Режим атмосферных осадков. Атмосферные осадки и их химический состав

Что такое водяной пар? Какими свойствами он обладает?

Водяной пар – газообразное состояние воды. Не имеет цвета, вкуса и запаха. Содержится в тропосфере. Образуется молекулами воды при её испарении. Водяной пар при охлаждении превращается в капли воды.

В какие сезоны года в вашей местности бывают дожди? В какие - снегопады?

Дожди выпадают летом, осенью, весной. Снегопады – зима, конец осени, начало весны.

По рисунку 119 сравните среднегодовое количество осадков в Алжире и во Владивостоке. Одинаково ли распределяются осадки по месяцам?

Годовое количество осадков в Алжире и Владивостоке практически одинаковое – 712 и 685 мм соответственно. Однако распределение их в течении года отличается. В Алжире максимум осадков приходится на конец осени и зиму. Минимум – на летние месяцы. Во Владивостоке большая часть осадков выпадает летом и в начале осени, минимум приходится на зиму.

Рассмотрите рисунок и расскажите о чередовании поясов с разным годовым количеством осадков.

В распределении осадков в целом наблюдаются изменения по направлению от экватора к полюсам. В широкой полосе вдоль экватора выпадает их наибольшее количество - свыше 2000 мм в год. В тропических широтах осадков очень мало - в среднем 250-300 мм, а в умеренных широтах их опять становится больше. При дальнейшем приближении к полюсам количество осадков вновь убывает до 250 мм в год и меньше.

Вопросы и задания

1. Как образуются осадки?

Атмосферные осадки - это вода, выпавшая на землю из облаков (дождь, снег, град) или непосредственно из воздуха (роса, иней, изморозь). Облака состоят из мельчайших капелек воды и кристалликов льда. Они настолько малы, что удерживаются потоками воздуха и не падают на землю. Но капельки и снежинки могут сливаться друг с другом. Тогда они увеличиваются в размерах, становятся тяжёлыми и падают па землю в виде атмосферных осадков.

2. Назовите виды атмосферных осадков.

Осадки бывают жидкие (дождь), твердые (снег, град, крупа) и смешанные (снег с дождем)

3. Почему столкновение теплого и холодного воздуха приводит к возникновению осадков?

При столкновении с холодным воздухом теплый воздух, вытесняемый тяжелым холодным, поднимается вверх, начинает охлаждаться. Водяной пар в теплом воздухе конденсируется. Это приводит к образованию облаков и осадков.

4. Почему в облачную погоду не всегда выпадают осадки?

Осадки выпадают, только если воздух перенасыщен влагой.

5. Как можно объяснить, что близ экватора осадков очень много, а в районах полюсов – очень мало?

Большое количество осадков выпадает близ экватора, поскольку из-за высоких температур происходит испарение большого количества влаги. Воздух быстро насыщается и выпадают осадки. У полюсов низкие температуры воздуха препятствуют испарению.

6. Какое количество осадков выпадает за год в вашей местности?

В европейской части России выпадет в среднем около 500 мм в год.

ОСАДКИ, ИХ ФОРМЫ И ВИДЫ. ВЛИЯНИЕ ОСАДКОВ НА ПОЛЕ ТЫ

Осадками называют капли воды и кристаллы льда, выпадающие из облаков или оседающие из возд уха на земную поверхность. Осад ки из облаков дают более 99% об щего количества воды, поступающей из атмосферы на земную поверхност ь; менее 1% прих одится на осад ки, осаждающиеся из воздуха.

Осадки х арактеризуются количеством и интенсивностью. Количество осадков измеряет ся толщиной (выраженной в мм или см) того слоя вод ы, который они образовали бы на поверхности земли при от сутст вии просачивания, стока и испарения. Интенсивность − э то количество осадков, выпадающих за единицу времени (за минуту или за час).

Необходимым условием д ля образования осадков является укрупнение облачных э лементов до таких размеров, при кот орых скорость падения этих элементов становится б ольше скорости восходящ их потоков. Процесс укрупнения происходит, в основном, по следующим причинам:

а) за счет переконденсации вод яного пара с капель воды на кристаллы льда или с

мелких капель на кр упные. Это происходит потому, что упругост ь насыщ ения над ледяными кристаллами меньш е, чем над каплями воды, над крупными каплями меньше, чем над мелкими.

б) за счет слияния (коагуляции) капель воды при их столкновении в результате т урбулент ных движений воздуха и различной скорости падения крупных и мелких капель. Эти ст олкновения приводят к поглощению мелких капель крупными.

Рост капель за счет конденсации преобладает до т ех пор, пока радиус капли не станет равным 20…60 мкм, после чего главным процессом укрупнения облачных элемент ов становится коагуляция.

Об лака, однородные по своей структуре, т.е. состоящие т олько из одинаковых по

размерам капель или только из ледяных кристаллов, осадков не дают. К таким облакам от носятся кучевые и высоко-кучевые, сост оящ ие из мелких вод яных капель, а т акже перистые, перисто-кучевые и перист о-слоистые, состоящие из ледяных кристаллов.

В облаках, сост оящих из капель разного размера, происходит медленный рост более крупных капель за счет мелких. Однако, в результ ате указанного процесса образуют ся лишь небольшие капли дождя. Такой процесс происходит в слоистых, а иногда и в слоисто- кучевых об лаках, из которых могут вы пад ать осадки в вид е мороси.

в) основные виды осадков выпадают из смешанны х облаков, в которых укрупнение об лачных элементов происходит за счет замер зания переохлажд енных капель на кристаллах льда. Укрупнение облачных э лемент ов идет бурно и сопровождает ся выпад ением дождя или снега. К таким облакам от носятся кучево-дождевые, слоисто-дождевые и высоко-слоистые.

Осадки, выпадающие из облаков, могут бы ть жидкими, твердыми и смеш анными.

Основными формами осадков являются :

Мокрый снег – осадки, состоящие из тающего снега при температ уре – 0°…+5°С.

Снежная крупа – мягкие молочно-б елые непрозрачные крупинки округлой формы д иаметром 2…5 мм.

Град – осадки в виде кусочков льда р азного размера. Градины имеют неправильную или сферическую (близкую к сферической) форму, их размер колеблется от 5 мм до 10 см и более. Поэ тому вес градин может быт ь очень большим. В центре градин имеется беловат ое полупрозрачное зерно, обт янут ое несколькими слоями прозрачного и непрозрачного льда.

Ледяной дождь – мелкие прозрачные сферические частицы д иаметром 1…3 мм. Они образуются при замерзании капель дожд я, падающих сквозь нижний слой возд уха с отрицательной т емпературой (дождь при температ ур е 0°… 5°С).

По характеру выпадения , в зависимости от физических условий образования,

продолжит ельности и интенсивност и, осадки разделяются на три вида:

1. Обложные осадки − это продолжительные, средней интенсивност и осадки в виде капель дождя или в виде хлопьев снега, которые наблюдаются одновременно над значительной площ адью. Эти осадки выпадают из системы фронтальных слоист о-дождевых и высоко-слоист ых облаков.

2. Ливневые осадки − э то кратковременные, большой инт енсивност и осад ки в виде крупных капель, крупных хлопьев снега, иногда ледяной крупы или град а, которые обы чно наблюдают ся над небольшими районами. Выпадают из кучево -дождевой, а иногда мощ но- кучевой (в тропиках) облачности. Обычно они начинаются внезапно, длятся недолго, но в ряде случаев могут неоднократ но возобновляться. Выпадение ливневых осадков часто сопровождает ся грозами и шквалами.

3. Моросящие осадки − очень мелкие капли, мельчайшие снежинки или снежные зерна, оседающие из облаков на землю почти незаметно для глаза. Наблюдают ся одновременно над большой т ерриторией, их инт енсивност ь очень мала и определяется обычно не по количеству выпавших осадков, а по степени ухудшения горизонтальной видимост и. Выпадают из слоистых и слоисто-кучевых облаков.

К осадкам, выделяющим ся непосредственно из воздуха, относятся: роса, иней, изморозь, жидкий или твердый налет на наветренной стороне верт икально расположенных предметов.

Роса - эт о жидкие осадки в виде мелких капелек воды, образующихся в летние ночи и утром на предметах, р асположенных у поверхности земли, листьях растений и т.д. Роса образует ся при соприкосновении влажного воздуха с охлажденными предметами, всл едст вие чего происходит конденсация водяного пара.

Иней - это б елое мелкокристаллическое отложение, образующ ееся в результат е сублимации вод яного пара в тех случаях, когда температ ура приземного воздуха и подстилающей поверхности ниже 0°С;

Высокое влагосодержание, малооб лачная погода и слабый ветер способ ствуют образованию росы и инея. В этом процессе принимает участие слой воздуха т олщиной

200…300 м и больше. Иней, образующийся на поверхности воздуш ного судна на земле, необходимо т щательно удалять перед вылет ом, т ак как э то может привести к тяжелым последствиям вследствие того, что аэ родинамические качества возд уш ного судна ухудшаются.

Изморозь – это белый, рыхлый, похожий на снег, лед. Она образуется в туманную морозную погоду при очень слабом ветре на ветках деревьев и кустарников, проводах и на д ругих предметах. Образование изморози связано главным образом с замерзанием мельчайших переохлажд енных капелек, сталкивающихся с различными предметами. Снежная бах рома изморози может быть самой причудливой формы. Она легко осыпает ся при ст ряхивании, но при повышении температуры и новом похолодании может смерзаться и оледеневать.

Жидкий и твердый налет образуется на навет ренной част и вертикально расположенных предметов, охлажденных до температ уры ниже температуры окружающего воздуха. В теплое время образуется жид кий налет, а при температуре поверхност и ниже 0°С об разуются белы е полупрозрачные крист аллы льда. Этот вид осадков может образовываться в любое время суток при резких потеплениях в холодное время года.

Особой формой переноса осадков являют ся мет ели. Различают три вида метелей:

снежный поземок , снежная низовая метель и общая метель.

Снежный поземок и снежная низовая метель образуют ся при переносе сухого снега по поверхности земли. Снежный поземок образуется при ветре 4…6 м/с, снег поднимается на высот у до 2 м над поверхностью земли. Снежная низовая метель образуется при ветре 6 м /с и б олее, снег под нимается на высот у более 2 м над поверхностью земли. При общей метели (своего значка не имеет) наблюдается выпадение снега из облаков, ветер 10 м/с и более, подъем с земли ранее выпавшего снега и видимость менее 1000 м.

Все виды осадков усложняют производство полетов. Влияние осадков на полеты зависит от их вид а, характ ера выпадения и температуры воздуха.

1. В осадках ухудш ает ся видимост ь и понижается нижняя граница облаков. В умеренном дожде при полет е с небольшой скоростью горизонтальная видимость ухудшается д о 4…2 км, а при большой скорости полета − до 2…1 км. Значительное ух удш ение горизонтальной видимости наблюд ается при полет е в зоне снегопада. В слабом снеге видимость обычно не превышает 1…2 км, а в умеренном и сильном – ухудш ается до нескольких сотен метров. В ливневых осадках видимость резко ух уд шает ся до нескольких д есятков метров. Нижняя граница об лаков в зоне осадков, особенно на атмосферных фронтах, понижает ся до 50…100 м и может располагаться ниже вы соты принятия решения.

2. Осадки в виде града вызывают механические поврежд ения воздушных судов. При б ольшой скорост и полета даже небольшие градины могут сделать значительные вмятины и разруш ить остекление кабины. Град иногда встречает ся на значительной высот е: мелкий град наблюдает ся на высоте около 13 км, а крупный – на высоте 9,5 км. Разруш ение остекления на больш ой высоте может привести к разгерметизации, что очень опасно.

3. При полетах в зоне ледяного дождя наблюдается интенсивное обледенение

воздушных судов.

4. Длительные обложные осадки в теплое время год а вызывают переувлажнение грунта и выводят из строя на то или иное время грунтовые аэродромы, нарушают регулярност ь от правления и приема воздушных судов.

5. Сильные ливневые осадки ухудшают аэродинамические качества возд уш ного суд на, чт о может привести к срыву потока. В связи с эт им посадка в сильных ливневых осадках при видимости менее 1000 м запрещена .

6. При полет ах по ПВП в зоне снегопада над заснеженной поверхностью значительно снижается контрастность всех объ ектов на земной поверхности и поэтому сильно ух удш ает ся ориентировка.

7. При посад ке на мокр ую или покрыт ую снегом ВПП увеличивает ся длина пробега самолета. Скольжение на ВПП, покрытой снегом, в 2 раза больше, чем на бетонной ВПП.

8. При разбеге возд ушного судна с ВПП, покрытой слякотью, может возникнуть гидроглиссирование. Колеса воздушного судна отбрасывают мощные ст руи воды и слякоти, происходит сильное торможение и увеличение длины разбега. Могут создаться такие условия, что воздушное судно не д остигнет скорости отрыва и возникнет опасная ситуация.

9. Выпадающий в зимнее время снег т ребует проведения д ополнительных работ по его уборке и уплотнению на ВПП, рулежных д орожках и стоянках, где обсл уживаются воздушные суда и другие машины и механизмы.

Испарение водяного пара, его перенос и конденсация в атмосфере, образование облаков и выпадение осадков представляют собой единый комплексный климатообразующий процесс влагообо-рота, в результате которого происходит непрерывный переход воды с земной поверхности в воздух и из воздуха снова на земную поверхность. Осадки являются важнейшей составляющей этого процесса; именно им, наряду с температурой воздуха, принадлежит определяющая роль среди тех явлений, которые объединяются понятием «погода».

Атмосферными осадками называется влага, выпавшая на поверхность Земли из атмосферы. Атмосферные осадки характеризуются средним количеством за год, сезон, отдельный месяц или день. Количество осадков определяется высотой слоя воды в мм, образовавшегося на горизонтальной поверхности от выпавшего дождя, мороси, обильной росы и тумана, растаявшего снега, наста, града и снежной крупы при отсутствии просачивания в грунт, поверхностного стока и испарения.

Атмосферные осадки разделяются на две основные группы: выпадающие из облаков - дождь, снег, град, крупа, морось и др.; образующиеся на поверхности земли и на предметах - роса, иней, изморось, гололед.

Осадки первой группы напрямую связаны с другим атмосферным явлением - облачностью, которая играет важнейшую роль во временном и пространственном распределении всех метеорологических элементов. Так, облака отражают прямую солнечную радиацию, уменьшая ее приход к земной поверхности и меняя условия освещенности. В то же время они увеличивают рассеянную радиацию и уменьшают эффективное излучение, что способствует увеличению поглощенной радиации.

Изменяя радиационный и тепловой режим атмосферы, облака оказывают большое влияние на растительный и животный мир, а также на многие стороны деятельности человека. С архитектурно-строительной точки зрения роль облаков проявляется, во-первых, в количестве суммарной солнечной радиации, приходящей на территорию застройки, к зданиям и сооружениям и определяющей их тепловой баланс и режим естественной освещенности внутренней среды. Во-вторых, явление облачности связано с выпадением осадков, которые определяют влажностный режим эксплуатации зданий и сооружений, влияющий на теплопроводность ограждающих конструкций, их долговечность и т.д. В-третьих, выпадение твердых осадков из облачности определяет снеговые нагрузки на здания, а отсюда - форму и конструкцию кровли и другие архитектурные и типологические особенности, связанные со снежным покровом. Таким образом, прежде чем перейти к рассмотрению осадков, необходимо более подробно остановиться на таком явлении, как облачность.

Облака - это скопления продуктов конденсации (капелек и кристаллов), видимых простым глазом. По фазовому состоянию облачных элементов они делятся на водяные (капельные) - состоящие только из капель; ледяные (кристаллические) - состоящие только из ледяных кристаллов, и смешанные - состоящие из смеси переохлажденных капель и ледяных кристаллов.

Формы облаков в тропосфере очень разнообразны, однако их можно свести к относительно небольшому числу основных типов. Такая «морфологическая» классификация облаков (т.е. классификация по их внешнему виду) возникла в XIX в. и является общепринятой. Согласно ей все облака разделены на 10 основных родов.

В тропосфере условно выделяют три яруса облаков: верхний, средний и нижний. Основания облаков верхнего яруса располагаются в полярных широтах на высотах от 3 до 8 км, в умеренных широтах - от 6 до 13 км и в тропических широтах - от 6 до 18 км; среднего яруса соответственно - от 2 до 4 км, от 2 до 7 км и от 2 до 8 км; нижнего яруса на всех широтах - от земной поверхности до 2 км. К облакам верхнего яруса относятся перистые , перисто-кучевые и перисто-слоистые. Они состоят из ледяных кристаллов, полупрозрачны и мало затеняют солнечный свет. В среднем ярусе располагаются высоко-кучевые (капельные) и высоко-слоистые (смешанные) облака. В нижнем ярусе присутствуют слоистые , слоистодождевые и слоисто-кучевые облака. Слоисто-дождевые облака состоят из смеси капель и кристаллов, остальные являются капельными. Помимо этих восьми основных родов облаков есть еще два, основания которых почти всегда находятся в нижнем ярусе, а вершины проникают в средний и верхний ярус, - это кучевые (капельные) и кучево-дождевые (смешанные) облака, называемые облаками вертикального развития.

Степень покрытия облаками небесного свода и называется облачностью. В основном она определяется «на глаз» наблюдателем на метеорологических станциях и выражается в баллах от 0 до 10. При этом устанавливают уровень не только общей, но и нижней облачности, к которой относят и облака вертикального развития. Таким образом, облачность записывается в виде дроби, в числителе которой находится общая облачность, в знаменателе - нижняя.

Наряду с этим облачность определяется с помощью фотографий, получаемых с искусственных спутников Земли. Поскольку эти фотографии делаются не только в видимом, но и инфракрасном диапазоне, есть возможность оценивать количество облаков не только днем, но и ночью, когда наземные наблюдения за облаками не проводятся. Сравнение наземных и спутниковых данных демонстрирует их хорошую согласованность, при этом наибольшие различия наблюдаются над континентами и составляют примерно 1 балл. Здесь наземные измерения в силу субъективных причин несколько завышают количество облаков по сравнению со спутниковыми данными.

Суммируя многолетние наблюдения за облачностью, можно сделать следующие выводы относительно ее географического распределения: в среднем для всего земного шара облачность составляет 6 баллов, при этом над океанами она больше, чем над материками. Количество облаков сравнительно мало в высоких широтах (особенно в Южном полушарии), с уменьшением широты оно растет и достигает максимума (около 7 баллов) в поясе от 60 до 70°, затем по направлению к тропикам облачность убывает до 2-4 баллов и вновь растет с приближением к экватору.

На рис. 1.47 показан общий балл облачности в среднем за год для территории России. Как видно из этого рисунка, количество облаков на территории России распределяется довольно неравномерно. Наиболее пасмурными являются северо-запад европейской части России, где количество общей облачности в среднем за год составляет 7 баллов и более, а также побережье Камчатки, Сахалина, северо-западное побережье Охотского моря, Курильские и Командорские острова. Эти области расположены в районах активной циклонической деятельности, характеризующихся наиболее интенсивной атмосферной циркуляцией.

Восточная Сибирь, кроме Среднесибирского плоскогорья, Забайкалья и Алтая, характеризуется меньшим средним годовым количеством облаков. Здесь оно находится в пределах от 5 до 6 баллов, а на крайнем юге местами даже меньше 5 баллов. Весь этот сравнительно малооблачный район азиатской части России находится в сфере влияния азиатского антициклона, поэтому характеризуется малой повторяемостью циклонов, с которыми в основном и связано большое количество облаков. Выделяется также полоса менее значительного количества облаков, вытянутая в меридиональном направлении непосредственно за Уралом, что объясняется «затеняющей» ролью этих гор.

Рис. 1.47.

При определенных условиях из облаков выпадают осадки. Это происходит в том случае, когда часть элементов, составляющих облако, укрупняется и уже не может удерживаться вертикальными токами воздуха. Основным и необходимым условием выпадения обильных осадков является одновременное присутствие в облаке переохлажденных капель и ледяных кристаллов. Именно такими являются высоко-слоистые, слоисто-дождевые и кучево-дождевые облака, из которых и выпадают осадки.

Все осадки делятся на жидкие и твердые. Жидкие осадки - это дождь и морось, они отличаются размером капель. К твердым осадкам относятся снег, мокрый снег, крупа и град. Количество осадков измеряется в мм слоя выпавшей воды. 1 мм осадков соответствует 1 кг воды, выпавшей на площади в 1 м 2 при условии, что она не стекает, не испаряется и не впитывается почвой.

По характеру выпадения осадки делятся на следующие виды: обложные осадки - равномерные, длительные по продолжительности, выпадают из слоисто-дождевых облаков; ливневые осадки - характеризуются быстрым изменением интенсивности и непродолжительностью, они выпадают из кучево-дождевых облаков в виде дождя, нередко с градом; моросящие осадки - в виде мороси выпадают из слоисто-дождевых облаков.

Суточный ход осадков очень сложен, и даже в многолетних средних величинах в нем часто нельзя обнаружить какой-либо закономерности. Тем не менее выделяются два типа суточного хода осадков - континентальный и морской (береговой). Континентальный тип имеет два максимума (в утренние часы и после полудня) и два минимума (ночью и перед полуднем). Морской тип характеризуется одним максимумом (ночью) и одним минимумом (днем).

Годовой ход осадков различен на разных широтах и даже в пределах одной зоны. Он зависит от количества тепла, термического режима, циркуляции воздуха, удаленности от побережий, характера рельефа.

Наиболее обильны осадки в экваториальных широтах, где годовое их количество превосходит 1000-2000 мм. На экваториальных островах Тихого океана выпадает 4000-5000 мм, а на наветренных склонах тропических островов - до 10 000 мм. Причиной обильных осадков являются мощные восходящие токи очень влажного воздуха. К северу и югу от экваториальных широт количество осадков уменьшается, достигая минимума на широтах 25-35°, где среднегодовое значение не превышает 500 мм и уменьшается во внутриконтинентальных районах до 100 мм и менее. В умеренных широтах количество осадков несколько увеличивается (800 мм), вновь уменьшаясь к высоким широтам.

Максимальная годовая сумма осадков зарегистрирована в Чер-рапунджи (Индия) - 26 461 мм. Минимальное отмеченное годовое количество осадков - в Асуане (Египет), Икике - (Чили), где в отдельные годы осадков не выпадает вообще.

По происхождению различают конвективные, фронтальные и орографические осадки. Конвективные осадки характерны для жаркого пояса, где интенсивны нагрев и испарение, но летом нередко бывают и в умеренном поясе. Фронтальные осадки образуются при встрече двух воздушных масс с разной температурой и иными физическими свойствами. Генетически они связаны с циклоническими вихрями, типичными для внетропических широт. Орографические осадки выпадают на наветренных склонах гор, особенно высоких. Они обильны, если воздух идет со стороны теплого моря и обладает большой абсолютной и относительной влажностью.

Методы измерения. Для сбора и измерения осадков применяются следующие приборы: осадкомер Третьякова, суммарный осад-комер и плювиограф.

Осадкомер Третьякова служит для сбора и последующего измерения количества жидких и твердых осадков, выпавших за некоторый промежуток времени. Он состоит из цилиндрического сосуда с приемной площадью 200 см 2 , планочной конусообразной защиты и тагана (рис. 1.48). В комплект также входят запасной сосуд и крышка.

Рис. 1.48.

Приемный сосуд 1 представляет собой ведро цилиндрической формы, перегороженное диафрагмой 2 в виде усеченного конуса, в которую летом для уменьшения испарения осадков вставляется воронка с небольшим отверстием в центре. Для слива жидкости в сосуде имеется носик 3, закрывающийся колпачком 4, припаянным на цепочке 5 к сосуду. Сосуд, установленный на тагане 6, окружен конусообразной планочной защитой 7, состоящей из 16 изогнутых по специальному шаблону пластин. Эта защита необходима для предотвращения выдувания из осадкомера снега зимой и капель дождя при сильном ветре летом.

Количество осадков, выпавших за ночную и дневную половины суток, измеряют в сроки, ближайшие к 8 и 20 ч поясного декретного (зимнего) времени. В сроки 03 и 15 ч UTC (universal time coordinated - всемирного скоординированного времени) в I и II часовых поясах основные станции также измеряют осадки по дополнительному осадкомеру, который должен быть установлен на метеоплощадке. Так, например, в метеообсерватории МГУ осадки измеряются в 6, 9, 18 и 21 ч по поясному времени. Для этого измерительное ведро, предварительно закрыв крышкой, уносят в помещение и через носик выливают воду в специальный измерительный стакан. К каждому измеренному количеству осадков прибавляется поправка на смачивание осадкосборного сосуда, составляющая 0,1 мм, если в измерительном стакане уровень воды ниже половины первого деления, и 0,2 мм, если в измерительном стакане уровень воды оказался на середине первого деления или выше.

Твердые осадки, собранные в осадкосборном сосуде, должны перед измерением растаять. Для этого сосуд с осадками оставляется в теплом помещении на некоторое время. Сосуд при этом должен быть закрыт крышкой, а носик - колпачком во избежание испарения осадков и осаждения влаги на холодных стенках с внутренней стороны сосуда. После того как твердые осадки растают, их переливают в осадкомерный стакан для измерения.

В ненаселенных, труднодоступных районах применяется суммарный осадкомер М-70, предназначенный для сбора и последующего измерения осадков, выпавших в течение длительного промежутка времени (до года). Этот осадкомер состоит из приемного сосуда 1 , резервуара (сборника осадков) 2, основания 3 и защиты 4 (рис. 1.49).

Приемная площадь осадкомера равна 500 см 2 . Резервуар состоит из двух разъемных частей, имеющих форму конусов. Для более плотного соединения частей резервуара между ними вставляют резиновую прокладку. Приемный сосуд укреплен в отверстии резервуара

Рис. 1.49.

на фланце. Резервуар с приемным сосудом крепится на специальном основании, которое состоит из трех стоек, соединенных посредством распорок. Защита (от выдувания осадков ветром) состоит из шести пластин, которые крепятся к основанию посредством двух колец с зажимными гайками. Верхний край защиты находится в одной горизонтальной плоскости с краем приемного сосуда.

Для предохранения осадков от испарения в резервуар на месте установки осадкомера наливают минеральное масло. Оно легче воды и образует на поверхности скопившихся осадков пленку, препятствующую их испарению.

Жидкие осадки выбирают с помощью резиновой груши с наконечником, твердые - осторожно разбивают и выбирают чистой металлической сеткой или лопаткой. Определение количества жидких осадков производят с помощью измерительного стакана, а твердых - посредством весов.

Для автоматической регистрации количества и интенсивности жидких атмосферных осадков применяют плювиограф (рис. 1.50).

Рис. 1.50.

Плювиограф состоит из корпуса, поплавковой камеры, механизма принудительного слива и сифона. Приемником осадков служит цилиндрический сосуд / с приемной площадью 500 см 2 . Он имеет дно конусообразной формы с отверстиями для стока воды и укреплен на цилиндрическом корпусе 2. Осадки через сливные трубки 3 и 4 попадают в регистрирующее устройство, состоящее из поплавковой камеры 5, внутри которой находится перемещающийся поплавок 6. На стержне поплавка закреплена стрелка 7 с пером. Запись выпавших осадков производится на ленте, надетой на барабан часового механизма 13. В металлическую трубку 8 поплавковой камеры вставляется стеклянный сифон 9, через который вода из поплавковой камеры сливается в контрольный сосуд 10. На сифон насажена металлическая гильза 11 с зажимной муфтой 12.

При стоке осадков из приемника в поплавковую камеру уровень воды в ней повышается. При этом поплавок поднимается вверх, и перо чертит на ленте кривую линию - тем более крутую, чем больше интенсивность осадков. Когда сумма осадков достигнет 10 мм, уровень воды в сифонной трубке и поплавковой камере становится одинаковым, и происходит самопроизвольный слив воды в ведро 10. При этом перо чертит на ленте вертикальную прямую линию сверху вниз до нулевой отметки; при отсутствии осадков перо чертит горизонтальную линию.

Характерные значения количества осадков. Для характеристики климата подсчитываются средние количества или суммы осадков за определенные промежутки времени - месяц, год и т.п. Необходимо отметить, что образование осадков и их количество на любой территории зависят от трех основных условий: влагосодержания воздушной массы, ее температуры и возможности восхождения (подъема). Эти условия взаимосвязаны и, действуя совместно, создают довольно сложную картину географического распределения осадков. Тем не менее анализ климатических карт позволяет выделить наиболее важные закономерности полей осадков.

На рис. 1.51 представлено среднее многолетнее количество осадков, выпадающих за год на территории России. Из рисунка следует, что на территории Русской равнины наибольшее количество осадков (600-700 мм/год) выпадает в полосе 50-65° с.ш. Именно здесь в течение всего года активно развиваются циклонические процессы и переносится наибольшее количество влаги с Атлантики. К северу и к югу от этой зоны количество осадков уменьшается, причем южнее 50° с.ш. это уменьшение происходит с северо-запада на юго-восток. Так, если на Окско-Донской равнине выпадает 520-580 мм/год, то в нижнем течении р. Волги это количество уменьшается до 200-350 мм.

Урал существенно трансформирует поле осадков, создавая меридионально вытянутую полосу повышенных сумм на наветренной стороне и на вершинах. На некотором расстоянии за хребтом, напротив, происходит уменьшение годового количества осадков.

Аналогично широтному распределению осадков на Русской равнине на территории Западной Сибири в полосе 60-65° с.ш. располагается зона повышенного количества осадков, однако она уже, чем в европейской части, и осадков здесь выпадает меньше. Например, в среднем течении р. Оби годовое количество осадков составляет 550-600 мм, уменьшаясь к арктическому побережью до 300-350 мм. Практически столько же осадков выпадает и на юге Западной Сибири. В то же время, по сравнению с Русской равниной, область малых осадков здесь значительно сдвинута к северу.

По мере продвижения на восток, в глубь континента, количество осадков уменьшается, и в обширной котловине, расположенной в центре Центральноякутской низменности, закрытой Среднесибирским плоскогорьем от западных ветров, количество осадков составляет всего 250-300 мм, что характерно для степных и полупустынных районов более южных широт. Далее на восток, по мере приближения к окраинным морям Тихого океана, количество

Рис. 1.51.

осадков резко возрастает, хотя сложный рельеф, различная ориентация горных хребтов и склонов создают заметную пространственную неоднородность в распределении осадков.

Воздействие осадков на различные стороны хозяйственной деятельности человека выражается не только в более или менее сильном увлажнении территории, но и в распределении осадков в течение года. Например, жестколиственные субтропические леса и кустарники произрастают в районах, где годовое количество осадков в среднем составляет 600 мм, причем это количество выпадает за три зимних месяца. То же количество осадков, но распределенное равномерно в течение года, обусловливает существование зоны смешанных лесов умеренных широт. Многие гидрологические процессы также связаны с характером внутригодового распределения осадков.

С этой точки зрения показательной характеристикой служит отношение количества осадков в холодный период к количеству осадков в теплый период. В европейской части России это соотношение составляет 0,45-0,55; в Западной Сибири - 0,25-0,45; в Восточной Сибири - 0,15-0,35. Минимальное значение отмечается в Забайкалье (0,1), где зимой наиболее сильно выражено влияние азиатского антициклона. На Сахалине и Курильских островах отношение составляет 0,30-0,60; максимальное же значение (0,7-1,0) отмечается на востоке Камчатки, а также в горных массивах Кавказа. Преобладание количества осадков в холодный период над осадками теплого периода наблюдается в России только на Черноморском побережье Кавказа: например, в Сочи оно составляет 1,02.

К годовому ходу осадков вынуждены приспосабливаться и люди, строя для себя различные здания. Наиболее ярко региональные архитектурно-климатические особенности (архитектурно-климатический регионализм) проявляются в архитектуре народных жилищ, о которых будет сказано ниже (см. параграф 2.2).

Влияние рельефа и застройки на режим осадков. Рельеф вносит наиболее значительный вклад в характер поля осадков. Их количество зависит от высоты склонов, их ориентации по отношению к влагонесущему потоку, горизонтальных размеров возвышенностей и общих условий увлажнения района. Очевидно, что в горных массивах склон, ориентированный в сторону влагонесущего потока (наветренный склон), орошается больше, чем защищенный от ветра (подветренный склон). На распределение осадков в равнинной местности могут влиять элементы рельефа с относительными высотами более 50 м, при этом создаются три характерные области с различным характером осадков:

• увеличение осадков на равнине перед возвышенностью (осадки «запруживания»);
• увеличение осадков на самой возвышенности;
• уменьшение осадков с подветренной стороны возвышенности («дождевая тень»).

Первые два типа осадков называют орографическими (рис. 1.52), т.е. непосредственно связанными с влиянием рельефа местности (орографии). Третий тип распределения осадков связан с рельефом косвенно: уменьшение осадков происходит из-за общего уменьшения влагосодержания воздуха, которое произошло в первых двух ситуациях. Количественно уменьшение осадков в «дождевой тени» соизмеримо с увеличением их на возвышенности; количество же осадков «запруживания» в 1,5-2 раза превышает количество осадков в «дождевой тени».

«запруживания»

Наветренный

Дождевая

Рис. 1.52. Схема орографических осадков

Влияние крупных городов на распределение осадков проявляется вследствие наличия эффекта «острова тепла», повышенной шероховатости городской территории и загрязнения воздушного бассейна. Исследования, проведенные в разных физико-географических зонах, показали, что внутри города и в пригородах, расположенных с наветренной стороны, количество осадков увеличивается, причем максимальный эффект заметен на расстоянии 20-25 км от города.

В Москве приведенные выше закономерности выражены довольно четко. Увеличение осадков в городе наблюдается по всем их характеристикам, начиная с продолжительности и заканчивая обеспеченностью экстремальных значений. Например, средняя продолжительность осадков (ч/мес) в центре города (Балчуг) превышает продолжительность осадков на территории ТСХА как в целом за год, так и в любой месяц года без исключения, а годовая сумма осадков в центре Москвы (Балчуг) на 10% больше, чем в ближнем пригороде (Немчиновка), находящемся большую часть времени с наветренной стороны города. Для целей архитектурноградостроительного анализа мезомасштабная аномалия количества осадков, формирующаяся над территорией города, рассматривается как фон для выявления более мелкомасштабных закономерностей, заключающихся, главным образом, в перераспределении осадков внутри застройки.

Помимо того, что осадки могут выпадать из облаков, они также образуются на поверхности земли и на предметах. К ним относятся роса, иней, изморось и гололед. Осадки, выпадающие на земную поверхность и образующиеся на ней и на предметах, называются также атмосферными явлениями.

Роса - капельки воды, образующиеся на поверхности земли, на растениях и предметах в результате соприкосновения влажного воздуха с более холодной поверхностью при температуре воздуха выше 0°С, ясном небе и штиле или слабом ветре. Как правило, роса образуется ночью, но возможно ее появление и в другую часть суток. В отдельных случаях роса может наблюдаться при дымке или тумане. Термин «роса» также часто используется в строительстве и архитектуре применительно к тем частям строительных конструкций и поверхностям в архитектурной среде, где может конденсироваться водяной пар.

Иней - белый осадок кристаллического строения, появляющийся на поверхности земли и на предметах (преимущественно на горизонтальных или слабонаклонных поверхностях). Иней появляется при охлаждении поверхности земли и предметов вследствие излучения ими тепла, в результате чего происходит понижение их температуры до отрицательных значений. Иней образуется при отрицательной температуре воздуха, при штиле или слабом ветре и незначительной облачности. Обильное осаждение инея наблюдается на траве, поверхности листьев кустарников и деревьев, кровлях зданий и других предметах, не имеющих внутренних источников тепла. Иней может образоваться и на поверхности проводов, вызывая их утяжеление и увеличение натяжения: чем тоньше провод, тем меньше на нем оседает инея. На проводах толщиной 5 мм отложение инея не превышает 3 мм. На нитях толщиной менее 1 мм иней не образуется; это дает возможность различать иней и кристаллическую изморозь, внешний вид которых сходен.

Изморозь - белый, рыхлый осадок кристаллического или зернистого строения, наблюдающийся на проводах, сучьях деревьев, отдельных травинках и других предметах в морозную погоду при слабых ветрах.

Зернистая изморозь образуется вследствие намерзания на предметах переохлажденных капель тумана. Ее нарастанию способствуют большие скорости ветра и несильный мороз (от -2 до -7°С, но бывает и при более низкой температуре). Зернистая изморозь имеет аморфное (не кристаллическое) строение. Иногда поверхность ее бывает бугристой и даже игольчатой, но иглы обычно матовые, шершавые, без кристаллических граней. Капли тумана при соприкосновении с переохлажденным предметом замерзают настолько быстро, что не успевают потерять своей формы и дают снеговидное отложение, состоящее из ледяных зерен, не различимых глазом (ледяной налет). При повышении температуры воздуха и укрупнении капель тумана до размера мороси плотность образующейся зернистой изморози увеличивается, и она постепенно переходит в гололед. С усилением мороза и ослаблением ветра плотность образующейся зернистой изморози уменьшается, и она постепенно сменяется кристаллической изморозью. Отложения зернистой изморози могут достигать опасных размеров с точки зрения прочности и сохранения целостности предметов и конструкций, на которых она образуется.

Кристаллическая изморозь - белый осадок, состоящий из мелких кристаллов льда тонкой структуры. При оседании на сучьях деревьев, проводах, тросах и т.п. кристаллическая изморозь имеет вид пушистых гирлянд, легко осыпающихся при встряхивании. Кристаллическая изморозь образуется преимущественно в ночные часы при безоблачном небе или тонких облаках при низкой температуре воздуха в тихую погоду, когда в воздухе наблюдается туман или дымка. При этих условиях кристаллы изморози образуются путем непосредственного перехода в лед (сублимации) водяного пара, содержащегося в воздухе. Для архитектурной среды она практически неопасна.

Гололед чаще всего возникает при падении и растекании на поверхности крупных капель переохлажденного дождя или мороси в диапазоне температур от 0 до -3°С и представляет собой слой плотного льда, нарастающего преимущественно с наветренной стороны предметов. Наряду с понятием «гололед» существует близкое ему понятие «гололедица». Разница между ними - в тех процессах, которые ведут к образованию льда.

Гололедица - это лед на земной поверхности, образовавшийся после оттепели или дождя в результате наступления похолодания, приводящего к замерзанию воды, а также при выпадении дождя или мокрого снега на промерзшую землю.

Воздействие гололедных отложений разнообразно и, в первую очередь, связано с дезорганизацией работы энергетического хозяйства, связи и транспорта. Радиус ледяных корок на проводах может достигать 100 мм и более, а вес - более 10 кг на погонный метр. Такая нагрузка разрушительна для проводных линий связи, электропередач, высотных мачт и т.п. Так, например, в январе 1998 г. по восточным районам Канады и США пронеслась сильнейшая ледяная буря, в результате которой за пять дней на проводах намерз 10-сантиметровый слой льда, вызвавший многочисленные обрывы. Около 3 млн человек остались без электричества, а общий ущерб составил 650 млн долларов.

В жизни городов также очень важным является состояние дорог, которые при гололедных явлениях становятся опасными для всех видов транспорта и прохожих. Помимо этого ледяная корка наносит механические повреждения конструкциям зданий - кровлям, карнизам, декору фасадов. Она способствует вымерзанию, изрежи-ванию и гибели растений, присутствующих в системе озеленения городов, и деградации природных комплексов, входящих в состав городской территории, из-за недостатка кислорода и избытка углекислого газа под ледяным панцирем.

Кроме того, к атмосферным явлениям относятся электрические, оптические и другие явления, такие как туманы, метели, пыльные бури, мгла, гроза, миражи, шквалы, вихри, смерчи и некоторые другие. Остановимся на наиболее опасных из этих явлений.

Гроза - это комплексное атмосферное явление, необходимой частью которого являются многократные электрические разряды между облаками или между облаком и землей (молнии), сопровождающиеся звуковыми явлениями - громом. Гроза связана с развитием мощных кучево-дождевых облаков и поэтому обычно сопровождается шквалистыми ветрами и ливневыми осадками, нередко с градом. Чаще всего гроза и град наблюдаются в тылу циклонов при вторжении холодного воздуха, когда создаются наиболее благоприятные условия для развития турбулентности. Гроза любой интенсивности и продолжительности наиболее опасна для полета самолетов из-за возможности поражения их электрическими разрядами. Возникающее в это время электрическое перенапряжение распространяется по проводам линий связи электропередач и распределительным устройствам, создает помехи и аварийные ситуации. Кроме того, при грозах происходят активная ионизация воздуха и формирование электрического поля атмосферы, что оказывает физиологическое воздействие на живые организмы. Подсчитано, что ежегодно от ударов молнии в мире погибает в среднем 3000 человек.

С архитектурной точки зрения гроза не очень опасна. Здания обычно защищаются от воздействия молний за счет устройства молниеотводов (их часто называют громоотводами), которые представляют собой устройства по заземлению электрических разрядов и устанавливаются на самых высоких участках кровли. Редко бывают случаи возгорания зданий при попадании в них молнии.

Для инженерных сооружений (радио- и телемачт) гроза опасна в основном потому, что попадание молнии может вывести из строя установленное на них радиотехническое оборудование.

Градом называют осадки, выпадающие в виде частичек плотного льда неправильной формы различных, иногда очень крупных размеров. Град выпадает, как правило, в теплое время года из мощных кучево-дождевых облаков. Масса крупных градин составляет несколько граммов, в исключительных случаях - несколько сот граммов. От града страдают главным образом зеленые насаждения, в первую очередь - деревья, особенно в период цветения. В отдельных случаях градобитие приобретает характер стихийных бедствий. Так, в апреле 1981 г. в провинции Гуандун, Китай, наблюдались градины весом 7 кг. В результате этого погибло пять человек и разрушено около 10,5 тыс. зданий. В то же время, наблюдая с помощью специальных радиолокационных средств за развитием градовых очагов в кучево-дождевых облаках и применяя способы активного воздействия на эти облака, примерно в 75% случаев можно предотвратить это опасное явление.

Шквал - резкое усиление ветра, сопровождающееся изменением его направления и обычно длящееся в пределах не более 30 мин. Шквалами обычно сопровождается фронтальная циклоническая деятельность. Как правило, шквалы возникают в теплое время года на активных атмосферных фронтах, а также при прохождении мощных кучево-дождевых облаков. Скорость ветра в шквалах достигает 25-30 м/с и более. Ширина полосы шквала обычно составляет около 0,5-1,0 км, длина - 20-30 км. Прохождение шквалов вызывает разрушение построек, линий связи, повреждение деревьев и другие стихийные бедствия.

Самые опасные разрушения от воздействия ветра происходят в период прохождения смерча - мощного вертикального вихря, порожденного восходящей струей теплого влажного воздуха. Смерч имеет вид темного облачного столба диаметром несколько десятков метров. Он опускается в виде воронки из низкого основания кучево-дождевого облака, навстречу которой с земной поверхности может подниматься другая воронка - из брызг и пыли, соединяющаяся с первой. Скорости ветра в смерче достигают 50-100 м/с (180-360 км/ч), что вызывает катастрофические последствия. Удар вращающейся стенки смерча способен разрушить капитальные строения. Перепад давления от внешней стенки смерча до его внутренней стороны приводит к взрывам зданий, а восходящий поток воздуха способен поднять и перенести на значительные расстояния тяжелые предметы, обломки строительных конструкций, колесную и другую технику, людей и животных. По некоторым оценкам, в городах России такие явления могут наблюдаться приблизительно раз в 200 лет, но в других районах земного шара наблюдаются регулярно. В XX в. самым разрушительным в Москве был смерч, прошедший 29 июня 1909 г. Помимо разрушения построек, погибли девять человек, госпитализировано 233 человека.

В США, где смерчи наблюдаются достаточно часто (иногда несколько раз в год), их называют «торнадо». Они отличаются исключительно большой повторяемостью по сравнению с европейскими смерчами и в основном связаны с морским тропическим воздухом Мексиканского залива, перемещающимся в направлении южных штатов. Повреждения и убытки, причиняемые этими торнадо, огромны. В районах, где торнадо наблюдаются наиболее часто, возникла даже своеобразная архитектурная форма зданий, называющаяся «tornado house». Она характеризуется приземистой железобетонной оболочкой в форме растекающейся капли, имеющей дверные и оконные проемы, наглухо закрывающиеся прочными рольставнями в случае опасности.

Рассмотренные выше опасные явления в основном наблюдаются в теплый период года. В холодное же время года наиболее опасны уже упоминавшийся ранее гололед и сильная метель - перенос снега над поверхностью земли ветром достаточной силы. Обычно она возникает при увеличении градиентов в поле атмосферного давления и при прохождении фронтов.

На метеостанциях ведется наблюдение за продолжительностью метелей и количеством дней с метелью за отдельные месяцы и зимний период в целом. Средняя годовая продолжительность метелей на территории бывшего СССР за год составляет на юге Средней Азии меньше 10 ч, на побережье Карского моря - более 1000 ч. На большей части территории России продолжительность метелей составляет больше 200 ч за зиму, а продолжительность одной метели составляет в среднем 6-8 ч.

Метели наносят большой ущерб городскому хозяйству из-за образующихся снегозаносов улиц и дорог, отложения снега в ветровой тени зданий на территории жилой застройки. В некоторых районах Дальнего Востока здания с подветренной стороны заметаются настолько высоким слоем снега, что после окончания метели из них невозможно выйти наружу.

Метели осложняют работу воздушного, железнодорожного и автомобильного транспорта, коммунальных служб. Страдает от метелей и сельское хозяйство: при сильных ветрах и рыхлой структуре снежного покрова на полях происходит перераспределение снега, оголяются участки, создаются условия для вымерзания озимых. Влияют метели и на людей, создавая дискомфорт при нахождении на открытом воздухе. Сильный ветер в сочетании со снегом нарушает ритмичность процесса дыхания, создает трудности для передвижения и выполнения работ. В периоды метелей усиливаются так называемые метеорологические теплопотери зданий и расход энергии, используемой на производственные и бытовые нужды.

Биоклиматическое и архитектурно-строительное значение осадков и явлений. Считается, что биологическое действие осадков на человеческий организм в основном характеризуется благотворным эффектом. При их выпадении из атмосферы вымываются загрязняющие примеси и аэрозоли, частички пыли, в том числе и те, на которых переносятся болезнетворные микробы. Конвективно-ливневые осадки способствуют формированию отрицательных ионов в атмосфере. Так, в теплый период года после грозы у больных снижаются жалобы метеопатического характера, уменьшается вероятность инфекционных заболеваний. В холодный же период, когда осадки в основном выпадают в виде снега, он отражает до 97% ультрафиолетовых лучей, что используют на некоторых горных курортах, проводя в это время года «солнечные ванны».

В то же время нельзя не отметить и отрицательной роли осадков, а именно связанную с ними проблему кислотных дождей. Эти осадки содержат растворы серной, азотной, соляной и других кислот, образующихся из выбрасываемых в процессе хозяйственной деятельности оксидов серы, азота, хлора и т.п. В результате выпадения таких осадков происходит загрязнение почвы и воды. Например, увеличивается подвижность алюминия, меди, кадмия, свинца и других тяжелых металлов, что ведет к усилению их миграционной способности и переносу на большие расстояния. Кислотные осадки усиливают коррозию металлов, тем самым оказывая отрицательное воздействие на кровельные материалы и подверженные воздействию осадков металлические конструкции зданий и сооружений.

В районах с сухим или дождливым (снежным) климатом атмосферные осадки являются таким же важным фактором формообразования в архитектуре, как солнечная радиация, ветровой и температурный режим. Особое внимание атмосферным осадкам уделяется при выборе конструкции стен, кровли и оснований зданий, подборе строительных и кровельных материалов.

Воздействие атмосферных осадков на здания заключается в увлажнении кровли и наружных ограждений, приводящих к изменению их механических и теплофизических свойств и влияющих на срок службы, а также в механической нагрузке на строительные конструкции, создаваемой накапливающимися на кровле и выступающих элементах зданий твердыми осадками. Это воздействие зависит от режима выпадения и условий отвода или залегания атмосферных осадков. В зависимости от типа климата осадки могут выпадать равномерно в течение всего года или в основном в один из его сезонов, причем это выпадение может иметь характер ливней или моросящих дождей, что также важно учитывать в архитектурном решении зданий.

Условия накопления на различных поверхностях важны в основном для твердых осадков и зависят от температуры воздуха и скорости ветра, перераспределяющего снежный покров. Самый высокий снежный покров в России наблюдается на восточном побережье Камчатки, где средняя из наибольших декадных высот достигает 100-120 см, а раз в 10 лет - 1,5 м. В отдельных районах южной части Камчатки средняя высота снежного покрова может превышать 2 м. Высота снежного покрова растет с увеличением высоты места над уровнем моря. Даже небольшие возвышенности влияют на высоту снежного покрова, но особенно велико влияние больших горных массивов.

Для уточнения снеговых нагрузок и определения режима эксплуатации зданий и сооружений необходимо учитывать возможную величину веса снежного покрова, образовавшегося в течение зимы, и ее максимальный возможный прирост в течение суток. Изменение веса снежного покрова, которое может произойти всего за сутки в результате интенсивных снегопадов, может изменяться от 19 (Ташкент) до 100 и более (Камчатка) кг/м 2 . В районах с небольшим и неустойчивым снежным покровом один сильный снегопад в течение суток создает нагрузку, близкую к ее значению, возможному раз в пять лет. Такие снегопады наблюдались в Киеве,

Батуми и Владивостоке. Эти данные особенно необходимы для проектирования легких покрытий и сборных металлических каркасных сооружений с большой поверхностью кровли (например, навесы над большими парковками, транспортно-пересадочными узлами).

Выпавший снег может активно перераспределяться по территории городской застройки или в естественном ландшафте, а также в пределах кровли зданий. На одних участках происходит его выдувание, на других - накопление. Закономерности такого перераспределения имеют сложный характер и зависят от направления и скорости ветра и аэродинамических свойств городской застройки и отдельных зданий, естественного рельефа и растительного покрова.

Учет количества переносимого при метелях снега необходим для защиты от снегозаносов придомовых территорий, улично-дорожной сети, автомобильных и железных дорог. Данные о снегозаносах необходимы также при планировке населенных пунктов для наиболее рационального размещения жилых и промышленных зданий, при разработке мероприятий по очистке от снега городов.

Основные снегозащитные мероприятия заключаются в выборе наиболее благоприятной ориентации зданий и улично-дорожной сети (УДС), обеспечивающей минимально возможное накопление снега на улицах и у входов в здания и максимально благоприятные условия для транзита переносимого ветром снега через территорию УДС и жилой застройки.

Особенности отложения снега вокруг зданий заключаются в том, что максимальные отложения образуются с подветренной и наветренной сторон перед зданиями. Непосредственно перед наветренными фасадами зданий и вблизи их углов образуются «желоба выдувания» (рис. 1.53). Закономерности переотложения снегового покрова при метелевом переносе целесообразно учитывать при размещении входных групп. Входные группы в здания в климатических районах, характеризующихся большими объемами снего-переноса, следует располагать с наветренной стороны при соответствующем их утеплении.

Для групп зданий процесс перераспределения снега носит более сложный характер. Приведенные на рис. 1.54 схемы перераспределения снега показывают, что в традиционном для застройки современных городов микрорайоне, где периметр квартала формируется 17-этажными зданиями, а внутри квартала помещено трехэтажное здание детского сада, во внутренних районах квартала образуется обширная зона снегонакопления: снег накапливается у подъездов

• 1 - инициирующий поток; 2 - верхняя обтекающая ветвь; 3 - компенсационный вихрь; 4 - зона отсоса; 5 - наветренная часть кольцевого вихря (зона выдувания); 6 - зона соударения встречных потоков (наветренная сторона торможения);
• 7 - то же, на подветренной стороне

• - перенос
• - выдувание

Рис. 1.54. Перераспределение снега внутри групп зданий различной этажности

Накопление

жилых домов и на территории детского сада. В результате на такой территории необходимо проведение снегоуборки после каждого снегопада. В другом варианте здания, образующие периметр, намного ниже, чем здание, размещенное в центре квартала. Как видно из рисунка, второй вариант по фактору снегонакопления является более благоприятным. Общая площадь зон переноса и выдувания снега больше, чем площадь зон снегонакопления, пространство внутри квартала не аккумулирует снег, а уход за территорией жилой застройки в зимнее время становится существенно проще. Этот вариант для районов с активным метелевым снегопереносом является предпочтительным.

Для защиты от снегозаносов могут применяться ветрозащитные зеленые насаждения, формируемые в виде многорядных посадок хвойных деревьев со стороны господствующих при метелях и пурги ветров. Действие этих ветрозащитных полос наблюдается на расстоянии до 20 высот деревьев в посадках, поэтому их применение целесообразно для защиты от снегозаносов вдоль линейных объектов (транспортных магистралей) или небольших участков застройки. В районах, где максимальный за зиму объем переноса снега составляет более 600 м 3 /пог.м (районы г. Воркуты, Анадыря, полуостровов Ямал, Таймыр и др.), защита лесополосами малоэффективна, необходима защита градостроительными, планировочными средствами.

Под воздействием ветра происходит перераспределение твердых осадков по кровле зданий. Накапливающийся на них снег создает нагрузки на конструкции. При проектировании следует учитывать эти нагрузки и по возможности избегать возникновения мест накопления снега (снежных мешков). Часть осадков сдувается с кровли на землю, часть перераспределяется по кровле в зависимости от ее размеров, формы и наличия надстроек, фонарей и т.д. Нормативное значение снеговой нагрузки на горизонтальную проекцию покрытия согласно СП 20.13330.2011 «Нагрузки и воздействия» следует определять по формуле

^ = 0,7С в С,р^,

где С в - коэффициент, учитывающий снос снега с покрытий зданий под действием ветра или иных факторов; С, - термический коэффициент; р - коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие; ^ - вес снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной поверхности земли, принимаемый в соответствии с табл. 1.22.

Таблица 1.22

Вес снегового покрова на 1 м 2 горизонтальной поверхности земли

* Принимаются по карте 1 Приложения «Ж» к СП «Градостроительство».

Значения коэффициента С в, учитывающего снос снега с покрытий зданий под действием ветра, зависят от формы и размеров кровли и могут изменяться от 1,0 (снос снега не учитывается) до нескольких десятых долей единицы. Например, для покрытий высотных зданий высотой свыше 75 м с уклонами до 20% С в допускается принимать в размере 0,7. Для купольных сферических и конических покрытий зданий на круглом плане, при задании равномерно распределенной снеговой нагрузки значения коэффициента С в устанавливается в зависимости от диаметра (с !) основания купола: С в = 0,85 при с1 60 м, С в = 1,0 при с1 > 100 м, а в промежуточных значениях диаметра купола это значение рассчитывается по специальной формуле.

Термический коэффициент С, применяется для учета понижения снеговых нагрузок на покрытия с высоким коэффициентом теплопередачи (> 1 Вт/(м 2 С) вследствие таяния, вызванного потерей тепла. При определении снеговых нагрузок для неутепленных покрытий зданий с повышенными тепловыделениями, приводящими к таянию снега, при уклонах кровли свыше 3% значение коэффициента С, составляет 0,8, в остальных случаях - 1,0.

Коэффициент перехода от веса снегового покрова земли к снеговой нагрузке на покрытие р напрямую связан с формой кровли, поскольку его значение определяется в зависимости от крутизны ее скатов. Для зданий с односкатными и двускатными покрытиями значение коэффициента р составляет 1,0 при уклоне покрытия 60°. Промежуточные значения определяются линейной интерполяцией. Таким образом, при уклоне покрытия более 60° снег на нем не удерживается и практически весь сползает вниз под действием силы тяжести. Покрытия с таким уклоном широко применяются в традиционной архитектуре северных стран, в горных районах и при строительстве зданий и сооружений, не предусматривающих достаточно прочных конструкций кровли, - купола и шатры башен с большим пролетом и кровлей по деревянному каркасу. Во всех этих случаях необходимо предусматривать возможность временного складирования и последующего удаления соскальзывающего с кровли снега.

При взаимодействии ветра и застройки происходит перераспределение не только твердых, но и жидких осадков. Оно заключается в увеличении их количества с наветренной стороны зданий, в зоне торможения ветрового потока и со стороны наветренных углов зданий, куда поступают осадки, содержащиеся в обтекающих здание дополнительных объемах воздуха. С этим явлением связаны переувлажнение стен, промокание межпанельных стыков, ухудшение микроклимата наветренных помещений. Например, наветренный фасад типового 17-этажного 3-секционного жилого дома при дожде со средней интенсивностью выпадения осадков 0,1 мм/мин и ско-роста ветра 5 м/с перехватывает за час около 50 т воды. Часть из нее расходуется на смачивание фасада и выступающих элементов, остальное стекает по стене, вызывая неблагоприятные последствия для придомовой территории.

Для защиты фасадов жилых домов от намокания рекомендуются увеличение площади открытых помещений по наветренному фасаду, применение влагозащитных экранов, водозащитной облицовки, усиленной гидроизоляции стыков. По периметру необходимо предусматривать дренажные лотки, присоединенные к системам ливневой канализации. При их отсутствии стекающая по стенам здания вода может размывать поверхность газонов, вызывая поверхностную эрозию растительного слоя грунта и повреждая зеленые насаждения.

При архитектурном проектировании возникают вопросы, связанные с оценкой интенсивности гололедообразования на отдельных частях зданий. Величина гололедной нагрузки на них зависит от климатических условий и от технических параметров каждого объекта (размеры, форма, шероховатость и т.п.). Решение вопросов, касающихся предотвращения гололедных образований и связанных с ними нарушений режима эксплуатации зданий и сооружений и даже разрушения их отдельных частей, является одной из важнейших задач архитектурной климатографии.

Влияние гололеда на различные сооружения заключается в образовании гололедных нагрузок. Величина этих нагрузок оказывает решающее влияние на выбор конструктивных параметров зданий и сооружений. Гололедно-изморозевые отложения льда являются вредными и для древесно-кустарниковой растительности, составляющей основу озеленения городской среды. Под их тяжестью ломаются ветви, а иногда и стволы деревьев. Снижается урожайность фруктовых садов, уменьшается продуктивность сельского хозяйства. Образование гололеда и гололедицы на дорогах создает опасные условия для движения наземного транспорта.

Большую опасность для зданий и находящихся поблизости от них людей и предметов (например, припаркованных автомобилей, скамеек и т.д.) представляют сосульки (частный случай гололедных явлений). Для уменьшения образования сосулек и наледей на карнизах кровель проектом должны предусматриваться специальные мероприятия. К пассивным мероприятиям относятся: усиленная теплоизоляция кровли и чердачных перекрытий, воздушный зазор между покрытием кровли и ее конструктивным основанием, возможность естественной вентиляции подкровельного пространства холодным наружным воздухом. В ряде случаев невозможно обойтись без активных инженерных мероприятий, таких как электрообогрев выноса карниза, установка шокеров для сбрасывания наледей малыми дозами по мере их образования и т.д.

На архитектуру большое влияние оказывает совместное воздействие ветра с песком и пылью - пыльные бури, которые также относятся к атмосферным явлениям. Сочетание ветров с пылью требует защиты жилой среды. Уровень содержания нетоксичной пыли в жилище не должен превышать 0,15 мг/м 3 , а в качестве предельно допустимой концентрации (ПДК) для расчетов принимают величину не более 0,5 мг/м 3 . Интенсивность переноса песка и пыли, так же как и снега, зависит от скорости ветра, местных особенностей рельефа, наличия незадернованных участков рельефа с наветренной стороны, гранулометрического состава почвы, ее увлажненности и других условий. Закономерности отложения песка и пыли вокруг зданий и на территории застройки примерно те же, что и у снега. Максимальные отложения образуются с подветренной и наветренной сторон здания или их кровлях.

Методы борьбы с этим явлением те же, что и для снегопереноса. В районах с большой запыленностью воздуха (Калмыкия, Астраханская область, Прикаспийская часть Казахстана и др.) рекомендуются: особая планировка жилищ с ориентацией главных помещений на защищенную сторону или с пылезащитным остекленным коридором; соответствующая планировка кварталов; оптимальное направление улиц, лесозащитные полосы и т.п.

Классификация осадков. По виду атмосферные осадки делятся на жидкие, твердые и наземные.

К жидким осадкам относятся:

дождь – осадки в виде капель различного размера диаметром 0,5–7 мм;

морось – мелкие капельки диаметром 0,05–0,5 мм, находящиеся как бы во взвешенном состоянии.

К твердым осадкам относятся:

снег – кристаллы льда, образующие различного рода снежинки (пластинки, иглы, звезды, столбики) размером 4–5 мм. Иногда снежинки объединены в хлопья снега, размеры которых могут достигать 5 см и более;

снежная крупа – осадки в виде непрозрачных сферических крупинок белого или матово-белого (молочного) цвета диаметром от 2 до 5 мм;

ледяная крупа – твердые прозрачные с поверхности частицы, имеющие в центре непрозрачное матовое ядро. Диаметр крупинок от 2 до 5 мм;

град– более или менее крупные кусочки льда (градины), имеющие сферическую или неправильную форму и сложную внутреннюю структуру. Диаметр градин колеблется в очень широких пределах: от 5 мм до 5–8 см. Известны случаи, когда выпадали градины весом 500 г и более.

Если осадки не выпадают из облаков, а осаждаются из атмосферного воздуха на поверхности земли или на предметах, то такие осадки называются наземными. К ним относятся:

роса – мельчайшие капли воды, конденсирующиеся на горизонтальных поверхностях предметов (палубе, шлюпочных тентах и пр.) за счет радиационного выхолаживания их в ясные безоблачные ночи. Небольшой ветер (0,5–10 м/с) способствует образованию росы. Если температура горизонтальных поверхностей ниже нуля, то водяной пар в аналогичных условиях сублимируется на них и образуется иней – тонкий слой ледяных кристаллов;

жидкий налет– мельчайшие капли воды или сплошная водяная пленка, образующиеся в пасмурную и ветреную погоду на наветренных преимущественно вертикальных поверхностях холодных предметов (стенки надстроек, защитные устройства лебедок, кранов и пр.).

гололед – это ледяная корка, образующаяся при условии, если температура указанных поверхностей ниже 0 °С. Кроме того на поверхностях судна может образовываться твердый налет – слой густо или плотно сидящих на поверхности кристаллов или тонкий сплошной слой гладкого прозрачного льда.

В туманную морозную погоду при слабом ветре на оснастке судна, выступах, карнизах, проводах и пр. может образовываться зернистая или кристаллическая изморозь. В отличие от инея изморозь не образуется на горизонтальных поверхностях. Рыхлое строение изморози отличает ее от твердого налета. Зернистая изморозь образуется при температуре воздуха от –2 до – 7 °С вследствие намерзания на предмет переохлажденных капель тумана, а кристаллическая изморозь, представляющая собой белый осадок из кристаллов тонкой структуры, образуется ночью при безоблачном небе или тонких облаках из частиц тумана или дымки при температуре от –11 до –2 °С и выше.

По характеру выпадения атмосферные осадки делятся на ливневые, обложные и моросящие.

Ливневые осадки выпадают из кучево-дождевых (грозовых) облаков. Летом это крупнокапельный дождь (иногда с градом), а зимой – обильный снегопад с частой сменой форм снежинок, снежной или ледяной крупы. Обложные осадки выпадают из слоисто-дождевых (летом) и высокослоистых (зимой) облаков. Они характеризуются небольшими колебаниями интенсивности и большой длительностью выпадения.

Моросящие осадки выпадают из слоистых и слоисто-кучевых облаков в виде мелких капель диаметром не более 0,5 мм, опускающихся с очень малыми скоростями.

По интенсивности осадки подразделяются на сильные, умеренные и слабые.

Облака и осадки.

Облака верхнего яруса.

Cirrus (Ci )– русское название перистые, отдельные высокие, тонкие, волокнистые, белого цвета, часто шелковистые облака. Их волокнистый и перистый вид вызван тем, что они состоят из ледяных кристаллов.

Cirrus появляются в виде изолированных пучков; длинных, тонких линий; перьев, похожих на дымовые факелы, изогнутых полос. Перистые облака могут размещаться параллельными полосами, которые пересекают небо и, кажется, сходятся в одной точке на горизонте. Это будет направление на область низкого давления. Из-за их высоты они становятся освещенными раньше, чем другие облака утром, и остаются освещенными после того, как Солнце зайдет. Cirrus вообще связаны с ясной погодой, но если за ними следуют более низкие и более плотные облака, то в дальнейшем может быть дождь или снег.

Cirrocumulus (Cc ) , русское название перисто-кучевые, - это высокие облака, состоящие из маленьких белых хлопьев. Обычно освещенности они не уменьшают. Размещаются они на небе отдельными группами из параллельных линий, часто как рябь, похожая на песок на побережье или волны на море. Cirrocumulus состоят из ледяных кристаллов и сопутствуют ясной погоде.

Cirrostratus (Cs ), русское название перисто-слоистые, - тонкие, белые, высокие облака, иногда покрывающие небо полностью и придающие ему молочный оттенок, более или менее отчетливый, напоминающий тонкую запутанную сеть. Ледяные кристаллы, из которых они состоят, преломляют свет, и образуют гало с Солнцем или Луной в центре. Если в дальнейшем облака утолщаются и понижаются, то можно ждать выпадения осадков примерно через 24 часа. Это облака системы теплого фронта.

Облака верхнего яруса осадков не дают.

Облака среднего яруса. Осадки.

Altocumulus (Ac ), русское название высококучевые, - облака среднего яруса, состоящие из слоя больших отдельных шарообразных масс. Altocumulus (Ac) похожи на облака верхнего яруса сirrocumulus. Поскольку они лежат ниже, их плотность, водность и размеры отдельных структурных элементов больше, чем у сirrocumulus. Altocumulus (Ac) могут различаться по толщине. Они могут быть от ослепительно белых, если они освещены Солнцем, до темно-серых, если закрывают все небо. Их часто ошибочно принимают за stratocumulus. Иногда отдельные структурные элементы сливаются и образуют ряд больших валов, подобно океанским волнам, с полосами синего неба между ними. Эти параллельные полосы отличаются от cirrocumulus тем, что они появляются на небе большими плотными массами. Иногда аltocumulus появляются перед грозой. Осадков они как правило не дают.

Altostratus (As ) , русское название высокослоистые , - облака среднего яруса, имеющие вид сероволокнистого слоя. Солнце или Луна, если они видны, просвечиваются, как через матовое стекло, часто с венцами вокруг светила. Гало в этих облаках не образуются. Если эти облака утолщаются, понижаются, или превращаются в низкие рваные Nimbostratus, то из них начинают выпадать осадки. Тогда следует ожидать затяжных дождей или снега (на протяжении нескольких часов). В теплое время года капли из аltostratus, испаряясь, не долетают до поверхности земли. В зимнее время они могуи давать значительные снегопады.

Облака нижнего яруса. Осадки.

Stratocumulus (Sc ) русское название слоисто-кучевые – низкие облака, выглядят мягкими, серыми массами, похожими на волны. Они могут быть сформированы в длинные, параллельные валы, подобные аltocumulus. Иногда из них выпадают осадки.

Stratus (St ), русское название слоистые, - низкие однородные облака, напоминающие туман. Часто их нижняя граница находится на высоте не более 300 м. Завеса плотных stratus придает небу туманный вид. Они могут лежать на самой поверхности земли и их тогда называют туманом. Stratus могут быть плотными, и так плохо пропускать солнечный свет, что Солнце вообще не видно. Они, как одеялом, покрывают Землю. Если посмотреть сверху (пробившись на самолете сквозь толщу облаков), то освещенные солнцем они ослепительно белые. Сильный ветер иногда разрывает stratus в клочья, называемые stratus fractus.

Из этих облаков зимой могут выпадать легкие ледяные иглы, а в летнее время – морось – очень мелкие капли, взвешенные в воздухе и постепенно оседающие. Морось бывает из сплошных низких stratus или из лежащих на поверхности Земли, то есть из тумана. Туман очень опасен в мореплавании. Переохлажденная морось может вызвать обледенение судна.

Nimbostratus (Ns ) , русское название слоисто-дождевые, - низкие, темные. Слоистые, бесформенные облака, почти однородные, но иногда с влажными клочьями под нижним основанием. Nimbostratus обычно охватывают огромные территории, измеряемые сотнями километров. На всей этой огромной территории одновременно идет снег или дождь. Осадки выпадают долгие часы (до 10 часов и больше), капли или снежинки имеют небольшие размеры, интенсивность небольшая, но за это время может выпасть значительное количество осадков. Их называют обложными. Аналогичные осадки могут выпадать еще из Altostratus, а иногда и из Stratocumulus.

Облака вертикального развития. Осадки.

Cumulus (Cu ) . Русское название кучевые , - плотные облака, образующиеся в поднимающемся по вертикали воздухе. При подъеме воздух адиабатически охлаждается. Когда его температура достигнет точки росы, начинается конденсация и возникает облако. Cumulus имеют горизонтальное основание, выпуклую верхнюю и боковые поверхности. Cumulus появляются в виде отдельных хлопьев, и никогда не закрывают небо. Когда вертикальное развитие небольшое, облака похожи на клочья ваты или цветную капусту. Cumulus называются облаками «хорошей погоды». Они обычно появляются к полудню, а к вечеру исчезают. Однако Cu могут сливаться с аltocumulus, или вырастать и превращаться в грозовые сumulonimbus. Cumulus отличаются большой контрастностью: белой, освещенной Солнцем, и теневой стороны.

Cumulonimbus (Cb ), русское название кучево-дождевые , - массивные облака вертикального развития, поднимающиеся громадными столбами на большую высоту. Эти облака начинаются в самом нижнем ярусе и простираются до тропопаузы, а иногда заходят и в нижнюю стратосферу. Они выше самых высоких гор на Земле. Особенно велика их вертикальная мощность в экваториальных и тропических широтах. Верхняя часть Cumulonimbus состоит из ледяных кристаллов, часто растягивающихся по ветру в форме наковальни. В море вершина сumulonimbus может быть видна на большом расстоянии, когда основание облака еще находится за горизонтом.

Cumulus и сumulonimbus называют облаками вертикального развития. Они образуются в результате термической и динамической конвекции. На холодных фронтах сumulonimbus возникают в результате динамической конвекции.

Эти облака могут появляться в холодном воздухе в тыловой части циклона и в передней части антициклона. Здесь они образуются в результате термической конвекции и дают, соответственно, внутримассовые, локальные ливневые осадки. Cumulonimbus и связанные с ними ливни над океанами чаще бывают в ночное время, когда над водной поверхностью воздух термически неустойчивый.

Особенно мощные сumulonimbus развиваются вр внутритропической зоне конвергенции (у экватора) и в тропических циклонах. С сumulonimbus связаны такие атмосферные явления как ливневый дождь, ливневый снег, снежная крупа, гроза, град, радуга. Именно с сumulonimbus связаны смерчи (торнадо), наиболее интенсивные и наиболее часто наблюдающиеся в тропических широтах.

Ливневый дождь (снег) характеризуется крупными каплями (хлопьями снега), внезапным началом, внезапным окончанием, значительной интенсивностью и небольшой продолжительностью (от 1-2 мин до 2 часов). Ливневый дождь летом часто сопровождается грозой.

Ледяная крупа представляет собой твердые непрозрачные льдинки размерами до 3 мм, сверху влажные. Ледяная крупа выпадает вместе с ливневым дождем весной и осенью.

Снежная крупа имеет вид непрозрачных мягких крупинок белого уветв от 2 до 5 мм в диаметре. Снежная крупа наблюдается при шквалистом усилении ветра. Часто снежная крупа наблюдается одновременно с ливневым снегом.

Град выпадает только в теплое время года исключительно при ливнях и грозах их наиболее мощных сumulonimbus и продолжается обычно не более 5-10 мин. Это кусочки льда слоистой структуры величиной с горошину, но бывают и много больших размеров.

Другие осадки.

Нередко наблюдаются осадки в виде капель, кристаллов или льда на поверхности Земли или предметов, не выпадающие из облаков, а осаждающиеся из воздуха при безоблачном небе. Это роса, иней, изморозь.

Роса капли, которые появляются на палубе летом в ночное время. При отрицательной температуре образуется иней. Изморозь – кристаллы льда на проводах, осноствке судна, стойках, реях, мачтах. Образуется изморозь ночью, чаще когда туман или дымка, при температурах воздуха ниже -11°С.

Гололед чрезвычайно опасное явление. Это ледяная корка, возникающая от замерзания переохлажденного тумана, мороси, капель дождя или капель на переохлажденных предметах, особенно на наветренных поверхностях. Подобное явление возникает и от забрызгивания или заливания палубы морской водой при отрицательных температурах воздуха.

Определение высоты облака.

В море высоты облаков часто определяются приблизительно. Это трудная задача, особенно ночью. Высота нижнего основания облаков вертикального развития (любая разновидность сumulus), если они образовались в результате термической конвекции, может быть определена по показаниям психрометра. Высота, на которую воздух должен подняться, прежде чем начнется конденсация, пропорциональна разности между температурой воздуха t и точкой росы t d . В море, эта разность, умножается на 126,3 и получается высота нижней границы кучевых облаков Н в метрах. Эта эмпирическая формула выглядит:

H = 126,3 (t – t d ). (4)

Высота основания слоистообразных облаков нижнего яруса (St , Sc , Ns ) может быть определена по эмпирическим формулам:

H = 215 (t – t d ) (5)

H = 25 (102 - f ); (6)

где f – относительная влажность.

Видимость. Туманы.

Видимостью называется то максимальное расстояние по горизонтали, на котором предмет может быть определенно виден и распознан при дневном свете. При отсутствии каких-либо примесей в воздухе она составляет до 50 км (27 морских миль).

Видимость снижается из-за наличия в воздухе жидких и твердых частиц. Видимость ухудшают дым, пыль, песок, вулканическ5ий пепел. Такое наблюдается, когда стоит туман, смог, мгла, при выпадении осадков. Дальность видимости убывает от брызг в море в штормовую погоду при силе ветра 9 и более баллов (40 узлов, около 20 м/с). Видимость становится хуже при низкой сплошной облачности и в сумерках.

Мгла

Мгла – это помутнение атмосферы из-за взвешенных в ней твердых частиц, таких как пыль, а также из-за дыма, гари и др. При сильной мгле видимость понижается до сотен, а иногда до десятков метров, как при густом тумане. Мгла, как правило, является следствием пыльных (песчаных) бурь. В воздух сильным ветром поднимаются даже сравнительно крупные частицы. Это типичное явление пустынь и распаханных степей. Крупные частицы распространяются в самом нижнем слое и оседают вблизи своего очага. Мелкие частицы разносятся течениями воздуха на большие расстояния, а вследствие турбулентности воздуха проникают вверх на значительную высоту. Мелкодисперсная пыль сохраняется в воздухе длительное время, часто при полном отсутствии ветра. Цвет Солнца становится коричневатым. Относительная влажность при этих явлениях низкая.

Пыль может переносится на большие расстояния. Она отмечалась на Больших и Малых Антильских островах. Пыль из Аравийских пустынь воздушными течениями выносится в Красное море и в Персидский залив.

Однако при мгле никогда не бывает столь плохой видимости, какая наблюдается при туманах.

Туманы. Общая характеристика.

Туманы представляют одну из наибольших опасностей для мореплавания. На их совести много аварий, человеческих жизней, затонувших судов.

О тумане говорят, когда горизонтальная видимость из-за содержания в воздухе капель или кристаллов воды становится менее 1 км. Если видимость более 1 км, но не более 10 км, то такое ухудшение видимости называется дымкой. Относительная влажность воздуха при тумане обычно более 90%. Сам по себе водяной пар видимости не уменьшает. Видимость снижают капли и кристаллы воды, т.е. продукты конденсации водяного пара.

Конденсация происходит, при перенасыщении воздуха водяным паром и наличии ядер конденсации. Над морем это, в основном, мелкие частицы морской соли. Перенасыщение воздуха водяным паром происходит при охлаждении воздуха или в случаях дополнительного поступления водяного пара, а иногда в результате смешения двух воздушных масс. В соответствии с этим, различают туманы охлаждения, испарения и смешения.

По интенсивности (по величине дальности видимости Д n) туманы делятся на:

сильные Д n 50 м;

умеренные 50 м<Д n <500 м;

слабые 500 м<Д n < 1000 м;

сильная дымка 1000 м<Д n <2000 м;

слабая дымка 2000 м<Д n <10 000 м.

По агрегатному состоянию туманы подразделяются на капельно-жидкие, ледяные (кристаллические) и смешанные. Условия видимости наихудшие в ледяных туманах.

Туманы охлаждения

Водяной пар конденсируется в результате охлаждения воздуха до точки росы. Так образуются туманы охлаждения – наибольшая группа туманов. Они могут быть радиационными, адвективными и орографическими.

Радиационные туманы. Поверхность Земли излучает длинноволновую радиацию. Днем потери энергии перекрываются приходом солнечной радиации. Ночью радиационное излучение приводит к понижению температуры поверхности Земли. В ясные ночи охлаждение подстилающей поверхности происходит интенсивнее, чем в пасмурную погоду. Охлаждается и прилегающий к поверхности воздух. Если охлаждение будет до точки росы и ниже, то в безветренную погоду образуется роса. Для образования тумана необходим слабый ветер. В этом случае, в результате турбулентного перемешивания, охлаждается некий объем (слой) воздуха и в этом слое образуется конденсат, т.е. туман. Сильный ветер приводит к перемешиванию больших объемов воздуха, рассеянию конденсата и его испарению, т.е. к исчезновению тумана.

Радиационный туман может простираться до высоты 150 м. Он достигает максимальной интенсивности перед, или вскоре после восхода Солнца, к моменту наступления минимальной температуры воздуха. Условия необходимые для образования радиационного тумана:

Большая влажность воздуха в нижних слоях атмосферы;

Устойчивая стратификация атмосферы;

Малооблачная или ясная погода;

Слабый ветер.

Исчезает туман с прогреванием земной поверхности после восхода Солнца. Температура воздуха растет и капли испаряются.

Над водной поверхностью радиационные туманы не образуются. Суточные колебания температуры поверхности воды, а соответственно и воздуха, очень малы. Температура ночью почти такая же, как и днем. Радиационного выхолаживания не происходит, нет и конденсации водяного пара. Тем не менее, радиационные туманы могут создавать проблемы в мореплавании. В прибрежных районах туман, как единое целое, стекает с холодным, а значит и тяжелым, воздухом на водную поверхность. Это может усиливаться еще и ночным бризом с суши. Даже облака, образовавшиеся ночью над возвышенными побережьями, могут переноситься ночным бризом на поверхность воды, что наблюдается на многих побережьях умеренных широт. Облачная шапка с холма часто стекает вниз, закрывая подходы к берегу. Не один раз это приводило к столкновению судов (порт Гибралтар).

Адвективные туманы. Адвективные туманы возникают в результате адвекции (горизонтального переноса) теплого влажного воздуха на холодную подстилающую поверхность.

Адвективные туманы могут одновременно охватывать огромные пространства по горизонтали (многие сотни километров), а по вертикали простираться до 2-х километров. Они не имеют суточного хода и могут существовать длительное время. Над сушей ночью они усиливаются за счет радиационных факторов. В таком случае их называют адвективно-радиационными. Адвективные туманы бывают и при значительных ветрах, при условии, что стратификация воздуха устойчивая.

Эти туманы наблюдаются над сушей в холодное время года при заходах на нее относительно теплого и влажного воздуха с водной поверхности. Такое явление происходит в Туманном Альбионе, Западной Европе, прибрежных районах. В последнем случае, если туманы охватывают сравнительно небольшие территории, они называются приморскими.

Адвективные туманы – наиболее частые туманы в океане, бывают у побережий и в глубине океанов. Они всегда стоят над холодными течениями. В открытом море их можно встретить также в теплых секторах циклонов, в которых наблюдается перенос воздуха из более теплых районов океана.

У берегов они могут встретиться в любое время года. Зимой они, образуясь над сушей, могут частично сползать на водную поверхность. Летом адвективные туманы бывают у берегов в тех случаях, когда теплый влажный воздух с континента в процессе циркуляции переходит на относительно холодную водную поверхность.

Признаки скорого исчезновения адвективного тумана:

- изменение направления ветра;

- исчезновение теплого сектора циклона;

- начавшийся дождь.

Орографические туманы. Орографические туманы или туманы склонов образуются в горной местности при малоградиентном барическом поле. Они связаны с долинным ветром и наблюдаются только днем. Воздух долинным ветром поднимается вверх по склону и адиабатически охлаждается. Как только температура достигнет точки росы, начинается конденсация и образуется облако. Для жителей склона это будет туман. Такие туманы мореплаватели могут встретить у гористых берегов островов и континентов. Туманы могут закрывать на склонах важные ориентиры.

Туманы испарения

Конденсация водяного пара может происходить не только в результате охлаждения, но и при перенасыщении воздуха водяным паром из-за испарения воды. Испаряющаяся вода должна быть теплой, а воздух холодным, разность температур – не менее 10 °С. Стратификация холодного воздуха устойчивой. При этом в самом нижнем приводном слое устанавливается неустойчивая стратификация. Это вызывает поток большого количества водяного пара в атмосферу. Он тут же будет конденсироваться в холодном воздухе. Возникает туман испарения. Часто он невелик по вертикали, но его плотность очень большая и соответственно видимость очень плохая. Иногда из тумана торчат только мачты судна. Такие туманы наблюдаются над теплыми течениями. Они свойственны району Ньюфаунленда, на стыке теплого течения Гольфстрим и холодного Лабрадорского течения. Это район интенсивного судоходства.

В заливе святого Лаврентия туман иногда простирается по вертикали до 1500м. При этом температура воздуха может быть ниже 9°С мороза и ветер почти штормовой силы. Туман в таких условиях состоит из ледяных кристаллов, он плотный с очень плохой видимостью. Такие плотные морские туманы получили название морозный дым или арктический морозный дым и представляют серьезную опасность.

Вместе с тем при неустойчивой стратификации воздуха бывает небольшое локальное парение моря не представляющее опасности для навигации. Вода как бы кипит, над ней поднимаются струйки «пара» и тут же рассеиваются. Встречаются такие явления в Средиземном море, у Гонконга, в Мексиканском заливе (при относительно холодном северном ветре «Norther») и в других местах.

Туманы смешения

Образование тумана возможно еще при смешении двух воздушных масс, каждая из которых имеет высокую относительную влажность. Смеь может оказаться перенасыщенной водяным паром. Например, если холодный воздух встречается с теплым и влажным, то последний будет охлаждаться на границе смешения и там может возникнуть туман. Туман перед теплым фронтом или фронтом окклюзии обычен в умеренных и высоких широтах. Такой туман смешения известен как фронтальный. Впрочем, его можно рассматривать и как туман испарения, поскольку он возникает при испарении теплых капель в холодном воздухе.

Туманы смешения образуются у кромки льдов и над холодными течениями. Айсберг в океане может быть окружен туманом, если в воздухе достаточно много водяного пара.

География туманов

Вид и форма облаков находятся в зависимости от характера преобладающих процессов в атмосфере, от сезона года и времени суток. Поэтому наблюдениям за развитием облачности над морем уделяется большое внимание при плавании.

В экваториальных и тропических районах океанов туманов не бывает. Там тепло, нет различий в температуре и влажности воздуха днем и ночью, т.е. почти нет суточного хода этих метеорологических величин.

Исключения составляют несколько мест. Это обширные районы у берегов Перу (Южная Америка), Намибия (Южная Африка) и у мыса Гвардафуй в Сомали. Во всех этих местах наблюдается апвеллинг (подъем холодных глубинных вод). Теплый влажный воздух тропиков, натекая на холодную воду, образует адвективные туманы.

Туманы в тропиках могут встречаться у континентов. Так, порт Гибралтар уже упоминался, в порту Сингапур не исключен туман (8 дней в году), в Абиджане до 48 дней с туманами. Наибольшее их количество в заливе Рио-де-Жанейро – 164 дня в году.

В умеренных широтах туманы очень распространенное явление. Здесь они наблюдаются у берегов и в глубине океанов. Они занимают огромные территории, бывают все сезоны года, но особенно часты зимой.

Они характерны и для полярных районов у границ ледяных полей. В Северной Атлантике и в Северном Ледовитом океане, куда проникают теплые воды Гольфстрима, в холодное время года стоят постоянно туманы. Часты они у кромки льда и летом.

Наиболее часто туманы возникают на стыке теплых и холодных течений и в местах, где поднимаются глубинные воды. Велика повторяемость туманов и у побережий. В зимнее время они возникают при адвекции теплого влажного воздуха с океана на сушу, или когда холодный континентальный воздух стекает вниз на относительно теплую воду. В летнее время воздух с континента попадая на относительно холодную водную поверхность, тоже дает туман.

Виды климатических осадков необходимо рассматривать в неразрывной связи с понятием «погода». Именно эти элементы являются основополагающими, если рассматривать условия конкретного региона.

Под понятием «погода» подразумевают состояние атмосферы в конкретном месте. Формирование типа климата, его постоянство зависят от множества факторов, которые имеют свои закономерности проявления. Одинаковые условия не могут наблюдаться на отдельных участках. Виды климатических осадков различны на всех континентах Земного шара.

На климат могут влиять такие показатели, как солнечная радиация, атмосферное давление, влажность воздуха и температура, атмосферные осадки, направление и сила ветра, облачность, рельеф.

Климат

Многолетний режим погоды - это климат. Значительное влияние на него оказывает количество солнечного тепла, поступающего на поверхность Земли. Показатель этот зависит от высоты Солнца в полдень - географической широты. Самое большое количество солнечного тепла поступает на экватор, к полюсам это значение уменьшается.

Также важнейшим фактором, оказывающим влияние на погоду, является взаимная расположенность суши и моря, которая позволяет выделить морской и континентальный типы климата.

Морской (океанический) климат характерен для океанов, островов и прибрежных частей материков. Этому типу присущи малые годовые суточные колебания температур воздуха и значительное количество атмосферных осадков.

Континентальный климат характеризует материковые зоны. Показатель континентальности материка зависит от среднегодовых колебаний температуры воздуха.

Еще одним фактором, влияющим на погодные условия, можно назвать морские течения. Такая зависимость проявляется в изменении температуры воздушных масс. Имеют свой характер также и климатические осадки вблизи океана.

Именно температура воздуха - следующий фактор, влияние которого на погоду и климат трудно переоценить. Изменения термальных условий создают динамику показателей воздушного давления, формируя зоны высокого и низкого атмосферного давления. Указанными зонами переносятся воздушные массы. Разная природа встречающихся воздушных масс образует которому характерны облачность, осадки, увеличение скорости ветра и изменение температуры.

Комплексное взаимодействие вышеперечисленных факторов формирует на определенных территориях типы погодных условий.

Выделяют такие типы климата: экваториальный, тропический муссонный, тропический сухой, средиземноморский, субтропический сухой, умеренный морской, умеренный континентальный, умеренный муссонный, субарктический, арктический или антарктический.

Типы климата. Краткое описание всех типов климата

Экваториальный тип характеризуется среднегодовой температурой в рамках +26˚С, большим количеством атмосферных осадков в течение года, преобладанием теплых и влажных воздушных масс и распространен в экваториальных областях Африки, Южной Америки и Океании.

Виды осадков напрямую зависят от региона. Ниже рассмотрим типы климата, которые характерны тропической среде.

Виды тропического климата

Погода во всем мире достаточно разнообразна. Тропический муссонный имеет следующие характеристики: температура в январе - +20˚С, в июле - +30˚С, 2000 мм атмосферных осадков, преобладают муссоны. Распространен на территории Южной и Юго-Восточной Азии, Западной и Центральной Африки, Северной Австралии.

Тропическому сухому климату свойственна температура воздуха в январе +12˚С, июле - +35˚С, незначительные осадки в пределах 200 мм, преобладают пассаты. Распространен на территории Северной Африки, Центральной Австралии.

Средиземноморский тип климата можно охарактеризовать следующими показателями: температура в январе +7˚С, в июле +22˚С; 200 мм осадков, в летний период при преобладают антициклоны, в зимний - циклоны. Распространен средиземноморский климат на территории Средиземноморья, Южной Африки, Юго-Западной Австралии, Западной Калифорнии.

Температурные показатели субтропического сухого климата колеблются в пределах от 0˚С в январе до +40˚С в июле, при этом типе климата осадки не превышают 120 мм, в атмосфере преобладают сухие континентальные воздушные массы. Территория распространения этого вида погодных условий - внутренние части материков.

Умеренный отличается такими температурными показателями: от +2˚С до +17˚С, выпадением атмосферных осадков на уровне 1000 мм, ему свойственны Распространен он на территории западных частей Евразии и Северной Америки.

Показывает значительную разницу сезонных температур: -15˚С - +20˚С, атмосферные осадки в пределах 400 мм, западные ветры и распространенность на внутренних частях материков.

Умеренный муссонный демонстрирует резкие температурные колебания от -20˚С в январе до +23˚С в июле, выпадение осадков на уровне 560 мм, наличие муссонов и преобладание на востоке Евразии.

При субарктическом типе климата температуры пребывают в диапазоне от -25˚С до +8˚С, осадки - 200 мм, в атмосфере преобладание муссонов, территория - Северная Евразия и Америка.

Арктический (антарктический) тип, при котором присутствуют низкие температуры - -40˚С - 0˚С, незначительные осадки - 100 мм, антициклоны, - распространен в материковой зоне Австралии и Северном Ледовитом океане.

Рассмотренные нами типы, преобладающие на обширных территориях, определяют как макроклиматы. Помимо указанных изучаются также мезо- и микроклиматы, которые касаются относительно небольших территорий с устойчивыми погодными условиями.

Важнейшим критерием для определения типа климата являются качественные и количественные характеристики выпадающих на заданной территории атмосферных осадков.

Атмосферные осадки и их виды. Погода и понятие климата

Климат Земли неоднороден, и не последнюю роль в этом играют количественные и качественные показатели выпадающих над территорией осадков. Факторы, от которых они зависят, определяет схема. Виды атмосферных осадков зависят от следующих факторов: физической формы, место образования, характера выпадения, места происхождения.

Рассмотрим подробнее каждый из факторов.

Физические характеристики атмосферных осадков

Виды атмосферных осадков классифицируются в зависимости от их физического состояния:

1. Жидкие, к которым можно отнести морось и дождь.
2. Твердые - к ним относятся снег, крупа, град.

• Дождь - водяные капли. Является наиболее распространенным видом осадков, которые выпадают из кучево-дождевых и слоисто-дождевых облаков.
• Моросью называют микроскопические капли влаги с диаметром в сотые доли миллиметра, выпадающие из слоистых облаков или густого тумана при плюсовых температурах.
• Преобладающей формой твердых осадков является снег, видами которого считаются снежная и ледяная крупы, выпадающие при низких температурах.
• Град - еще одна форма твердых осадков в виде частиц льда величиной 5-20 мм. Такой вид осадков, несмотря на свою структуру, выпадает в теплое время года.

Влияние сезонности на физическое состояние атмосферных осадков

В зависимости от сезона атмосферные осадки выпадают в определенных формах. Для теплого периода характерны следующие виды: дождь, морось, роса, град. В холодное время года возможны снег, крупа, иней, изморозь, гололед.

Классификация осадков в зависимости от места образования

В верхних образовываются дождь, морось, град, крупа, снег.

На земле или близко к земле - роса, иней, морось, гололед.

Характер выпадения атмосферных осадков

По характеру выпадения атмосферные осадки можно разделить на моросящие, ливневые и обложные. Их характер зависит от множества факторов.

Моросящие осадки продолжительны и имеют слабую интенсивность, ливневые характеризуются большой интенсивностью, но малой продолжительностью, обложные имеют однотонную интенсивность без резких колебаний.

Характер и количество осадков, безусловно, влияют на погодные условия определенной местности, что, в свою очередь, отражается на общем климате. В тропиках, к примеру, дождь можно наблюдать лишь несколько месяцев в году. В остальное время печет солнце.

Климатические осадки

Климат и виды климатических осадков находятся в прямой зависимости друг от друга. Факторами, влияющими на распространение снега и дождя, являются температура, движение воздушных масс, рельеф и морские течения.

Зона экваториального климата характеризуется наибольшим количеством осадков на Земле. Этот факт обусловлен высокими температурами воздуха и большой влажностью.

Разделяют на сухой пустынный и влажный виды тропического климата. Мировой климат имеет средние показатели осадков, которые находятся в пределах 500-5000 мм.

Муссонный тип характеризуется большим количеством осадков, которые приходят со стороны океана. Погодные условия здесь имеют свою периодичность.

Арктический же беден на осадки, что объясняется наличием низких атмосферных температур.

На основании места происхождения все виды климатических осадков можно разделить на:

• конвективные, которые преобладают на территориях с жарким климатом, но возможны и в зонах с умеренным климатом;
• фронтальные, формирующиеся при встрече двух разнотемпературных воздушных масс, распространены в умеренных и холодных типах климата.

Подведем итог

Климат Земли, характеристика и типы климатических осадков - основные понятия, которые мы рассмотрели. На основании сказанного можно говорить о том, что Земля - это большая система, каждый из элементов которой находится в прямой или опосредованной зависимости от других. Такое понимание вопроса регламентирует применение комплексных подходов, когда рассматривают климат и виды атмосферных осадков как сферы интереса науки. Только при совокупном изучении этих факторов можно найти правильные ответы на вопросы, интересующие ученых.

Атмосферные осадки, атмосфера, погода и климат - все эти понятия тесно взаимосвязаны. При изучении невозможно упустить даже один из разделов.