Атмосферные осадки — вода в жидком или твердом состоянии, выпадающая из облаков или осаждающаяся из воздуха на земную поверхность.
Дождь
При определенных условиях облачные капли начинают сливаться в более крупные и тяжелые. Они уже не могут удерживаться в атмосфере и падают на землю в виде дождя.
Град
Бывает, что летом воздух быстро поднимается вверх, подхватывает дождевые тучи и несет их на высоту, где температура ниже 0°. Дождевые капли замерзают и выпадают в виде града (рис. 1).
Рис. 1. Происхождение града
Снег
В зимнее время в умеренных и высоких широтах осадки выпадают в виде снега. Облака в это время состоят не из капелек воды, а из мельчайших кристалликов — иголочек, которые, соединяясь вместе, образуют снежинки.
Роса и иней
Осадки, выпадающие на земную поверхность не только из облаков, но и непосредственно из воздуха, — это роса и иней.
Количество выпавших осадков измеряется осадкомером или дождемером (рис. 2).
Рис. 2. Строение дождемера: 1 — наружный корпус; 2 — воронка; 3 — емкость для сбора волы; 4 — мерный резервуар
Классификация и виды осадков
Осадки различают по характеру выпадения, по происхождению, по физическому состоянию, сезонам выпадения и т. д. (рис. 3).
По характеру выпадения осадки бывают ливневыми, обложными и моросящими. Ливневые осадки - интенсивные, непродолжительные, захватывают небольшую площадь. Обложные осадки - средней интенсивности, равномерные, длительные (могут продолжаться сутками, захватывая большие территории). Моросящие осадки - мелкокапельные осадки, выпадающие на незначительной территории.
По происхождению различают осадки:
- конвективные - характерны для жаркого пояса, где интенсивны нагрев и испарение, но нередко бывают и в умеренном поясе;
- фронтальные - образуются при встрече двух воздушных масс с разной температурой и выпадают из более теплого воздуха. Характерны для умеренных и холодных поясов;
- орографические - выпадают на наветренных склонах гор. Они очень обильны, если воздух идет со стороны теплого моря и обладает большой абсолютной и относительной влажностью.
Рис. 3. Виды осадков
Сравнив на климатической карте годовое количество атмосферных осадков на Амазонской низменности и в пустыне Сахара, можно убедиться в неравномерном их распределении (рис. 4). Чем это объясняется?
Осадки приносят влажные воздушные массы, формирующиеся над океаном. Это хорошо видно на примере территорий с муссонным климатом. Летний муссон приносит с океана много влаги. И над сушей идут продолжительные дожди, как на Тихоокеанском побережье Евразии.
Постоянные ветры также играют большую роль в распределении осадков. Так, пассаты, дующие с континента, приносят сухой воздух на север Африки, где расположена самая обширная пустыня мира — Сахара. Западные ветры приносят в Европу дожди с Атлантического океана.
Рис. 4. Среднегодовое распределение осадков на суше Земли
Как вы уже знаете, морские течения влияют на осадки в прибрежных частях материков: теплые течения способствуют их появлению (Мозамбикское течение у восточных берегов Африки, Гольфстрим у берегов Европы), холодные, наоборот, препятствуют выпадению осадков (Перуанское течение у западных берегов Южной Америки).
Рельеф также влияет на распределение осадков, например, Гималайские горы не пропускают на север влажные ветры, дующие с Индийского океана. Поэтому на их южных склонах иногда выпадает за год до 20 000 мм осадков. Влажные воздушные массы, поднимаясь по склонам гор (восходящие токи воздуха), охлаждаются, насыщаются, и из них выпадают осадки. Территория же севернее Гималайских гор напоминает пустыню: там выпадает всего 200 мм осадков в год.
Существует зависимость между поясами и количеством осадков. У экватора — в поясе низкого давления — постоянно нагретый воздух; поднимаясь вверх, он охлаждается и насыщается. Поэтому в области экватора образуется много облаков и идут обильные дожди. Много осадков выпадает и в других областях земного шара, где господствует низ- кос давление. При этом большое значение имеет температура воздуха: чем она ниже, тем меньше выпадает осадков.
В поясах высокого давления преобладают нисходящие воздушные токи. Воздух, опускаясь, нагревается и утрачивает свойства состояния насыщения. Поэтому на широтах 25-30° осадки выпадают редко и в малом количестве. В областях высокого давления у полюсов также выпадает мало осадков.
Абсолютный максимум осадков зарегистрирован на о. Гавайи (Тихий океан) — 11 684 мм/год и в Черапунджи (Индия) — 11 600 мм/год. Абсолютный минимум - в пустыне Атакама и в Ливийской пустыне — менее 50 мм/год; иногда осадки годами вообще не выпадают.
Характеристикой увлажнения территории служит коэффициент увлажнения — отношением годового количества осадков и испаряемости за тот же период. Коэффициент увлажнения обозначают буквой К, годовое количество осадков — буквой О, а испаряемость — И; тогда К = О: И.
Чем меньше коэффициент увлажнения, тем суше климат. Если годовое количество осадков примерно равно испаряемости, то коэффициент увлажнения близок к единице. В этом случае увлажнение считается достаточным. Если показатель увлажнения больше единицы, то увлажнение избыточное, меньше единицы - недостаточное. При коэффициенте увлажнения менее 0,3 увлажнение считается скудным . К зонам с достаточным увлажнением относятся лесостепи и степи, к зонам с недостаточным увлажнением — пустыни.
Осадки на территории России
На территории России, за исключением крупных островов Северного Ледовитого океана, в среднем выпадает 9653 км 3 осадков, которые условно могли бы покрыть ровную поверхность сушу слоем 571 мм. Из этого количества на испарение затрачивается 5676 км 3 (336 мм) осадков.
В формировании годовых сумм атмосферных осадков обнаруживаются четко выраженные закономерности, характерные не только для конкретных территорий, но и для страны в целом (рис. 1.4). В направлении с запада на восток происходит последовательное уменьшение количества атмосферных осадков, наблюдается их зональное распределение, которое изменяется под воздействием рельефа местности и теряет свою четкость на востоке страны.
Во внутригодовом распределении на большей части страны наблюдается преобладание осадков летнего периода. В годовом разрезе наибольшее количество осадков приходится на июнь, наименьшее - на вторую половину зимы. Преобладание осадков холодного периода характерно в основном для юго-западных районов - Ростовской, Пензенской, Самарской областей, Ставропольского края, низовьев р. Терека.
В июне-августе (календарные летние месяцы) на европейской территории выпадает более 30% годового слоя осадков, в Восточной Сибири - 50%, в Забайкалье и бассейне р. Амура - 60-70%. Зимой (декабрь-февраль) в европейской части выпадает 20-25% осадков, в Забайкалье - 5%, Якутии - 10%.
Осенние месяцы (сентябрь-октябрь) отличаются относительно равномерным распределением осадков по всей территории (20-30%). Весной (март-май) от западных границ до р. Енисея выпадает до 20% годового количества осадков, восточнее р. Енисея - в основном 15-20%. Наименьшее количество осадков в это время наблюдается в Забайкалье (около 10%).
Самое общее представление о характере изменений атмосферных осадков на территории РФ во второй половине ХХ и начале XXI столетия дают временные ряды пространственно осредненных средних годовых и сезонных аномалий атмосферных осадков.
Рис. 1.5 иллюстрирует изменения среднегодовых осадков, осредненных по всей территории России, а рис. 1.6 - аналогичный ход сезонных осадков.
Рис. 1.5. Средние за год (январь-декабрь) аномалии осадков (мм/месяц), осредненные по территории России, за 1936-2007 гг.
Аномалии рассчитаны как отклонения от среднего за 1961-1990 гг.; кривая линия соответствует 11-летнему сглаживанию; линейный тренд за 1976-2007 гг. показан прямой линией (по данным ИГКЭ Росгидромета и РАН)
Рис. 1.6. Сезонные аномалии осадков (мм/месяц), осредненные по территории РФ, 1936-2007 гг.
(усл. обозначения - см. рис. 1.5)
Сезонные и годовые осадки представляют собой средние из месячных сумм за месяцы рассматриваемого сезона/года. Временные ряды осадков приведены за период 1936-2007 гг., в течение которого основная сеть метеорологических наблюдений на территории России уже существенно не менялась и не могла серьезно влиять на межгодичные колебания пространственно осредненных величин. На всех временных рядах показаны тенденции (линейные тренды) изменений за период 1976-2007 гг., которые больше других характеризуют антропогенные изменения современного климата.
Отметим сложный характер межгодичных колебаний количества осадков, особенно с середины 60-х гг. ХХ в. Можно выделить периоды увеличения осадков - до 60-х и после 80-х гг., а между ними примерно два десятилетия разнонаправленных флуктуаций.
В целом по территории России и в ее регионах (кроме Приамурья и Приморья) отмечается некоторое увеличение средних годовых осадков, наиболее заметное в Западной и Средней Сибири. Тренд среднегодовых осадков за 1976-2007 гг. в среднем по России составляет 0,8 мм/месяц/10 лет и описывает 23% межгодичной изменчивости.
В среднем для России наиболее заметной особенностью является рост весенних осадков (1,74 мм/месяц/10 лет, вклад в дисперсию 27%), по-видимому, за счет сибирских регионов и европейской территории. Еще один заметный факт - убывание зимних и летних осадков в Восточной Сибири, летних и осенних - в Приамурье и Приморье, которое, однако, не проявилось в тенденциях осадков для России в целом, так как компенсировалось ростом осадков в Западной Сибири.
На рис. 1.7 приведены пространственные распределения локальных коэффициентов линейного тренда осадков, дающие более детальную (в пространстве) картину современных тенденций в изменении режима осадков на территории России за 1976-2007 гг. Оценки трендов получены по точечным (станционным) данным об осредненных за год/сезон аномалиях месячных сумм осадков.
Рис. 1.2.5. Среднегодовые аномалии осадков (мм/месяц) для регионов России за 1936-2007 гг. (усл. обозначения - см. рис. 1.5)(по данным ИГКЭ Росгидромета и РАН)
Коэффициенты трендов, рассчитанные в мм/месяц/10 лет, затем нормированы на соответствующие сезонные/годовые «нормы» осадков (полученные осреднением месячных «норм») и выражены в результате в процентах от нормы за десятилетие. Все оценки выполнены постанционно.
Количественные оценки линейного тренда регионально осредненных атмосферных осадков за 1976-2007 гг. приведены в табл. 1.7 . Здесь b - коэффициенты линейного тренда, а d - вклад тренда в суммарную дисперсию ряда (коэффициент тренда означает среднюю скорость линейного изменения осадков на рассматриваемом отрезке времени и выражен в мм/мес. за 10-летие, мм/мес./10 лет). Вклад тренда в дисперсию характеризует долю (в %) суммарной межгодичной изменчивости. Оценки получены по данным станционных наблюдений, осредненных за год и по календарным сезонам.
Таблица 1.7. Оценки линейного тренда пространственно осредненных среднегодовых и сезонных аномалий атмосферных осадков для территории России и регионов России за период 1976-2007 гг.:
b (мм/месяц/10 лет) - коэффициент тренда, d (%) - вклад тренда в полную дисперсую (по данным ИГКЭ Росгидромета и РАН)
|
Физико-географический регион |
||||||||||
|
Европейская часть |
||||||||||
|
Средняя Сибирь |
||||||||||
|
Прибайкалье и Забайкалье |
||||||||||
|
Восточная Сибирь |
||||||||||
|
Приамурье и Приморье |
||||||||||
В результате, коэффициенты линейного тренда (рис. 1.8) выражены в процентах от локальной сезонной/годовой нормы осадков за десятилетие и характеризуют среднюю скорость локальных изменений атмосферных осадков на территории России в течение 1976-2007 гг.
 |
|
 |
 |
 |
 |
Рис. 1.8. Пространственные распределения локальных коэффициентов линейного тренда годовых и сезонных аномалий атмосферных осадков за 1976-2007 гг. на территории России
(%/10 лет): год, зима, весна, лето, осень (по данным ИГКЭ Росгидромета и РАН)
Распределения оценок трендов подтверждают основные региональные и сезонные особенности, отмеченные выше при анализе регионально осредненных рядов осадков. Так, прослеживается рост весенних осадков в Западной Сибири и, заметно слабее, уменьшение летних осадков на европейской территории России. Обращает внимание северо-восточный регион, где наблюдается уменьшение зимних и летних осадков и рост весенних осадков.
Таким образом, в период 1976 - 2007 гг. на территории России в целом и во всех ее регионах (кроме Приамурья и Приморья) в изменениях годовых сумм осадков отмечалась тенденция к их увеличению, хотя по величине эти изменения были небольшими. Наиболее существенные сезонные особенности: рост весенних осадков в регионе Западная Сибирь и убывание зимних осадков в регионе Восточная Сибирь.
Испаряемость
Годовая испаряемость на равнинах России колеблется от 150-200 мм в сибирских провинциях тундр до 1000 мм в полупустынях и пустынях Прикаспийской низменности. В тайге наиболее характерные величины испаряемости составляют 450-500 мм, в провинциях смешанных лесов - 600-700 мм, в степях - 800-900 мм.
Рассматривая распределение фактического испарения с поверхности суши в пределах России (рис. 1.9 ), следует отметить, что его значения возрастают от северных широт к южным.
Так, средний годовой слой испарения в пределах арктических пустынь составляет лишь 100-150 мм, в то время как в центральных и центрально-черноземных областях, а также в Краснодарском крае он достигает 400-500 мм. В Центральной и Восточной Сибири испарение меньше, чем на тех же широтах Русской равнины. Это обусловлено влиянием вечной мерзлоты, меньшим количеством атмосферных осадков, горным характером и общим значительным повышением отметок местности. Снижение величины испарения к северу от зоны смешанных лесов связано в основном с уменьшением количества тепла, а к югу - с недостатком осадков.
Потери на испарение с водной поверхности водохранилищ в среднем составляют 1,9% прихода, причем по некоторым крупным водохранилищам пределы колебаний могут составлять от 1,2 до 9%. Наибольшие потери на испарение характерны для водохранилищ южных районов Европейской территории.
Увлажнение территории определяется по соотношению между количеством выпадающих атмосферных осадков и испаряемостью (рис. 1.10). При этом если осадки превышают испаряемость, возникает избыточное увлажнение и часть выпавшей влаги удаляется из данной местности в виде стока. Недостаточное увлажнение территории связано с тем, что осадков выпадает меньше, чем может испариться.
Вода, выпавшая на поверхность Земли в форме дождя, снега, града или осаждающаяся на предметы в виде конденсата как иней или роса, называется атмосферными осадками. Осадки могут быть обложными, связанными с теплыми фронтами, или ливневыми, связанными с холодными фронтами.
Появление дождя обусловлено слиянием мелких капелек воды в облаке в более крупные, которые превозмогая силу тяжести, падают на Землю. В том случае, если в облаке содержатся мелкие частицы твердых тел (пылинки), процесс конденсации протекает быстрее, так как они выступают ядрами конденсации.При отрицательных температурах конденсация водяного пара в облаке приводит к выпадению снега. Если снежинки из верхних пластов облака попадают в нижние с более высокой температурой, где содержится большое количество холодных капель воды, то снежинки соединяются с водой, теряя форму и превращаясь в снежные комочки диаметром до 3 мм.
Образование осадков
Град образуется в облаках вертикального развития, характерными чертами которых является наличие положительных температур в нижнем слое и отрицательных – в верхнем. В данном случае шаровидные снежные комочки с восходящими воздушными потоками поднимаются в верхние участки облака с более низкими температурами и застывают с образованием шаровидных льдинок – градин. Затем под действием силы тяжести градины падают на Землю. Они обычно неодинаковы по размеру и могут быть величиной диаметра от горошины до яйца курицы.
Виды атмосферных осадков
Такие виды осадков, как роса, иней, изморозь, гололед, туман, образуются в приземных слоях атмосферы за счет конденсации водяного пара на предметах. Роса появляется при более высоких температурах, иней и изморозь – при отрицательных. При чрезмерной концентрации водяных паров в приземном атмосферном слое появляется туман. Если туман смешивается с пылью и грязью в промышленных городах, он называется смогом.
Измерение осадков производят по толщине слоя воды в миллиметрах. На нашей планете, в среднем, выпадает примерно 1000 мм осадков в год. Для измерения количества осадков используют такой прибор, как осадкомер. В течение многих лет ведутся наблюдения за количеством выпадающих осадков в разных регионах планеты, благодаря чему были установлены общие закономерности распределения их по земной поверхности.
Максимальное количество осадков наблюдается в экваториальном поясе (до 2000 мм в год), минимальное – в тропиках и полярных областях (200-250 мм в год). В умеренном поясе среднегодовое количество осадков составляет 500-600 мм в год.
В каждом климатическом поясе также отмечается неравномерность в выпадении осадков. Это объясняется особенностями рельефа определенной местности и преобладающим направлением ветра. К примеру, на западных окраинах Скандинавского горного массива выпадает 1000 мм в год, а на восточных – более чем в два раза меньше. Выявлены участки суши, на которых почти полностью отсутствуют осадки. Это пустыни Атакама, центральные области Сахары. В этих регионах среднегодовой уровень осадков составляет менее 50 мм. Огромное количество осадков отмечается в южных районах Гималаев, в Центральной Африке (до 10000 мм в год).
Таким образом, определяющими чертами климата данной местности являются среднемесячное, сезонное, среднегодовое количество осадков, их распределение по поверхности Земли, интенсивность. Эти особенности климата оказывают существенное влияние на многие отрасли хозяйства человека, в том числе сельское.
Похожие материалы:
Количество осадков постоянно интересует тех, кто следит за погодой. Казалось бы, в прогнозе стоит 10-15 мм, а на улицах — снег по колено или огромные лужи. Чтобы Вам было проще ориентироваться в прогнозах, мы подготовили информацию об измерении количества осадков.
Метеорологи различают два понятия: высота снежного покрова и количество выпавших осадков. То, что мы видим на улице после снегопада, это высота снежного покрова, который порой достигает 50 см, хотя количество выпавших осадков при этом может быть не более 20 мм. Один миллиметр выпавшего снега приравнивается к 1-1,5 см высоты снежного покрова в зависимости от структуры снега.
По метеорологическому наставлению, миллиметр осадков — это один литр воды на квадратный метр. На всех метеостанция стоят осадкомерные ведра, из которых, в 9 и 21 час по Гринвичу, осадки выливаются в специальный сосуд, по которому измеряется их количество. Твердые осадки — снег, град — растапливаются, а потом специалисты измеряют получившуюся воду.
Атмосферные осадки
Атмосферными осадками называется влага, выпавшая на поверхность из атмосферы в виде дождя, мороси, крупы, снега, града. Осадки выпадают из облаков, но не каждое облако дает осадки. Формирование осадков из облака идет за счет укрупнения капель до размеров, способных преодолеть восходящие токи и сопротивление воздуха. Укрупнение капель идет за счет слияния капель, испарения влаги с поверхности капель (кристаллов) и конденсации водяного пара на других.
По агрегатному состоянию выделяют жидкие, твердые и смешанные осадки.
К жидким осадкам относятся дождь и морось.
ü дождь – имеет капли размером от 0,5 до 7 мм (в среднем 1,5 мм);
ü морось – состоит из маленьких капель размером до 0,5 мм;
К твердым относятся снежная крупа и ледяная крупа, снег и град.
ü снежная крупа – округлые ядрышки диаметром 1 мм и более, наблюдается при температурах близких к нулю. Крупинки легко сжимаются пальцами;
ü ледяная крупа – ядрышки крупы имеют обледеневшую поверхность, их трудно раздавить пальцами, при падении на землю они подскакивают;
ü снег – состоит из шестигранных кристаллов льда, образовавшихся в процессе сублимации;
ü град – крупные кусочки льда округлой формы размерами от горошины до 5-8 см в диаметре. Вес градин в отдельных случаях превышает 300 г, иногда может достигать нескольких килограмм. Град выпадает из кучево-дождевых облаков.
Виды осадков: (по характеру выпадения)
- 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 слоистых и слоисто-кучевых облаков.
Суточный ход осадков совпадает с суточным ходом облачности. 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 – один максимум (ночью) и один минимум (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 (ГКО) превосходит 1000-2000 мм. На экваториальных островах Тихого океана выпадает 4000-5000 мм, а на подветренных 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 25-35º, 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). В высоких широтах ГКО незначительно.
Максимальная годовая сумма осадков зарегистрировано в Черрапунджи (Индия) – 26461 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 (внутримассовые) 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, выпадают из более теплого воздуха, образующего циклонические вихри, типичны для умеренного и холодного поясов.
- 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.
Типы осадков по происхождению:
I - конвективные, II - фронтальные, III - орографические; ТВ - теплый воздух, ХВ - холодный воздух.
Годовой ход осадков , т.е. изменение их количества по месяцам, в разных местах Земли не одинаков. Осадки по земной поверхности распределяются зонально.
- Экваториальный тип – осадки выпадают довольно равномерно весь год, сухих месяцев нет, лишь после дней равноденствия отмечаются два небольших максимума – в апреле и октябре – и после дней солнцестояния два небольших минимума – в июле и январе.
- Муссонный тип – максимум осадков летом, минимум зимой. Свойствен субэкваториальным широтам, а также восточным побережьям материков в субтропических и умеренных широтах. Общее количество осадков при этом постепенно уменьшается от субэкваториального к умеренному поясу.
- Средиземноморский тип – максимум осадков зимой, минимум – летом. Наблюдается в субтропических широтах на западных побережьях и внутри материков. Годовое количество осадков постепенно уменьшается к центру континентов.
- Континентальный тип осадков умеренных широт – в теплый период осадков в два-три раза больше, чем в холодный. По мере возрастания континентальности климата в центральных областях материков общее количество осадков уменьшается, а разница летних и зимних осадков увеличивается.
- Морской тип умеренных широт – осадки распределяются равномерно в течение года с небольшим максимумом в осенне-зимнее время. Их количество больше, чем наблюдается для этого типа.
Типы годового хода осадков:
1 - экваториальный, 2 - муссонный, 3 - средиземноморский, 4 - континентальный умеренных широт, 5 - морской умеренных широт.