Введение

Актуальность изучения атмосферных осадков, заключается в том, что - основной водно-балансовой составляющей всех типов природных вод и главным источником естественных ресурсов подземных вод являются атмосферные осадки. Атмосферные выпадения постоянно воздействуют на все компоненты окружающей среды, представляют собой неустранимый фактор и поэтому в теории риска относятся к самой высокой категории.

Атмосферные осадки как продукты конденсации и сублимации водяного пара в атмосфере являются важным климатическим параметром, определяющим режим увлажнения территории. Для возникновения атмосферных осадков необходимо наличие влажной воздушной массы, восходящих движений и ядер конденсации.

Поэтому по количеству и интенсивности выпавших осадков можно косвенно судить о характере вертикальных движений в атмосфере, которые наиболее трудно оценить в энергетическом цикле атмосферы.

Целью работы является изучение атмосферных осадков и их химического состава.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Рассмотреть понятие атмосферных осадков;

2. Объяснить распределение суточных и годовых сумм осадков;

3. Рассмотреть классификацию атмосферных осадков;

4. Выяснить, какие химические компоненты входят в состав атмосферных осадков

Структура работы. Курсовая работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка использованной литературы и приложения.

атмосферный осадок химический состав

Атмосферные осадки и их виды

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. Осадки - одно из звеньев влагооборота на Земле.

Главным условием образования атмосферных осадков является охлаждение тёплого воздуха, приводящее к конденсации содержащегося в нём пара.

Виды осадков

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.

По происхождению различают:

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, 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. (см. прил.4)

В последнее время в разных частях земного шара все чаще возникают проблемы, связанные с количеством и характером выпадения атмосферных осадков. В этом году в Украине наблюдалась очень снежная зима, но в то же время в Австралии наблюдалась небывалая засуха. Как возникают атмосферные осадки? От чего зависит характер выпадения и многие другие вопросы являются на сегодняшний день актуальными и важными. Поэтому я выбрала тему своей работы «Образование и виды атмосферных осадков».

Таким образом, главной целью данной работы является исследование образования и видов атмосферных осадков.

В ходе работы выделяются следующие задачи:

• · Определение понятия атмосферных осадков
• · Исследование существующих видов атмосферных осадков
• · Рассмотрение проблемы и последствий выпадения кислотных дождей.

Основным методом исследования в данной работе является метод исследования и анализа литературных источников.

Атмосферные осадки (греч. atmos -- пар и русск. осаждаться -- падать на землю) -- вода в жидком (морось, дождь) и твердом (крупа, снег, град) виде, выпадающая из облаков в результате конденсации паров, поднимающихся в основном с океанов и морей (испаряемая вода с суши составляет около 10% атмосферных осадков). К атмосферным осадкам относят также изморозь, иней, росу, осаждающиеся на поверхности наземных предметов при конденсации паров в насыщенном влагой воздухе. Атмосферные осадки -- звено общего влагооборота Земли. При наступлении теплого фронта обычны обложные и моросящие дожди, а при холодном -- ливневые. Измеряются атмосферные осадки при помощи осадкомера на метеорологических станциях толщиной слоя воды (в мм), выпавшей за сутки, месяц, год. Среднее количество атмосферным осадкам Земли около 1000 мм/ год, но в пустынях выпадает меньше 100 и даже 50 мм/ год, а в экваториальной зоне и на некоторых наветренных склонах гор -- до 12000 мм/год (метеостанция Чаррануджа на высоте 1300 м). Атмосферные осадки -- главные поставщики воды в водотоки, в почвы питающие весь органический мир.

Главным условием образования атмосферных осадков является охлаждение тёплого воздуха, приводящее к конденсации содержащегося в нём пара.

При подъёме и охлаждении тёплого воздуха образуются облака, состоящие из капелек воды. Сталкиваясь в облаке, капли соединяются, увеличивается их масса. Нижняя часть облака синеет, и оно проливается дождём. При отрицательных температурах воздуха капли воды в облаках замерзают и превращаются в снежинки. Снежинки слипаются в хлопья и выпадают на землю. Во время снегопада они могут немного подтаять, и тогда идёт мокрый снег. Бывает, что воздушные потоки многократно опускают и поднимают замёрзшие капли, в это время на них нарастают ледяные слои. Наконец капли становятся такими тяжёлыми, что выпадают на землю градом. Иногда градины достигают размера куриного яйца. В летнее время при ясной погоде охлаждается земная поверхность. От неё охлаждаются приземные слои воздуха. Водяной пар начинает конденсироваться на холодных предметах - листьях, траве, камнях. Так образуется роса. Если температура поверхности была отрицательной, то капельки воды замерзают, образуя иней. Роса обычно выпадает летом, иней - весной и осенью. При этом и роса, и иней могут образоваться только при ясной погоде. Если небо закрыто облаками, то земная поверхность остывает незначительно и не может охладить воздух.

По способу образования выделяются конвективные, фронтальные и орографические осадки. Общим условием образования осадков является восходящее движение воздуха и его охлаждение. В первом случае причиной подъёма воздуха является его нагревание от тёплой поверхности (конвекция). Такие осадки выпадают круглый год в жарком поясе и в летнее время в умеренных широтах. Если тёплый воздух поднимается вверх при взаимодействии с более холодным воздухом, то образуются фронтальные осадки. Они в большей мере свойственны умеренным и холодным поясам, где чаще встречаются тёплые и холодные воздушные массы. Причиной подъёма тёплого воздуха может быть его столкновение с горами. В этом случае образуются орографические осадки. Они характерны для наветренных склонов гор, причём количество осадков на склонах больше, чем на прилегающих участках равнин.

Количество выпавших осадков измеряется в миллиметрах. В среднем за год на земную поверхность выпадает около 1100 мм осадков.

Выпадающие из облаков осадки: дождь, морось, град, снег, крупа.

Различают:

• · обложные осадки, связанные преимущественно с тёплыми фронтами;
• · ливневые осадки, связанные с холодными фронтами. Осаждающиеся из воздуха осадки: роса, иней, изморозь, гололёд. Осадки измеряются толщиной слоя выпавшей воды в миллиметрах. В среднем на земном шаре выпадает около 1000 мм осадков в год, а в пустынях и в высоких широтах -- менее 250 мм в год.

Измерение осадков выполняется дождемерами, осадкомерами, плювиографами на метеорологических станциях, а для больших площадей -- с помощь радиолокации.

Многолетнее, среднемесячное, сезонное, годовое количество осадков, их распределение по земной поверхности, годовой и суточный ход, повторяемость, интенсивность являются определяющими характеристиками климата, имеющими существенное значение для сельского хозяйства и многих других отраслей народного хозяйства.

Наибольшего количества осадков на земном шаре следует ожидать там, где велика атмосферная влажность и где существуют условия к поднятию и охлаждению воздуха. Количество осадков зависит: 1) от широты, 2) от общей циркуляции атмосферы и связанных с ней процессов, 3) от рельефа.

Наибольшее количество осадков и на суше и на море выпадает около экватора, в поясе между 10° с. ш. и 10° ю. ш. Далее к северу и к югу количество осадков уменьшается в области пассатов, причем минимумы осадков более или менее совпадают с субтропическими максимумами давления. На море минимумы осадков расположены ближе к экватору, чем на суше. Впрочем, цифрам, иллюстрирующим количество осадков на море, особенно доверять не приходится ввиду незначительного числа наблюдений.

От субтропических максимумов давления и минимумов осадков количество этих последних снова увеличивается и достигает второго максимума приблизительно в широтах 40-50°, а отсюда к полюсам убывает.

Большое количество осадков под экватором объясняется тем, что здесь вследствие термических причин создается область пониженного давления с восходящими токами, воздух с большим содержанием водяного пара (в среднем е = 25мм), поднимаясь, охлаждается и конденсирует влагу. Малое количество осадков в области пассатов обусловливается этими последними ветрами.

Наименьшее количество осадков, наблюдаемое в области подтропических максимумов давления, объясняется тем, что этим областям свойственно нисходящее движение воздуха. Воздух, опускаясь, нагревается и становится сухим. Далее к северу и югу мы вступаем в область преобладающих юго-западных и северо-западных ветров, т.е. ветров, движущихся из более теплых стран в более холодные. Здесь, кроме того, весьма часто возникают циклоны, следовательно, создаются условия, благоприятные поднятию воздуха и его охлаждению. Все это влечет за собой увеличение количества осадков.

Что касается уменьшения количества осадков в полярной области, то надо иметь в виду что они относятся только к измеряемым осадкам - дождю, снегу, крупе, но при этом не принято во внимание осаждение инея; между тем надо допустить, что образование инея в полярных странах, где вследствие низкой температуры относительная влажность очень велика, происходит в большом количестве. Действительно, некоторые полярные путешественники наблюдали, что конденсация происходит здесь преимущественно из нижних, соприкасающихся с поверхностью, слоев воздуха в виде инея или ледяных иголочек, оседающих на поверхности снега и льда и заметно увеличивающих их мощность.

Громадное влияние на количество выпадающей влаги оказывает рельеф. Горы, заставляя подниматься воздух, обусловливают его охлаждение и конденсацию паров.

Особенно ясно можно проследить зависимость количества осадков от высоты в таких поселениях, которые расположены на склонах гор, причем нижние квартала их находятся у уровня моря, а верхние, расположены довольно высоко. Действительно, в каждой местности, в зависимости от всей совокупности метеорологических условий, существует определенная зона, или высота, на которой происходит максимальная конденсация паров, причем выше этой зоны воздух становится более сухим. Так, на Монблане зона наибольшей конденсации лежит на высоте 2600 м, в Гималаях на южном склоне - в среднем на высоте 2400 м, в Памире и Тибете - на высоте 4500 м. Даже в Сахаре горы конденсируют влагу.

По времени выпадения максимального количества осадков все страны можно разделить на две категории: 1) страны с преобладающими летними и 2) страны с преобладающими зимними осадками. К первой категории принадлежат тропическая область, более континентальные области умеренных широт и северные окраины суши северного полушария. Зимние осадки преобладают в субтропических странах, затем па океанах и морях, а также в странах с морским климатом в умеренных широтах. Зимой океаны и моря теплее, чем суша, давление понижается, создаются благоприятные условия для возникновения циклонов и усиления осадков. Мы можем установить на земном шаре следующие подразделения на основании распределения осадков.

Виды атмосферных осадков. Градом - называются особого рода ледяные образования, выпадающие иногда из атмосферы и причисляемые к атмосферным осадкам, иначе гидрометеорам. Вид, строение и размеры градин крайне разнообразны. Одна из наиболее обыкновенных форм -- коническая или пирамидальная с острыми или слегка усеченными верхушками и закругленным основанием. Верхняя часть таких обыкновенно более мягкая, матовая, как бы снежная; средняя -- полупрозрачная, состоящая из концентрических, чередующихся между собою прозрачных и непрозрачных слоев; нижняя, самая широкая -- прозрачная.

Не менее часто встречается шарообразная форма, состоящая из внутреннего снежного ядра (иногда, хотя и реже, центральная часть состоит из прозрачного льда), окруженного одной или несколькими прозрачными оболочками. Явление града сопровождается особым характерным шумом от ударения градин, напоминающим шум, происходящий от высыпания орехов. Града выпадает большею частью в летнее время и днем. Град ночью -- явление весьма редкое. Продолжается несколько минут, обыкновенно меньше четверти часа; но бывают случаи, когда он длится и долее. Распределение града на земле зависит от широты, но главным образом от местных условий. В тропических странах град -- явление весьма редкое, причем он там падает почти только на высоких плоскогорьях и горах.

Дождь -- жидкие осадки в виде капель диаметром от 0.5 до 5 мм. Отдельные капли дождя оставляют на поверхности воды след в виде расходящегося круга, а на поверхности сухих предметов -- в виде мокрого пятна.

Переохлаждённый дождь -- жидкие осадки в виде капель диаметром от 0.5 до 5 мм, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0…-10°, иногда до -15°) -- падая на предметы, капли смерзаются и образуется гололёд. Переохлажденный дождь образуется, когда падающие снежинки попадают в слой теплого воздуха, глубокий достаточно для того, чтобы снежинки полностью растаяли и превратились в капельки дождя. По мере того, как эти капельки продолжают падать, они проходят тонкий слой холодного воздуха над поверхностью земли и их температура становится ниже температуры замерзания. Тем не менее, сами капли не замерзают, поэтому это явление назвали переохлаждением (или образованием "переохлажденных капель").

Ледяной дождь -- твердые осадки, выпадающие при отрицательной температуре воздуха (чаще всего 0…-10°, иногда до -15°) в виде твёрдых прозрачных шариков льда диаметром 1-3 мм. Образуются при замерзании капель дождя, когда они падают сквозь нижний слой воздуха с отрицательной температурой. Внутри шариков находится незамёрзшая вода -- падая на предметы, шарики разбиваются на скорлупки, вода вытекает и образуется гололёд. Снег -- твердые осадки, выпадающие (чаще всего при отрицательной температуре воздуха) в виде снежных кристаллов (снежинок) или хлопьев. При слабом снеге горизонтальная видимость (если нет других явлений -- дымки, тумана и т. п.) составляет 4-10 км, при умеренном 1-3 км, при сильном снеге -- менее 1000 м (при этом усиление снегопада происходит постепенно, так что значения видимости 1-2 км и менее наблюдаются не ранее чем через час после начала снегопада). В морозную погоду (температура воздуха ниже -10…-15°) слабый снег может выпадать из малооблачного неба. Отдельно отмечается явление мокрый снег -- смешанные осадки, выпадающие при положительной температуре воздуха в виде хлопьев тающего снега. Дождь со снегом -- смешанные осадки, выпадающие (чаще всего при положительной температуре воздуха) в виде смеси капель и снежинок. Если дождь со снегом выпадает при отрицательной температуре воздуха, частицы осадков намерзают на предметы и образуется гололёд.

Морось -- жидкие осадки в виде очень мелких капель (диаметром менее 0.5 мм), как бы парящих в воздухе. Сухая поверхность намокает медленно и равномерно. Осаждаясь на поверхность воды не образует на ней расходящихся кругов.

Туман - скопление продуктов конденсации (капель или кристаллов, или тех и других вместе), взвешенных в воздухе, непосредственно над поверхностью земли. Помутнение воздуха, вызванное таким скоплением. Обычно эти два значения слова туман не различаются. При тумане горизонтальная видимость менее 1 км. В противном случае помутнение называется дымкой.

Ливень - кратковременные атмосферные осадки, обычно в виде дождя (иногда - мокрого снега, крупы), отличающиеся большой интенсивностью (до 100 мм/ч). Возникают в неустойчивых воздушных массах на холодном фронте или в результате конвекции. Обычно ливневый дождь покрывает сравнительно небольшую территорию. Ливневый снег -- снег ливневого характера. Характеризуется резкими колебаниями горизонтальной видимости от 6-10 км до 2-4 км (а порой до 500--1000 м, в ряде случаев даже 100--200 м) в течение периода времени от нескольких минут до получаса (снежные «заряды»). Снежная крупа -- твердые осадки ливневого характера, выпадающие при температуре воздуха около нуля° и имеющие вид непрозрачных белых крупинок диаметром 2-5 мм; крупинки хрупкие, легко раздавливаются пальцами. Нередко выпадает перед ливневым снегом или одновременно с ним. Ледяная крупа -- твердые осадки ливневого характера, выпадающие при температуре воздуха от +5 до +10° в виде прозрачных (или полупрозрачных) ледяных крупинок диаметром 1-3 мм; в центре крупинок -- непрозрачное ядро. Крупинки достаточно твёрдые (раздавливаются пальцами с некоторым усилием), при падении на твёрдую поверхность отскакивают. В ряде случаев крупинки могут быть покрыты водяной плёнкой (или выпадать вместе с капельками воды), и если температура воздуха ниже нуля°, то падая на предметы, крупинки смерзаются и образуется гололёд.

Роса (лат. ros -- влага, жидкость) -- атмосферный осадок в виде капелек воды, осаждающихся на поверхности земли и наземных предметах при охлаждении воздуха.

Изморозь -- рыхлые кристаллы льда, нарастающие на ветвях деревьев, проводах и других предметах обычно при намерзании капель переохлажденного тумана. Образуется зимой, чаще в тихую морозную погоду в результате сублимации водяного пара при понижении температуры воздуха.

Иней -- тонкий слой ледяных кристаллов, образующихся в холодные, ясные и тихие ночи на поверхности земли, травах и предметах с отрицательной температурой, причем более низкой, чем температура воздуха. Кристаллы инея так же, как и кристаллы изморози, образуются путем сублимации водяного пара.

Впервые кислотные дожди были отмечены в Западной Европе, в частности Скандинавии, и Северной Америке в 1950-х гг. Сейчас эта проблема существует во всем индустриальном мире и приобрела особое значение в связи с возросшими техногенными выбросами оксидов серы и азота. атмосферный осадок кислотный дождь

Когда электростанции и промышленные предприятия сжигают уголь и нефть, с их дымовых труб выбрасываются огромные количества диоксида серы, взвешенных частиц и оксидов азота. В Соединенных Штатах на электростанции и фабрики приходиться от 90 к 95% эмиссий диоксида серы. и 57% оксидов азота, причем почти 60% диоксида серы выбрасывается высокими трубами, что облегчает их перенос на большие расстояния.

По мере того как сбросы диоксида серы и оксида азота с стационарных источников переносятся ветром на большие расстояния, с их образуются вторичные загрязнители, такие, как диоксид азота, пары азотной кислоты и капельки, содержащие растворы серной кислоты, сульфатных и нитратных солей. Эти химические вещества попадают на земную поверхность в виде кислотных дождей или снега, а тоже в виде газов, пелены, росы или твердых частиц. Эти газы могут непосредственно поглощаться листвой. Комбинация сухих и мокрых осад и поглощения кислот и кислотообразующих веществ с близи земной поверхности или на ней называются кислотными осадками, или кислотными дождями. Еще одним причинам кислотных осадков являются сбросы оксида азота большим числам автомобилей в крупных городах. Такой вид загрязнения представляет опасность как для городских, да и для сельских районов. Ведь капли воды и большинство твердых частиц довольно скоро удаляются с атмосферы, кислотные осадки являются скорей региональной или континентальной, чем глобальной проблемой.

Последствия выпадения кислотных дождей:

• · Повреждение статуй, строений, металлов и отделки автомобилей.
• · Утрата рыб, водных растений и микроорганизмов в озерах и реках.
• · Ослабление или утрата деревьев, в особенности хвойных пород, которые растут на больших высотах, из-за вымывания с почвы кальция, натрия и других питательных веществ Повреждение корней деревьев и утрата многочисленных видов рыб из-за освобождения с почв и дойных осадков ионов алюминия, свинца, ртути и кадмия
• · Ослабление деревьев и усиление их склонности болезням, насекомым, засухам, грибам и мхам, которые цветут в кислой среде.
• · Замедление роста культурных растений, таких, как помидоры, соя, фасоль, табак, шпинат, морковь, капусто-брокколи и хлопок.

Кислотные осадки уже являются серьезной проблемой в Северной и Центральной Европе, на северо-востоке Соединенных Штатов, на юго-востоке Канады, в некоторых районах Китая, Бразилии и Нигерии. Все большую угрозу они начинают представлять в промышленных регионах Азии, Латинской Америки и Африки и в некоторых местах на западе Соединенных Штатов (главным образом из-за сухих осадков). Выпадают кислотные осадки и в шеренги тропических районов, где промышленность практично ни развитой, главным образом из-за выделения оксидов азота при сжигании биомассы. Большая часть кислотообразующих веществ, произведенных водной стране, переноситься преимущественными приземными ветрами на территорию другой. Более трех четвертей кислотных осадков в Норвегии, Швейцарии, Австрии, Швеции, Нидерландах и Финляндии приноситься в эти страны ветром с промышленных районов Западной и Восточной Европы.

Список использованной литературы

• 1. Акимова, Т. А., Кузьмин А. П., Хаскин В. В., Экология. Природа - Человек - Техника: Учебник для вузов.- М.: ЮНИТИ - ДАНА, 2001.- 343с.
• 2. Вронский, В. А. Кислотные дожди: экологический аспект//Биология в школе.- 2006.- №3.- с. 3-6
• 3. Исаев, А. А. Экологическая климатология.- 2-е изд. испр. и доп.- М.: Научный мир, 2003.- 470с.
• 5. Николайкин, Н. И., Николайкина Н. Е., Мелехова О. П. экология.- 3-е изд. перераб. и доп.- М.: Дрофа, 2004.- 624с.
• 6. Новиков, Ю. В. Экология, окружающая среда, человек: Учебное пособие.- М.: Гранд: Фаир - пресс, 2000.- 316с.

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.

Что такое осадки и как измерить их количество?

Мы уже не раз говорили об атмосферных осадках, их количестве и видах. Но хорошо бы разобраться в этом вопросе поподробнее – он очень важен!

Всю воду, выпадающую из облаков в виде дождя, снега или любом другом, называют атмосферными осадками. Их количество измеряют в миллиметрах толщины того слоя воды, который они образовали бы на поверхности земли, если бы не растекались, не просачивались и не испарялись. Количество это измеряют за какой–нибудь определённый отрезок времени – за сутки, месяц или год.

Для измерения количества осадков используют дождемеры – резервуары (обычно металлические бочки), в которые собираются осадки, выпадающие на определенную площадь (например, с помощью воронки площадью в один квадратный метр). В конце периода наблюдений измеряют количество воды, скопившейся в резервуаре, и пересчитывают его в единицы толщины соответствующего слоя.

Прибор для измерения выпавших осадков

Например, если накопилось 200 литров воды, это означает, что толщина слоя составит 200.000 кубических сантиметров/10.000 квадратных сантиметров = 20 сантиметров = 200 миллиметров.

Но ведь вода и из бочки может испариться? Конечно, особенно в жаркую погоду. И если наш дождемер установлен где–то вдали от жилья, и метеорологи приезжают к нему только раз в месяц – узнать, сколько же осадков выпало в этом месте, – они что же, ошибаются? Нет, и чтобы не ошибаться, они придумали занятный способ. В бочку наливают немного масла (например, машинного). Оно легче воды и поэтому при попадании воды в бочку растекается по ее поверхности, образуя тонкую пленку. И масляная пленка ничтожно маленькой толщины прячет воду под собой.

А почему осадки бывают разными?

При некоторых условиях водяной пар в воздухе начинает превращаться в воду – конденсироваться. При этом появляются маленькие капельки воды, еще настолько легкие, что не падают на землю, но уже такие большие, что их можно разглядеть. Появляется туман или облака. Дальше события могут развиваться по–разному.

Обычно дождевые капли имеют размер около одного миллиметра, реже – до пяти миллиметров. Это происходит потому, что крупные капли в полете дробятся на более мелкие. Образование же крупных капель связано не с процессом конденсации пара, а с процессом слипания мелких облачных капелек. Кроме того, если в облаке одновременно появляются капельки воды и кристаллики льда, происходит рост кристаллов (снежинок) при одновременном испарении капель.

Если воздух под облаком имеет температуру ниже (ГС, снежинки достигают земной поверхности. В теплом воздухе они тают, превращаясь в дождевые капли. В горах часто можно наблюдать, как в долинах идет дождь, а вершины одновременно покрываются снегом.

С этим явлением связано важное географическое понятие – снеговая линия (или граница). Так называют высотный уровень, выше которого температуры настолько низки, что накопление снега и других твердых осадков преобладает над испарением и таянием. Существование снеговой линии определяет высоту пбявления ледников в горах. Над экватором она располагается на высоте около 4 600 метров ттяд уровнем моря (и только высокие горы, вроде Килиманджаро, достигают ее), в Арктике опускается до 200–500 метров (и ледники образуются даже на совсем невысоких горах – таких, как Бырранга), а в Антарктике – снижается до уровня моря (и образуются шельфовые ледники, как в море Росса).

Один из самых опасных видов осадков – переохлажденный дождь. Он наблюдается обычно при наступлении теплого атмосферного фронта в холодное время Года. Сначала в слоистых облаках над фронтом образуются снежинки. Попадая в теплый воздух, они тают, а образовавшиеся капли Попадают в холодные приземные слои воздуха. Если температура здесь не очень низкая, они достигают земли, не замерзнув. Но, попав на холодные мостовые, ветви, провода и т.п., намерзают на них коркой гололеда. Если же воздух под фронтом очень холодный, капли замерзают в полете, образуя крупу (ледяные шарики меньше пяти миллиметров в диаметре) или град (шарики больше пяти миллиметров). Градины же могут достигать размеров апельсина, а самые крупные из измеренных, выпавшие 3 сентября 1970 года в штате Канзас, весили до 750 граммов и имели окружность до 0,5 метра! В Индии, в районе Нью–Дели, в апреле 1888 года градом были убиты 246 человек.

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 :

Морось – мельчайшие капельки воды диаметром меньше 0,5 мм, находящиеся практически во взвешенном состоянии в воздухе. Их падение почти незаметно д ля глаза. Когда капель много, морось становится похожей на туман. Однако, в отличие от т умана, капли мороси выпадают на земную поверхность.

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.

Ледяная крупа – прозрачны е крупинки с плотным белы м ядром в центре. Диаметр крупинок менее 5 мм. Образуется в т ех случаях, когда капли дождя или частично растаявшие снежинки замерзают при падении сквозь нижний слой воздуха с отрицательной температурой.

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).

Ледяные иглы – мельчайшие ледяные кристаллы, не имеющ ие вет вистого, как снежинки, строения. Наблюдают ся в т ихую морозную погоду. Видны как сверкающие в солнечных лучах искринки.

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.