понедельник, 22 ноября 2004
Прогулки в тумане не могли не вызвать у любознательной Выхухоли желания ознакомиться с этим природным явлением получше.
О тумане. Подробно и интересно.
ТУМАН
(Географы о тумане.)
Вспомните удручающе-мрачную картину, которой открывается роман Чарльза Диккенса “Холодный дом”:
“Туман везде. Туман в верховьях Темзы, где он плывет над зелеными островками и лугами; туман в низовьях Темзы, где он, утратив свою чистоту, клубится между лесом мачт и прибрежными отбросами большого (и грязного) города. Туман на Эс-секских болотах, туман на Кентских возвышенностях. Туман ползет в камбузы угольных бригов; туман лежит на реях и плывет сквозь снасти больших кораблей; туман оседает на бортах баржей и шлюпок. Туман слепит глаза и забивает глотки престарелым гринвичским пенсионерам, хрипящим у каминов в доме призрения; туман проник в чубук и головку трубки, которую курит после обеда сердитый шкипер, засевший в своей тесной каюте; туман жестоко щиплет пальцы на руках и ногах его маленького юнги, дрожащего на палубе. На мостах какие-то люди, перегнувшись через перила, заглядывают в туманную преисподнюю и, сами окруженные туманом, чувствуют себя, как на воздушном шаре, что висит среди туч”.
Клубы тумана проползают и во многих сценах романов Бальзака, Золя, Достоевского. Мягкой, влажной, полупрозрачной туманной дымкой окутаны художественные полотна Дж. Тернера, К. Моне, М. Писсарро. Пелена утреннего тумана нередко служит эффектным фоном фото пейзажей, поэтическим стержнем лирических песен.
С туманом у нас обычно ассоциируется что-то неясное, таинственное, незаметно обволакивающее. Лес, горы, селения, улицы городов, все окружающие предметы словно растворяются в невесомой и неосязаемой среде, становятся невидимками.
Огромное количество страниц в судовых книгах и бортжурналах мореплавателей и штурманов, в дневниках метеорологов и отчетах исследователей отведено описанию туманов. Ведь туман оказывает существенное влияние на физические и химические явления, протекающие в природе, на разнообразные лабораторные и производственные процессы, на работу транспорта, самочувствие людей.
По сравнению с другими метеорологическими явлениями — такими, как ураган, гроза, град, снег, ливень—туман вроде бы не назовешь грозной силой природы. Очень уж это простое и распространенное явление.
Туманом а повседневной жизни обычно называют воздух, в котором взвешено очень большое количество мельчайших капелек воды. При этом метеорологи добавляют, что речь идет лишь о приземном слое воздуха, где наблюдается переход водяного пара в жидкое состояние, в результате чего уменьшается прозрачность воздуха и ухудшается видимость наземных предметов.
“Приземленность” тумана подчеркивается не случайно, потому что пелена низких облаков, закрывающая верхушки деревьев, холмов, считается уже не туманом, а слоистым облаком. Отсюда ясно, насколько условно их деление. Например, в горном районе каждое облако, окутывающее наблюдателя, представляется ему туманом, а со дна долины этот туман может выглядеть как слоистое облако. Следовательно, принципиальных различий между туманом и облаком нет. И это очень образно и поразительно точно передано С. Есениным:
“Месяц в облачном тумане водит с тучами игру”.
КАК ОБРАЗУЕТСЯ ТУМАН?
Дождитесь, пока закипит чайник, или в морозный день приоткройте форточку из теплой комнаты на улицу, и вы увидите процесс образования тумана. Известно, что воздух содержит водяные пары, в наших широтах—это примерно 0,3—2,5 процента от его веса. При каждой температуре свой предел влажности, насыщенности. Чем воздух теплее, тем больше может он удержать водяного пара. Например, при температуре минус 40°С в одном кубометре воздуха может содержаться 0,2 г влаги, а при плюс 40°С — почти в 250 раз больше!
Понятно, что если температура понизится, то часть насыщенного пара должна сконденсироваться, выделиться в виде воды.
Это и происходит, когда воздух из хорошо натопленной комнаты вырывается на мороз, то есть резко охлаждается. Клубы пара, которые мы видим,— это множество мельчайших капелек. Количество выделившейся при этом воды — разность влажности при комнатной температуре и при температуре воздуха на улице. Чем морознее день, тем плотнее будет туман.
Есть такое понятие “относительная влажность”. Она показывает отношение фактического количества водяного пара к тому количеству, которое необходимо для насыщения при данной температуре. Степень близости воздуха к насыщению говорит о его “сухости” или “сырости”. Понятно, что если температура понизится, то часть насыщенного пара должна сконденсироваться, выделиться в виде воды.
Это и происходит, когда воздух из хорошо натопленной комнаты вырывается на мороз, то есть резко охлаждается. Клубы пара, которые мы видим,— это множество мельчайших капелек. Количество выделившейся при этом воды — разность влажности при комнатной температуре и при температуре воздуха на улице. Чем морознее день, тем плотнее будет туман.
Для образования тумана, кроме насыщенного водяного пара и быстрого понижения температуры, необходимо еще одно условие. В воздухе должно содержаться достаточное количество взвешенных или ионизированных частиц. При относительной влажности воздуха, близкой к 100 процентам, на этих пылинках начинается конденсация. Обычно в кубическом сантиметре воздуха содержится от нескольких сотен до сотен тысяч таких микроскопических частиц, которые называют ядрами конденсации. Особенно много их в больших индустриальных центрах, и вероятность образования тумана там значительно выше, чем в окрестностях города.
Образовавшиеся капли тумана не остаются неизменными. Сталкиваясь друг с другом, они сливаются, увеличиваются в размерах, под действием силы тяжести быстро осаждаются. Если же пар недостаточно насыщен, капли испаряются и туман рассеивается.
ИЗ ЧЕГО СОСТОИТ ТУМАН?
Ответ на этот вопрос дает помещенный здесь микрофизический снимок тумана. Смазанную вазелином стеклянную пластинку подержали в атмосферном тумане и сфотографировали под микроскопом. На пластинке хорошо видны осевшие капельки воды (водяной туман).
Величина капелек тумана колеблется в достаточно широких пределах — от 0,1 до 100 микрометров. Чаще всего туманы состоят из капель средних размеров. Напомним, что капли слабого дождя примерно в 5 раз, умеренного—в 10, а сильного—в 15 раз крупнее. Если в тумане преобладают капли-карлики (радиусом менее 1 микрометра), то говорят, что это не туман, а дымка. Если же они так велики, что видны невооруженным глазом, то это морось.
В тумане одновременно могут быть очень мелкие и очень крупные капли. Одних больше, других меньше. Установлена интересная зависимость. Преобладание крупных' или мелких капель в тумане зависит от температуры воздуха: чем она выше, тем больше крупных капель. При положительных температурах преобладают капельки радиусом 7—12 микрометров, при отрицательных—2—5. Теплый туман состоит из более “толстых” капелек, холодный— из “худосочных”.
Не только размеры капель определяют водность туманов, но и то, как плотно они “упакованы”. В одном кубическом сантиметре в слабом тумане насчитывается 50— 100 капелек, а в густом — 500—600, то есть почти в десять раз больше.
Кроме водяных туманов, бывают еще ледяные. Они состоят из мельчайших ледяных кристалликов, имеющих форму столбиков. Число кристаллов в кубическом сантиметре ледяного тумана обычно меньше 100. Поэтому ледяные туманы, как правило, не бывают очень густыми.
При умеренных морозах обычно образуются капельно - жидкие, переохлажденные туманы. При температуре ниже минус 20°С преобладают ледяные туманы. Они хорошо знакомы жителям Сибири и Аляски.
КАКИЕ БЫВАЮТ ТУМАНЫ?
На первый взгляд все туманы одинаковы. Однако метеорологи так не считают. Они различают прежде всего туманы охлаждения (наиболее частые) и туманы испарения. Туманы охлаждения , делят на радиационные, образующиеся вследствие" радиационного охлаждения земной поверхности, а от нее и воздуха, и туманы адвентивные, связанные с переносом воздушных масс. Есть разные классификации, но все они строятся на различиях синоптических процессов, приводящих к образованию туманов.
Туманы, наверное, больше всего ассоциируются с осенью, когда почва испаряет много влаги, а ночи становятся все длиннее и холоднее. Есенин об этом говорит так:
Нивы сжаты, рощи голы,
От воды туман и сырость…
В низинах, логах оврагах, болотистых местностях, куда стекает холодный плотный воздух и где всегда бывает влажно, туманы образуются особенно часто. Так например, зарегистрировано, что на Северо-Западе европейской части России во многих населенных пунктах, расположенных в понижениях возле мелких водоемов (Волдай, Крестцы, Винницы и др.) радиационных туманов бывает 30-50 в году. В соседних поселках, расположенных на пригорках, их в два – три раза меньше. Замечена и другая закономерность: радиационные туманы редко бывают на берегах крупных озер. Так, в Гдове, Новой Ладоге, Лисьем Носу отмечается лишь 6 – 14 туманов в год. Причина – бризовые ветры и незначительность ночного охлаждения. Кстати, этим же (малой амплитудой суточных температур) можно объяснить и то, что в крупных городах радиационные туманы – редкость. Так в Санкт-Петербурге отмечается всего около 10 таких туманных дней за лето. Зато в холодное время туманы в прибрежных городах случаются гораздо чаще из-за обилия поступающей влаги.
С. Есенин обратил внимание еще и на явление, которое на языке метеорологов называется поземным радиационным туманом:
Пряный ветер. Гаснут зори.
По траве ползет туман.
Именно “ползет”, потому что поземный туман невысокий, часто ниже человеческого роста, наиболее плотный у самой поверхности земли. Эти туманы неустойчивы. Утром, когда солнце прогреет почву и прилегающий слой воздуха, усиливается ветер, и туман разрывается. Отдельные его клочья рассеиваются в потеплевшем воздухе.
Основная причина возникновения радиационного тумана – сильное охлаждение поверхности Земли в ясные ночи, при слабом ветре. Понижение температуры передается от почвы прилегающему слою воздуха. Охлажденный воздух оказывается перенасыщенным влагой, и водяной пар начинает выделяться в виде мельчайших капелек. Обычно с восходом Солнца радиационные туманы быстро рассеиваются, поднимаются. Тогда с Земли они кажутся слоистым облаком. Помните, как у Лермонтова: “Ночевала тучка золотая на груди утеса-великана...”?
В холодное время года при длительном выхолаживании почвы, при безветрии и большой относительной влажности образуются особо сильные радиационные туманы, которые не исчезают по несколько суток. Иногда они достигают 300—500 метров в высоту и вверху бывают более плотными, чем на поверхности почвы.
Широко известные “петербургские туманы” носят иной характер и объясняются совсем другими причинами. Это адвективные туманы, вызванные горизонтальным переносом воздушных масс в условиях контраста температур. Теплый, влажный воздух движется над более холодной поверхностью суши или моря. При этом температура теплого воздуха понижается, водяной пар конденсируется, образуется туман. Нередко такие туманы возникают зимой, когда приходят теплые ветры. Поэтому самые туманные месяцы в Ленинграде — декабрь, февраль, март, на них приходится почти 40 процентов всех туманных дней за год.
Адвективные туманы характерны для пограничных районов: суша—море, теплое— холодное течение, граница морских льдов, граница снежного покрова. Такие условия чаще складываются в северном полушарии. Здесь есть районы, которые можно считать “полюсами туманов”. Так, на стыке теплого Гольфстрима и холодного Лабрадорского течения в районе Ньюфаундленда на год приходится 120 дней с туманом, особенно их много летом: в среднем за месяц—22 туманных дня. Этот район считается одним из самых опасных для мореплавания.
Часты туманы на острове Вайгач—19 дней в летний месяц, на Кольском полуострове—50—100 туманных дней в году, чуть реже они на побережьях Баренцева, Северного и Балтийского морей, в районах Флориды, Калифорнии, в Охотском и Японском морях,
Интересно, что адвентивные туманы в прибрежной зоне в холодную половину года образуются преимущественно над сушей, в в теплую—над прилегающей частью моря. В холодные месяцы массы относительно теплого влажного воздуха перемещаются с моря на сушу, а в теплое время года—с суши на море.
Чем больше разность температур, тем интенсивнее туман. Над холодной поверхностью моря условия образования тумана особенно благоприятны: высокая влажность воздуха и большое постоянство температуры поверхности воды. Так у А. С. Пушкина:
“Погасло дневное светило, На море синее вечерний пал туман”.
Адвективные туманы обычно образуются при пасмурной погоде, в теплых секторах циклона. Внешне адвентивный туман выглядит как большое слоистое облако, касающееся поверхности Земли и охватывающее огромное пространство — иногда тысячи километров. Эти туманы очень устойчивы, могут удерживаться неделями. Такое часто наблюдается, например, в районах Северного Кавказа.
Адвективных туманов почти никогда не бывает при сильных морозах, и при снеге они образуются очень редко. Названия таких разновидностей туманов, как береговые, фронтальные туманы горных склонов и долин, городские, морозные (сибирские), уже сами говорят об особенностях их образования.
Сибирские туманы связаны с очень низкими температурами и полным затишьем воздухе. Иногда можно наблюдать; как остановившийся человек постепенно окутывается облаком тумана, образующегося от его дыхания и испарения с одежды. Объясняется это тем, что морозный воздух может удержать лишь очень малое количество водяного пара. Почти вся выделяемая влага сразу же преобразуется в туман.
КАКОГО ЦВЕТА ТУМАНЫ?
Речь идет об особом виде туманов — о городском. Говорят, что цвет печально знаменитых лондонских туманов меняется от черного до желтого. Частички, на которых здесь сгущаются пары,— это главным образом продукты горения: дым, кислоты, соли. В зависимости от преобладания тех или иных частиц меняется цвет тумане. Ранним утром город обычно окутан более светлым туманом, но затем выбросы из миллионов каминов и из труб сотен предприятий оседают на капельках тумана, придавая ему почти черный цвет. Особенно заметно это бывает в зимние дни, когда воздух почти насыщен водяными парами.
Для метеорологов главная характеристика тумана не цвет, а видимость в нем. Недаром, когда хотят подчеркнуть густоту тумана, говорят: “Ничего не видно на расстоянии вытянутой руки”.
По существу, метеорологическая дальность видимости (так она называется по научному) и есть характеристика интенсивности туманов. Если она составляет 500— 1000 метров—туман слабый, 50—500 метров — умеренный, до 50 метров — сильный.
Ухудшение видимости предметов в тумане в основном связано с рассеянием света. В обычных туманах, где радиус капелек превышает 1 микрометр, практически одинаково рассеиваются световые волны всех длин. Поэтому и цвет туманов чаще всего мелочно-белый или белесый. Мелкие частицы тумана лучше “сего рассеивают короткие световые волны (синие лучи), меньше—длинные волны (красные и инфракрасные лучи). Поэтому туманная дымка, в которой капельки очень малы, имеет синеватую окраску,
Самые сильные туманы образуются при достаточно высоких температурах, то есть “теплый” туман — густой, “холодный” — более прозрачный.
Оптические свойства туманов сходны с оптикой облаков. Солнечный свет хорошо отражается от слоя тумана. Примерно 80 процентов сета может отражаться. Но когда Солнце поднимается выше, то отражательная способность тумана резко падает, он начинает прогреваться и рассеиваться. Вот почему туманы исчезают не на восходе солнца, а несколько позднее. Интересно, что туманы поглощают больше солнечной радиации, чем облака, что связано с большим загрязнением приемного слоя воздуха.
Вокруг яркого источника света в тумане могут наблюдаться оптические явления, связанные с особой формой рассеяния света—дифракцией. Так, вокруг уличных фонарей часто наблюдаются радужные венцы. В ледяных туманах образуются круги вокруг Солнца и Луны.
У Лермонтова такие строки:
“И скрылся день: клубясь, туманы
Одели темные поляны
Широкой белой пеленой...”
Поэт обратил внимание на способность тумана клубиться. Лишь сравнительно недавно ученые определили, что “клубы”— это участки уплотнения тумана. Образование таких участков связано с пульсациями температур. Достаточно небольшого изменения температуры, чтобы резко увеличились размеры капель, а с этим и коэффициент рассеяния. Для физиков образование клубов тумана — это фазовые переходы, процессы тепло - влагообмена, эволюция тумана.
СКОЛЬКО ВОДЫ В ТУМАНЕ?
Тому, кто окунулся в промозглую сырость тумана, кажется, что воды в тумане очень много, что одежда намокает буквально через несколько минут. Ну, а если “выжать” несколько кубометров тумана? Оказывается, влаги не хватит даже на один глоток. В одном кубометре содержится от 0,2 до 0,5 грамма воды. Отжав всю влагу из тысячи кубометров тумана, мы едва сможем утолить жажду. Водность мощных ливневых облаков значительно, почти в десять раз выше.
Однако простой расчет показывает, что в одном кубическом километре тумана может содержаться до полумиллиона литров воды. Вполне достаточно для орошения большого поля. И действительно, во многих местах туманы и росы служат существенным источником влаги для растений. Это так называемые горизонтальные осадки. Кто бродил по лесистым горам в то время, когда низкие облака (напомним, что это почти то же, что и туман) прошли сквозь густую листву растительности, хорошо помнит обилие капель воды на ветвях деревьев и кустов. Под таким “ливнем” действительно промокнешь до нитки. В засушливых районах это большая добавка •лаги- к осадкам. Например, на Гавайях, на высоте 700—1000 метров за счет осаждения капель тумана ежегодное количество влаги увеличивается на 66 процентов.
КАК РАССЕЯТЬ ТУМАН?
Туман, низкая облачность, нелетная погода. И пилоты и пассажиры знают, что с этим связаны задержка самолетов, непредусмотренные посадки в других портах, потерянное время, тысячи рублей убытка народному хозяйству.
Поиски того, как можно искусственно рассеять туман, хотя бы на некоторое время и над ограниченной площадью, имеют длинную историю. Особенно “трудным орешком” оказались теплые туманы, образующиеся при температурах выше нуля. Достаточно небольшого предутреннего понижения температуры воздуха, как относительная влажность достигает 100 процентов, начинается конденсация водяного пара в мелкие капельки тумана. В каждом кубическом сантиметре такого воздуха оказывается 200—300 капелек. Чтобы рассеять такой туман, очевидно, надо удалить из него значительную часть капель. Как это сделать?
Видимо, так, как это происходит в природе—нагревом тумана. Если повысить температуру воздуха на 1—3°, туман рассеется. Но расчеты показывают, что расход тепла при этом будет огромным.
В Англии во время второй мировой войны не шести аэродромах вдоль взлетно-посадочных полос были установлены нефтяные горелки. При их работе повышалась температуре воздуха и туман — слой в несколько десятков метров — испарялся. Горизонтальная видимость повышалась эт 90—120 метров до 1200 метров. Казалось бы, успех! Но... при этой операции расход горючего составлял около тысячи галлонов (4540 литров) в минуту. Экономически эксперимент себя не оправдал и был прекращен. Да и по другим показателям этот способ неэффективен: при сгорании топлива выделяется и конденсируется в большом количестве водяной пар, и система обогрева “работает” в большей степени сама же против себя.
Кроме тепловых методов, есть и другие пути рассеять туман. Например, заставить
мелкие капли тумана быстро укрупниться, с тем чтобы они выпали на землю под действием собственного веса. Для этого вводят в туман частицы, обладающие высокой гигроскопичностью (например, поваренную соль). Поглотив часть капель, соль выпадает из тумана. Но соль несет с собой новые беды — для почвы, для окружающей растительности, для колесных покрышек.
Некоторые исследователи предлагают с помощью электрических и акустических методов увеличить вероятность столкновений мелких капель, следовательно, укрупнить их и заставить выпасть.
Чаще всего туманы и низкие облака накрывают дороги, аэродромы в холодный период года. Так, над Украиной около 85 процентов всех туманов наблюдается с ноября по март. Примерно то же самое в районе аэропортов Белоруссии, Северного Кавказа, Казахстана.
Уже в середине 60-х годов в нашей стране и в нескольких зарубежных странах были успешно проведены опыты искусственного рассеяния переохлажденных туманов. Так, во Франции на пассажирском аэродроме Орли на туманы воздействуют жидким пропаном. Полностью туман не рассеивается, но условия видимости заметно улучшаются, что облегчает взлет и посадку.
Кок видите, наука сегодня знает о туманах достаточно много: и об их образовании, и о свойствах, и о методах борьбы с ними. Проведены большие серии наблюдений, подмечены многие закономерности, сделаны подсчеты, разработаны специальные методы, которые позволяют предсказывать возможность образования тумана. Использование современных вычислительных машин позволяет на основании данных о температуре, влажности воздуха и почвы, скорости ветра и других параметров предсказывать появление тумана и его интенсивность, характер возникающих облаков и, что очень важно, вероятность выпадения из них осадков.
Оригинал
@настроение:
простуженное
@темы:
на захватку
-
-
24.11.2004 в 12:35Ух, ты!
Очень, очень познавательно и... а где же про туман, в который обрачиваются благородные вампы?
-
-
24.11.2004 в 19:52Ооо.. эту тайну благородные вампыры хранят очень бережно .)
-
-
25.11.2004 в 10:07Хы-хы.... ну, ладно, тада бум хранить дальше