Туманы
Продолжаем знакомство с погодными явлениями, связанными с водой в атмосфере. В прошлых параграфах мы подробно рассмотрели виды осадков и их образование. При необходимости освежите эти знания в памяти, поскольку дальше пойдёт речь о туманах, механизм образования которых очень схож с осадками. Тема довольно-таки объёмная, но не пугайтесь раньше времени, сейчас всё разложим по полочкам в вашем шкафчике :)
Итак, туманы. По сути это приземные облака, поскольку их структура мало чем отличается.
Если вы подниметесь на высоту облака и заберётесь в него, то, можно сказать, что вы оказались в тумане. Ощущения будут такими же.
Туман - это совокупность взвешенных в воздухе капель воды и/или кристалликов льда, образующихся в результате охлаждения влажного воздуха, ухудшающих видимость в атмосфере до значений менее 1 км.
Не путайте туманы с дымкой. Запомните, при дымке видимость составляет от 1 до 10 км, при тумане – менее 1 км.
Туман очень легко спутать с мглой. В обоих случаях видимость менее 1 км, однако мгла образуется за счёт взвешенных в воздухе твёрдых частиц. Это может быть пыль, дым от лесных пожаров или выбросы от предприятий.
В умеренных широтах мгла, связанная с пылью, чаще наблюдается при южном переносе воздушных масс. Частички песка могут достигать Европейской территории России даже из Африки.
В зависимости от агрегатного состояния воды, туманы подразделяют на три группы:
- капельные
- ледяные
- смешанные
Чаще всего туманы являются мелкокапельными, даже при температуре ниже нуля. В смешанных туманах переохлажденные капли отмечаются при температуре до -40°С!
Туман отличается по формированию от осадков (в том числе дождя): дождь, в отличие от тумана, образуется за счёт силы гравитации (и некоторых иных факторов). При падении капельки ударяются друг о друга, тем самым укрупняются до некоторого критического размера.
Кроме классического тумана на метеорологических станциях наблюдатели фиксируют и другие виды. Рассмотрим их.
Виды туманов
Ледяной туман – туман, состоящий из ледяных кристаллов. Образуется при сильных морозах и большой влажности воздуха. Днём на солнце и ночью при луне или при свете фонаря ледяной туман распознаётся по свечению граней ледяных кристалликов.
Просвечивающий туман (просвечивающий ледяной туман) – туман, при котором наблюдатель, находясь в тумане, может видеть облака или ясное небо, солнце или луну.
Поземный туман (поземный ледяной туман) Этот вид имеет небольшое распространение по вертикали. Образуется преимущественно над низкими местами и над водой (морем, озером, рекой, болотом, лугом и т. п.). Высота не превышает 2 м над сушей и 10 м над морем. Поземный ледяной туман наблюдается, как правило, над сушей.
Туман в окрестности – туман, наблюдаемый только в окрестностях (в низинах, на перевалах, на склонах гор и т. п.). Он может быть любого вида из перечисленных выше.
Парение моря (озера, реки) – туман, образующийся над незамёрзшей поверхностью моря, озера или реки при большой разности температуры воды и воздуха в виде клубов пара (разновидность тумана в окрестности). При сильном ветре такой туман может распространяться на небольшие расстояния и над сушей.
Сейчас вот на этом месте стоит остановиться и ещё раз осмыслить и повторить всё, что было написано ранее. Это важно!
Далее идёт вторая часть этой большой темы. Если вы не готовы идти дальше, остановитесь и вернитесь ко второй части этой темы немного позже. Если же вы готовы, продолжаем...
Виды туманов: генетическая классификация
С точки зрения прогнозов туманов, наибольшее значение имеет генетическая классификация. Согласно ей, туманы подразделяются на три основные группы (схема ниже):
- туманы охлаждения
- туманы испарения
- туманы смешения
Туманы охлаждения
Чтобы возник такой вид тумана, необходимо охлаждение воздуха. Почему? Потому что туманы - это результат конденсации водяного пара в атмосфере.
Существует несколько причин, по которым происходит охлаждение воздуха:
- перемещение (адвекция) воздуха на холодную подстилающую поверхность (адвективные туманы);
- излучение земной поверхности [радиационное выхолаживание] (радиационные туманы);
- подъём воздуха вдоль склона (орографические туманы).
Адвективные туманы образуются при перемещении тёплой и влажной воздушной массы на относительно холодную подстилающую поверхность. Водяной пар начинает конденсироваться снизу вверх по мере охлаждения воздуха. Чем больше разница температуры, тем интенсивнее происходит туманообразование. При этом должна быть умеренная скорость ветра (2-7 м/с). Если она будет слишком высокой, то туман может рассеяться, а если слишком низкой, то перемещающаяся тёплая воздушная масса будет охлаждаться слишком медленно.
Радиационные туманы образуются в результате охлаждения земной поверхности и прилегающего слоя воздуха под влиянием излучения. Земля, как и другие тела, излучает энергию, называемую длинноволновой радиацией, благодаря чему происходит её охлаждение. И если днём эти потери тепла компенсируются приходящей коротковолновой солнечной радиацией и длинноволновой радиацией атмосферы, то ночью, особенно в ясную погоду, ничего не препятствует излучению тепла. Таким образом, при понижении температуры ниже точки росы, начинается конденсация водяного пара и образование тумана. При этом, чем выше была относительная влажность в начальный момент, тем меньшее охлаждение требуется для образования тумана. Часто радиационный туманы образуются в низинах, поскольку в ночные часы туда стекает холодный (и более тяжёлый) воздух.
Точка росы – это температура воздуха, при которой водяной пар, содержащийся в воздухе, начинает конденсироваться, т.е. образуется роса.
В реальности туманы не всегда образуются лишь по одной причине. Часто наблюдаются такие ситуации, когда адвекция тёплого воздуха и радиационное выхолаживание усиливают друг друга. В этом случае туманы называются адвективно-радиационными.
Орографические туманы возникают при охлаждении поднимающегося воздуха вдоль склонов гор. При подъёме воздуха, воздействие на него атмосферного давления постепенно ослабевает. Благодаря этому происходит увеличение объёма этого воздуха, уменьшение его плотности, что приводит к понижению температуры (при расширении газа его температура уменьшается). При достижении точки росы, водяной пар начинает конденсироваться.
Туманы испарения
Возникают, когда температура испаряющей поверхности выше температуры приземного слоя воздуха. Здесь ситуация обратная по сравнению с туманами охлаждения: теперь поверхность тёплая, а воздух холодный.
Такие условия могут наблюдаться, например, при перемещении холодного воздуха над тёплой водной (или сильно увлажнённой) поверхностью. Водяной пар, попадая в холодный воздух, быстро охлаждается и начинает конденсироваться. Такие туманы называются надводными. Чем больше температурная разница между земной поверхностью и перемещающимся воздухом, тем интенсивнее протекает процесс испарения и тем плотнее туман.
Также схожие условия могут наблюдаться на тёплом или малоподвижном холодном фронтах при испарении капель дождя, выпадающих из тёплой воздушной массы, в холодном подфронтальном воздухе. Такие туманы называются фронтальными.
Туманы смешения
Название говорит само за себя, здесь явно что-то с чем-то смешивается. Что именно? Ответ простой - две воздушные массы с разной температурой и влажностью.
Но не всё так просто: для образования этого тумана необходимы такие значения температуры и влажности, чтобы при смешении итоговая относительная влажность была выше, чем в каждой воздушной массе по отдельности. Процесс образования тумана можно представить в следующем виде.
При смешивании двух воздушных масс с разной температурой и влажностью тёплая воздушная масса начинает охлаждаться. При этом избыток водяного пара конденсируется, распространяясь на весь объём. Так как холодная воздушная масса начинает нагреваться, то в ней создаётся недостаток насыщения (недостаток влаги). Потому часть капель начинает испаряться, а оставшаяся часть образует туман.
Чем выше температура воздуха, тем больше он может содержать в себе водяного пара. Именно поэтому, если мы будем охлаждать воздух, появится избыток водяного пара, а если мы будем нагревать - недостаток (дефицит). Если в воздухе появляется избыток водяного пара, который воздух не в состоянии "удерживать", то пар конденсируется.
Такие туманы могут образоваться зимой вблизи береговой черты морей и больших озёр, когда направление ветра примерно параллельно береговой черте. Вдоль границы между тёплым и влажным морским и холодным континентальным воздухом образуется зона смешения этих воздушных масс, где происходит конденсация водяного пара и образование тумана. Аналогичным образом может возникать туман смешения вдоль границы между тёплыми и холодными морскими течениями в тех случаях, когда направление воздушных потоков в приводном слое примерно параллельно этой границе. Такие туманы можно назвать пограничными.
Кроме того, туманы могут образовываться при поступлении водяного пара, в атмосферу в результате хозяйственной деятельности человека. В данном случае роль более тёплой и влажной воздушной массы играют продукты сгорания топлива, поступающие в атмосферу. Основной причиной, приводящей к образованию тумана, является поступление в воздух в продуктах сгорания топлива большого количества водяного пара. Такие туманы называются антропогенными. Образуются они только в холодное время года, так как при высокой температуре воздуха дополнительное поступление водяного пара в атмосферу не приводит к достижению точки росы. Таким образом, чем ниже температура воздуха и выше температура выбросов, тем меньшей влажностью должен обладать воздух для образования тумана.
Интересно, что при температуре воздуха ниже -39 °С антропогенный туман смешения может образоваться в совершенно сухом воздухе.
Обычно туман считается неприятным явлением. Из-за ухудшения видимости часто происходят аварии на дорогах, закрываются аэропорты. Иногда туман является опасным явлением (ОЯ). Условием ОЯ является видимость при тумане менее 50 м в течение 6 ч.
На этот раз всё, тему можно считать раскрытой. Если вы дочитали до конца и усвоили материал, то вы настоящий герой! :) А теперь прощаемся, до скорых встреч в новых параграфах книги.
Литература по теме:
Воробьев В. И. Синоптическая метеорология.
Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы.
Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Выпуск 3.