елементи погоди

Для наукового землеробства і садівництва, для море-плавання і авіації подібне визначення погоди явно недостатньо. Погода - це об'єднання багатьох явищ, які відбуваються в повітрі. Нехай, наприклад, стоїть сонячна погода. Барометр показує високу тиску-ня, повітря спокійний і сухий, на небі ні хмаринки, тихо. Але ось раптово »налітає сильний вітер, і через не-
скільки часу починається дощ. Відразу видно, що відбулися різкі зміни: з'явилися потужні хмари, стало похмуро, тиск весь час змінюється, вологість повітря зросла. З цього прикладу можна бачити, що в поняття «погода» входить кілька складових частин або, як їх прийнято називати, елементів: тиск, тим-пература, вологість, вітер, хмарність, опади. Про них ми зараз і поговоримо.

Нашу Землю огортає повітряна оболонка - атмосфера. Товщина її вимірюється сотнями кіло -

Метрів. Тому віз-дух, незважаючи на його

^ Т - малу щільність (У800

Мал. 1. Ртуть не може вилитися з трубки, так як атмосферне повітря тисне на поверхню ртуті в чашці.

Щільності води), тисне на поверхню землі зі значною силою. В середньому тиск повітря дорівнює 1 кіло-граму на кожен ква-дратний сантиметр по-поверхні. Така сила здатна підтримати ртутний стовпчик висо-тієї в 760 міллімет-- рів (рис. 1). Тиску-ня повітря і изме-ряют висотою ртутного стовпа в міліметрах, або, як прийнято з 1930 року, в нових оди-Ницаха - миллибарах. Один миллибар дорівнює 0,75 міліметра ртуті-ного стовпа.

Прилади, якими вимірюють тиск, називаються барометрами.

Чим товстіший шар повітря над землею, тим сильніше він тисне на землю. Тому найбільший тиск б-кість на рівні моря. Коли ми піднімаємося на гору,
товщина повітряного шару над поверхнею землі зменшується, і тиск падає.

На метеорологічних станціях тиск зазвичай через міряється ртутним барометром, а в гуртожитку за изме-нениями тиску стежать за барометра-анероїд ( «ане-роід» - значить безповітряний). Це - металева коробочка, з якої викачане повітря. Атмосферне повітря тисне на дно коробочки і приводить в рух пружинку, з'єднану зі стрілкою. Стрілка ходить по циферблату і зазначає величину тиску. На шкалі барометра-анероїда є написи: «ясно», «змінно», «дощ», «буря» і т. Д. Ці написи не мають скільки - небудь серйозного значення. Вони вселяють невірну думку про те, що погода залежить тільки від величини тиску і, отже, у всіх місцях з одним і тим же тиском вона однакова. Насправді, як ми вже знаємо, погода визначається не тільки тиском, а й температурою, силою вітру і т. Д.

Набагато важливіше стежити за змінами тиску. Зміна тиску говорить про те, що погода починає змінюватися. Так, наприклад, «барометр падає» (тобто тиск повітря знижується), коли у верхніх шарах атмосфери над нами проходять теплі маси повітря. Вони менш щільні, ніж повітря, що знаходився там раніше. Тому весь стовп повітря робиться легше, і тиск знижується, хоча у землі ми цей тепле повітря ще не відчуваємо. Тепле повітря містить в собі багато вологи. Значить, коли падає барометр, з'являються хмари, а потім і опади; Погода змінюється. Тому постійні вимірювання тиску дуже важливі для прогнозу погоди.

Ми остерігаємось взятися за металеву ручку киплячого чайника - вона гаряча, і можна легко про-жечься. Але якщо ручка дерев'яна, така неприємність нам не загрожує. Дерево «погано проводить» тепло: від однієї частинки дерева до іншого теплота передається дуже мед-повільно. Так само повільно передають один одному тепло і ча-стіци повітря, і ми говоримо, що повітря - «поганий про-водник» тепла, що теплопровідність його мала.

Але повітря дуже рухливий, і тепло в ньому може пере-даватися іншим, більш швидким шляхом - переміщенням самого повітря. Саме так і нагрівається піччю повітря кімнати. Зігрітий піччю повітря менш щільний. Тому до неї прямують потоки холодного повітря, які витісняють тепле повітря до стелі. Поступово повз грубки пройде вся маса повітря, і кімната нагріється. Таке перенесення тепла називають конвекцією.

В нашій атмосфері конвекція грає велику роль. Це - основний спосіб передачі тепла в повітрі. Але є ще один, не менш важливий спосіб передачі тепла. При-блізьтесь до нагрітої печі, і ви відчуєте, як від неї до лиця «струмує» тепло, саме тепло, а не потоки теплого повітря. Загородіте особа металевої пла-Стінка, і тепла ви більше не відчуєте. Ваше обличчя ока-жется як би в тіні від пластинки. Шматок скла такої тіні не дасть. Значить теплота, як і світло, може розпо-рюється і в вигляді променів. Теплові промені виходять від будь-якого тіла, але чим більше тіло підігрітий, тим сильніше його теплове випромінювання. Розпечений шматок заліза «питттет жаром». А Сонце за рік випромінює на нашу Землю стільки тепла, що їм можна було б закип'ятити воду половини Атлантичного океану, якщо вважати тим-пература води дорівнює 10 градусам.

Проходячи через атмосферу, сонячне проміння нагріває її дуже мало. Прозоре повітря поглинає і перетворюється-щает в тепло лише невелику частину променів. Набагато більше сонячне проміння нагріває грунт і воду.

Нагріта сонцем грунт передає тепло і більш гли-Боким верствам землі і повітрю. Таким чином, повітря нагрівається поверхнею землі. Тому нижні шари повітря завжди нагріті сильніше, ніж верхні.

Різні ділянки земної поверхні нагріваються сонцем по-різному. Кожен спостерігав, як в ясний літній день камені і пісок на березі річки нагріваються настільки, що стають гарячими. Вода в річці до той-який температури ніколи не нагрівається. Відкрите поле, рілля, схил пагорба, звернений до сонця, нагріваються більше, ніж луг з густою зеленню або ліс. Також нерав-номерно буде нагрітий я повітря над цими ділянками. Над піщаним пляжем днем ​​вже панує спека, в той час як повітря над зеленим лугом ще прохолодний.

Завдяки тому, що різні ділянки землі, а зна-чит, і повітря мають різну температуру, в. атмосфері відбувається багато змін.

Згадаймо, як вривається в натоплену кімнату холодне повітря, коли ми в морозну погоду відкритому ваем зовнішні двері. Що штовхає холодне повітря? Він більш щільний і тиск його вище, ніж тиск теплого повітря. Ця різниця в тиску і змушує холодне повітря спрямовуватися в кімнату. Такі ж явища відбуваються і в атмосфері, викликаючи переміщень-ня великих мас повітря - вітер.

З поверхні водойм випаровується вода. Водяна пара захоплюється повітряними течіями і переноситься через величезні простори. По дорозі він може потрапити в холодні шари атмосфери. Охолоджуючись, пар згущується, і в повітрі утворюються хмари. Хмари повертають вологу на землю у вигляді дощу, снігу і т. Д.

Про вітер, хмарах і опадах ми ще будемо говорити докладно. Тут ми сказали про них тільки для того, щоб показати, як різна нагрітим сусідніх ділянок повіт-ха створює різноманітні явища погоди. Тому для метеорологів важливо знати, як розподіляється темпера-туру на земній поверхні. Це допомагає складати науково обгрунтоване припущення про майбутню погоду.

На величезних просторах нашої Батьківщини можна зустріти в один і той же час самі різні темпе-ратури. Наприклад, навесні, коли на Кавказі і в Середній Азії вже встановлюється спекотна погода, на півночі ще вирують завірюхи. Коли в Європейській частині Радянського Союзу настає тепла погода, на Сибір ще може критикувати з півночі холодне повітря зі снігопадами і буранами.

Влітку сама спекотна погода спостерігається у нас в Середній Азії, де в тіні буває вьтттте 50 градусів тепла, а поверхня ґрунту нагрівається іноді до 80 градусів.

Найсильніші морози спостерігаються не в Арктиці, а в Східному Сибіру. «Полюс холоду» знаходиться в Яку-тії, в районі Верхоянска і в селищі Оймекон; там би-ють найсильніші морози - до мінус 70 градусів! Такі холоду поки не спостерігалися ні в жодному іншому місці земної кулі. У районах, близьких до полюса, найсильніші морози рідко перевершують мінус 40 градусів. Пояснюється це тим, що з південної частини Атлантичного океану повз Англії і берегів Норвегії до Нової Землі йде тепле морська течія Гольфстрім. Крім того, райони, близькі до полюса, зайняті великим морем. Все це і пом'якшує арктичний клімат. А район Верхоянска лежить далеко від океанів, в улоговині між гірськими хребтами. Вступник в цю улоговину арктичне повітря застоюється в ній. Він втрачає тепло випромінюванням і ще більше охолоджується.

Коли ми говоримо про температуру повітря, то завжди маємо на увазі свідчення термометра Цельсія, установ-ленного в тіні. Правда, людині доводиться значитель-ве час проводити «на сонці», де влітку прямі сол-кінцевих промені призводять до відчуття спеки і духоти. Тому в житті часто доводиться чути: «по радіо передавали, що очікується 30 градусів, скільки ж буде на сонці?». Але якщо ми спробуємо виміряти температуру «на сонці», то різні термометри по-кажут різні величини. Найбільше покаже термо-метр, кулька якого зачернён, менше - звичайний ртуті-ний. Тому температуру повітря потрібно вимірювати тільки в тіні. У цьому випадку будь-який термометр дасть один і той же показання.

Часто стверджують, що при вітряну погоду мороз сильніше, ніж при тихій. Це не вірно. Термометр поки-показують одну і ту ж температуру і при вітрі і без вітру. Справа в тому, що відчуття холоду залежить від того, наскільки швидко охолоджується людське тіло окру-жающим його повітрям. При сильному вітрі тіло людини охолоджується швидше, ніж без вітру. Звідси - невер-ні судження про посилення морозу при вітрі.

Повітря ніколи не буває абсолютно сухим. Навіть в самих жарких пустелях він завжди містить вологу. Випари з величезних поверхонь океанів і морів, річок, озер, а також з поверхні грунту безперервно до-ють повітрю водяна пара.

Вода може перебувати в атмосфері і у вигляді водячи-ного пара, і в рідкому стані (дощ, туман, мряка, водяні хмари), і в твердому (сніг, град, крижані хмари). Ми не можемо бачити водяної пари в повітрі, як не бачимо і інших безбарвних газів. Часто говорять, що, наприклад, з казанка з гарячою водою йде «пар»; насправді це не пар, а дрібні крапельки води. навіть
дуже прозоре повітря завжди містить водяну пару. Доказом цього є роса, що осідає з про-прозорі повітря в дуже прохолодні ясні ночі.

Кількість водяної пари в повітрі не може возра-стати безмежно. При будь-якій температурі завжди на-ступає момент, коли повітря повністю «насичується» водяною парою. І якщо після насичення повітря в нього буде продовжувати надходити пар, він почне згущуватися, конденсуватися в крапельки води. Теж саме

// АЛ / 15г8о% 1 5гШ * 15гМ »ПгЗЬ

Вийде, якщо насичений водяною парою повітря почне охолоджуватися, тому що при більш низькій темпе-ратурі для його насичення потрібна менша кількістю-ство пара і утворюються надлишки його сконденсуються.

На малюнку 2 показано, скільки пара наси-щает один кубічний метр повітря при різних темпе-ратура.

Наше відчуття сухості або вологості повітря свя-зано ні з загальною кількістю водяної пари в ньому, а з тим, наскільки пар близький до насичення. Повний наси-щення спостерігається досить часто і викликає туман.

Хмари і опади

Ми вже бачили, що при досить сильному охла-дженні вологого повітря пар конденсується. Якщо це відбувається у земній поверхні, то з'являється туман. Якщо ж пар згущується в більш високих шарах повітря, то утворюються хмари. Хмари це скупчення або дрібних крапельок води, як в тумані, або крижаних кри-Сталл, якщо температура повітря нижче нуля. Крапельки води в хмарі дуже малі - в одному кубічному санти

Метрі хмари може бути 200-500 таких крапельок. Вони як би підвішені в повітрі і падають вниз дуже мед-повільно. Капелька хмари, поперечником в одну соту міліметра, опускається на один метр близько 5 хвилин.

Досить невеликі-шого зустрічного воз-задушливого потоку, щоб частинки хмари пла-вали в повітрі, не опускаючись. А сильніший потік повіт-ха може підняти їх і забрати далеко в сто-рону.

Мал. 3. При стисненні газ нагрівається.

Якщо згущення по-дяного пара происхо-дит швидко, то число крапельок в водяному об-лаку сильно зростає; вони зливаються, укрупнюються,

Стають важкими і випадають з хмари у вигляді

Взимку, а в високих шарах атмосфери і влітку, хмари складаються з величезного числа дрібних кристаликів льоду. Кристалики оточені ще не згущеним, але вже наси-щенним водяною парою. Пар поступово осідає на кристалики, і вони ростуть. Нарешті, утворюються краси-ші важкі сніжинки, які потроху опускаються до землі. Повітроплавці, яким при снігопаді при-ходилось повільно пробивати хмари, розповідають, що в той час, як внизу йшов великий сніг, на висоті 5000 метрів просвічувало сонце, і в повітрі миготіли дрібні крижані кристалики, а в середині хмари знахо-дилися вже невеликі, але цілком сформувалися сніжинки.

Отже, хмари утворюються при охолодженні повітря. Чому ж повітря може охолоджуватися? Перш за все частина тепла випромінюється повітрям до землі і в світовий простір. Нижні шари повітря можуть віддавати тепло і при зіткненні з охолодженої поверхно-стю землі. Але найсильніше повітря охолоджується при підйомі з низьких шарів атмосфери в більш високі.

Напевно, кожен знає, що повітря, як і будь-який газ, при стисненні нагрівається (рис. 3), а при розширенні
охолоджується (рис. 4). Тепле повітря, піднімаючись вгору, потрапляє в більш розріджені шари. Там повітря рас-ширяється, віддає на «роботу розширення» своє тепло і тому охолоджується. При низькій температурі для на-насичення досить вже меншої кількості пара (рис. 2), і надлишки його почнуть згущуватися в хмари. при

Темвертш / Шуха + Ю? радуео8

Мал. 4. У балоні знаходиться газ під біль-шим тиском. Виходячи з балона, сжа-тий газ розширюється і охолоджується.

Опусканні, навпаки, повітря стискається і завдяки цьому нагрівається. Підвищення температури «висуши-кість» хмари, і вони починають танути.

На малюнку 5 показаний найпростіший випадок освітньої-ня хмар в ясний літній день. Повітря над пагорбами

Мал. 5. Утворення хмар в літній день.

І полем нагрівається сильніше, ніж над річкою і лісом. Над більш нагрітими місцями розвиваються висхідні течії: повітря йде вгору від пагорба і поля. Над ме-неї нагрітими місцями виникають спадні течії: до річки і лісу буде опускатися більш холодне повітря. Тепле повітря при підйомі буде охолоджуватися, і по-з'являться невеликі хмари. При дуже сильному русі повітряних шарів хмари можуть досягати величезної тол Київщини. Товщина грозових хмар, наприклад, може до-Стігала 10 кілометрів!

При спостереженнях за хмарністю відзначають кількістю-ство хмар, висоту їх, форму і напрям їх руху-ня. На деяких метеорологічних станціях висоту хмар визначають, випускаючи у вільний політ НЕ-великий гумовий куля, наповнена воднем. Стежачи за допомогою годин за підйомом кулі і відзначаючи час входження його в хмару, обчислюють висоту.

В атмосфері ніколи не буває довгого спокою. Нерав-номерний нагрівання земної поверхні призводить до того, що над землею постійно виникають повітряні течії. Неоднаково нагріті маси повітря мають різний тиск. Різниця в тиску і викликає пере-ня повітря. Такий рух повітря, як вже го-ворілось, і є вітер.

В атмосфері мандрують величезні маси повітря. Кожна з них має свою температуру, вологість, об-лачность, тобто вона вже сама по собі є носите-лем погоди. А в тих місцях, де різні повітряні маси стикаються, між ними виникає справжня боротьба, і погода стає бурхливою. Тому метеорит-логи приділяють вітрі дуже багато уваги.

Для того щоб визначити напрям вітру, поль-ються флюгером (рис. 6). Шарик флюгера завжди спрямований у ту сторону, звідки дме вітер. На флюгер нерухомо укріплені металеві прути, располо-женние в різних напрямках, або, як кажуть метеорологи, румбах. Це-«троянда румбів» (рис. 6). За нею легко визначити напрямок вітру: північно-во - сточное- СВ, південно-південно-західне - ПС і т. Д. У верх-ній частині флюгера є дуга з штифтиками і рамка, на якій висить металева дощечка; це - простий прилад для визначення швидкості вітру. Рамка закреп-лена так, що вітер завжди вдаряє прямо в дощечку і піднімає її уздовж дуги. За штифтик відраховують силу вітру, по якій легко визначити і швидкість вітру, тобто число метрів, прохідних повітрям в одну секунду. Для більш точних вимірювань швидкості служать спеціальні прилади - анемометри.

За прийнятою шкалою вітрів слабкий вітер означає швидкість 2-3 метри в секунду, помірний - 4-7 метрів,

Сильний 10-12 мет-рів в секунду. Так-леї йде буря - ско-кість більше 15 метрів в секунду, шторм - 20 метрів, жести-кий шторм - 25 метрів. Нарешті, при урагані швидкість вет-ра перевищує 30 мет-рів в секунду.

Мал. 6. Флюгер та «троянда румбів».