и т. д. Они отличаются внешним видом, высотой, на которой они располагаются, типами характерных для них осадков.

Роль воды в атмосфере

Водяной пар играет важную роль в круговороте воды в природе. Вода с поверхности океанов испаряется, после чего выпадает над сушей. Эти осадки питают реки, озера, подземные реки. Грубо говоря, если бы не водяной пар, то вся вода с суши в течение короткого промежутка времени стекла бы в океаны, и в результате реки и озера высохли бы.

При этом из океанов испаряется только вода, а не содержащиеся в ней соли, поэтому из атмосферы выпадает уже пресная вода, пригодная для питья. Можно сказать, что атмосфера – это главный опреснитель воды на Земле.

Водяной пар влияет и на климат планеты, в частности на температуру. С одной стороны, он является парниковым газом, а потому способствует разогреву планеты. Ряд ученых опасается, что может возникнуть цепная реакция – повышение температуры будет повышать испарение воды и увеличивать концентрацию водяного пара, что за счет парникового эффекта будет приводить к росту температуры. Однако также водяной пар, образуя облака, способствует охлаждению планеты, ведь белые облака прекрасно отражают солнечный свет и потому сокращают долю солнечных лучей, доходящих до поверхности планеты. Можно ожидать, что увеличение концентрации водяного пара будет приводить к формированию большего числа облаков, что отчасти компенсирует парниковый эффект от него.

Читайте также: