Продолжительность, вид и объем осадков зависят от разных причин как в атмосфере, так и на земле. Вместе с экспертом — учителем географии в президентском лицее «Сириус», блогером Михаилом Вагановым — расскажем, почему идет дождь, и каким он бывает.
Главное о том, почему идет дождь
Собрали все самое важное о дожде в саммари-список.
- Дождь возникает оттого, что водяной пар поднимается в тропосферу, а потом конденсируется там. Крошечные капли сливаются в большие. Когда они уже не могут удерживаться в воздухе, то падают вниз.
- Существуют разные виды дождей. Они зависят от температуры, потоков воздуха, высоты, на которой образуются облака, и других факторов.
- Дождь может идти с разной интенсивностью над разными территориями. Это обусловлено тем, в каких облаках и при каких условиях он образовался, а еще от рельефа местности и атмосферных фронтов.
- На самом деле тучи не черные: из самолета, если смотреть на них сверху, они выглядят так же, как белые облака. Все дело в размере капель: если они крупные, то плохо пропускают свет и кажутся нам черными.
- Самые дождливые страны на Земле — Колумбия, Коста-Рика, Сьерра-Леоне и Индонезия, ведь там выпадает до 3000 мм осадков в год. Самое дождливое место планеты — Черапунджи в Индии. А вот в сухих долинах Мак-Мердо в Антарктиде дождей не было уже много тысячелетий.
- Ветер образуется из-за разницы давления, которая возникает в результате неравномерного нагревания Земли Солнцем.
Что такое дождь и каких бывает видов
Дождь — это атмосферные осадки. Они образуются в результате конденсации водяного пара в тропосфере — самом близком к земле слое атмосферы. Дождь завершает круговорот воды в природе. Как это работает:
- Испарение — Солнце нагревает поверхностные воды, превращая их в водяной пар.
- Конденсация — пар поднимается вверх, охлаждается и конденсируется, превращаясь в микроскопические капли (0,01−0,02 мм). Так образуются облака.
- Коалесценция — капли сливаются, увеличиваясь до 0,5−7 мм в диаметре.
- Осадки — когда капли становятся слишком тяжелыми (свыше 0,1 мм), они выпадают под действием силы тяжести.
Вид дождя зависит от множества факторов, но чаще от того, какая воздушная масса преобладает — теплая или холодная, содержит она много влаги или нет. Например, кучево-дождевые облака обычно приводят к сильным ливням с грозами, слоисто-дождевые вызывают продолжительные обложные дожди, а моросящие осадки проливаются из слоистых облаков. А вот то, какие облака сформируются, зависит от атмосферного фронта. Если приходит теплый фронт, он несет слоисто-дождевые облака и, соответственно, обложные осадки; холодный фронт принесет кучево-дождевые облака и сильные ливни.
Собрали в таблицу основные виды дождей и их физические особенности.
| Вид дождя | Физические особенности |
|---|---|
| Обложные осадки (Nimbostratus) | Продолжительные, равномерные; выпадают из слоисто-дождевых облаков; интенсивность ― 2–5 мм/ч |
| Ливневые осадки (Cumulonimbus) | Кратковременные, но очень интенсивные; сопровождаются конвективными, то есть восходящими потоками воздуха; могут содержать град; интенсивность ― свыше 10 мм/ч |
| Моросящие осадки (Stratus) | Диаметр капель менее 0,5 мм; образуются в нижнем ярусе облаков; интенсивность ― до 1 мм/ч |
| Ледяные осадки (Freezing rain) | Температура в облаке -10° C...-15°C; капли очень холодные ― 0°C...-5° C у поверхности; такие осадки образуют гололедный покров |
| Орографические осадки | Образуются, когда массы воздуха поднимаются по склонам гор; на наветренных склонах выпадает в 2–3 раза больше осадков |
Также дожди различаются в зависимости от климатических зон, в которых они выпадают. Например, на экваторе преобладают конвективные ливни: до 300 дней в году сопровождаются осадками, а в умеренных широтах большей частью бывают фронтальные осадки.
Как образуется вода для дождя и в каких облаках
Скопление воды в облаках — часть круговорота воды в природе. Солнце нагревает воду в реках, озерах и морях, она поднимается вверх в виде пара, который чаще всего не виден глазу человека. На высоте пар остывает и конденсируется — превращается в крошечные капельки или льдинки. В воздухе они объединяются — так получаются облака.
Эксперт пояснил, что дождь образуется не во всех облаках. Облака верхнего яруса образуются на высоте от 6 до 13 км. Там холодно, соответственно, в их составе много льда, и осадки не выпадают. Такие облака легкие, как паутинки, мы их замечаем, только если посмотреть на небо. А вот облака среднего и нижнего ярусов содержат много воды, они-то и будут приводить к выпадению осадков.
Есть смешанные облака, которые содержат, и лед, и воду. Они могут быть в нижних слоях тропосферы, но из них не будут выпадать осадки. Или, например, слоисто-кучевые облака состоят из воды, но капли настолько мелкие (радиусом 5−7 мкм), что не преодолевают сопротивление воздуха и не могут достичь земли. Эти капли остаются взвешенными в атмосфере и не могут сформировать достаточно крупные капли для выпадения в виде дождя.
Основные виды облаков:
- Слоисто-дождевые. Чаще всего они серого цвета и закрывают все небо. Дают долгий затяжной дождь средней интенсивности.
- Кучево-дождевые. Высокие, как башни, облака с плоскостью наверху. Приносят ливни, грозы, град. Из них может идти ледяной дождь, причем даже летом.
- Высокослоистые. Тонкие облака молочного цвета. Из них идет моросящий дождь.
В какой момент и почему начинает идти дождь
Дождь начинается, когда капли воды в облаке становятся слишком тяжелыми, чтобы оставаться в воздухе. Разберем процесс по шагам.
1. Миллионы микроскопических капель (0,01−0,02 мм) сталкиваются и сливаются в более объемные. Они притягивают водяной пар вокруг себя. Когда капля достигает размера 0,5−7 мм, она уже не может висеть в воздухе.
2. Дождь начинается, когда:
- влажность воздуха под облаком высокая — это мешает каплям испаряться по пути;
- восходящие потоки слабеют — больше нет силы, удерживающей капли в облаке;
- облако становится слишком плотным — например, при встрече теплого и холодного воздуха.
Виды дождя в зависимости от облаков
| Тип облака | Когда дает дождь | Вид дождя |
|---|---|---|
| Слоисто-дождевые | Когда облако толще 2 км | Равномерный, долгий |
| Кучево-дождевые | При сильной конвекции (восходящих потоках) | Ливень с грозами |
| Высокослоистые | Когда срастаются в сплошной слой | Моросящий, слабый |
Иногда есть облако, но нет дождя. Это может происходить по трем причинам:
- капли слишком маленькие, меньше 0,5 мм, они остаются висеть (морось);
- сухой воздух под облаком — капли испаряются, не долетая до земли;
- сильные восходящие потоки — капли снова затягивает вверх.
Почему дождь идет местами и иногда сильный, а иногда слабый
Дождь редко бывает одинаковым над всей территорией. Иногда в одном районе его много, а в соседнем ― ни намека. Главные причины:
- Разные типы облаков. От них тоже зависит интенсивность дождя. Например, кучево-дождевые или грозовые облака дают сильные, но короткие ливни, при этом они занимают мало места (1−5 км в диаметре). А вот слоисто-дождевые облака дают слабый, но долгий равномерный дождь, который может закрывать огромные территории — город или регион.
- Ветер и рельеф местности. Например, в горах наветренные склоны усиливают дождь (воздух поднимается вверх, охлаждается), а подветренные склоны остаются сухими. В городах бетон и асфальт сильнее нагреваются и усиливают восходящие потоки, поэтому ливни в центре могут быть сильнее, чем на окраинах.
- Атмосферные фронты. Теплый фронт дает слабый, но долгий дождь над территорией площадью до 300 км. Холодный фронт способствует резкому сильному дождю с грозами на территории до 100 км, причем он может идти полосами.
Дождь может усиливаться и стихать. Это зависит от следующих факторов:
- Восходящие / нисходящие потоки в облаке. Если они сильные, капли задерживаются, растут, а потом обрушиваются ливнем. Слабый поток дает мелкий, но постоянный дождь.
- Испарение капель. Если под облаком сухой воздух, часть капель испаряется и дождь ослабевает. Если воздух влажный, капли долетают до земли, и дождь сильный.
Почему облака белые, а тучи черные
Разница в цвете зависит от количества воды в облаке и того, как оно пропускает свет. В белых мало воды и много света. Они состоят из миллионов микроскопических капелек (0,01−0,02 мм) или кристаллов льда, которые рассеивают солнечный свет во всех направлениях как призма. Все цвета спектра (красный, синий, зеленый и др.) смешиваются и получается белый.
В тучах много воды, капли крупнее (до 7 мм), их намного больше. В нижней части могут быть переохлажденные капли и даже градины. Этот толстый слой поглощает и отражает свет назад, в верхнюю часть облака. До земли доходит очень мало лучей, поэтому кажется, что туча темная или черная. На самом деле это не так: если посмотреть на нее сверху, она будет белой или серой, потому что солнце освещает ее верхнюю часть.
Перед дождем тучи темнеют, потому что становятся толще (до 10−15 км у грозовых туч). В них скапливается больше воды, которая блокирует свет. Если солнце садится или скрыто, контраст усиливается, и тучи кажутся почти черными.
Самые дождливые страны в мире
На Земле есть регионы, где никогда не бывает дождя, — например, сухие долины Мак-Мердо в Антарктиде. Сильные ветра уносят оттуда облака. Но есть страны, где большую часть года нужно ходить под зонтом.
- Колумбия (до 3240 мм осадков в год). Название города Льоро на северо-западе страны переводится как «плачущий». Проливной дождь здесь идет практически не переставая.
- Коста-Рика (до 3000 мм осадков в год). Максимум осадков выпадает в сентябре и октябре.
- Папуа — Новая Гвинея (до 3000 мм осадков в год). В джунглях дождевые капли иногда не достигают земли ― их задерживают гигантские листья деревьев.
- Сьерра-Леоне (до 3000 мм осадков в год). Это одна из самых дождливых стран Африки, но в зимний период там жарко и сухо.
- Малайзия (до 2500 мм осадков в год). Большая часть дождей этой влажной страны проливается интенсивными ливнями.
- Индонезия (до 3000 мм осадков в год). Влажность в стране не опускается ниже 70%, а дожди выпадают преимущественно после полудня.
- Филиппины (до 2500 мм осадков в год). Во время тайфунов дождь иногда идет горизонтально из-за ветра скоростью 200 км/ч.
- Борнео (до 3000 мм осадков в год). В дождевых лесах Борнео лягушки поют дуэтом ― самец и самка издают звуки по очереди.
- Новая Зеландия (до 12 000 мм осадков в год в горах). На Южном острове есть водопад Сазерленд — он движется в обратном направлении (снизу вверх) при сильном ветре.
- Япония (до 10 000 мм осадков в год на Якусиме). А в Токио продают прозрачные зонтики, чтобы видеть небо даже в дождь.
Самое дождливое место на Земле — Черрапунджи (Индия). Там выпадает до 26000 мм осадков в год ― как 2,5 пятиэтажных дома, заполненных водой. Местные жители плетут «дождевые мосты» из корней деревьев, которые растут 10−15 лет, но потом выдерживают любые ливни.
Как ни странно, на количество выпадения осадков влияет ряд факторов, которые, казалось бы, к воде не имеют прямого отношения. Например, рельеф. Самый дождливый регион мира — Черрапунджи и Маусинрам (Индия). В летние месяцы влажные воздушные массы с Индийского океана приносят огромное количество влаги в этот регион. Горы, окружающие Черрапунджи и Маусинрам, действуют как барьер, заставляя влажный воздух подниматься и охлаждаться, что приводит к интенсивным осадкам. Там ежегодно выпадает до 11 тысяч мм, а в 1861 году выпало рекордные 26 тысяч мм.
По словам Михаила Ваганова, морские течения тоже влияют на количество осадков. Холодные, даже на морских побережьях, будут вызывать засуху. Из-за низкой температуры воды формируются нисходящие токи воздуха и, соответственно, высокое давление.
Недаром, одно из самых сухих мест на Земле — пустыня Атакама в Чили — находится недалеко от холодного Перуанского течения. Но все же главным фактором являются облака, а они зависят от атмосферного давления. Если оно высокое, облаков нет. Вспомните строки классика «Мороз и солнце….» — это как раз про антициклон. Он будет формироваться в том случае, если холодный тяжелый воздух разгоняет облака. А когда облаков нет, то и осадкам взяться неоткуда. Неудивительно, что самое сухое место на планете — Сухие долины в Антарктиде. Над ними не выпадало снега более 2 млн лет.
Почему дует ветер
Ветер ― сложное атмосферное явление, которое возникает из-за взаимодействия нескольких физических процессов. Первопричина — солнечная энергия. Солнце нагревает поверхность Земли неравномерно. Например, Экватор получает больше тепла, чем полюса; материки нагреваются быстрее океанов, а темные поверхности (асфальт) поглощают больше тепла, чем светлые. В результате температуры воздуха в разных точках планеты отличаются.
Из-за этих особенностей воздействия Солнца формируются области разного давления. Теплый воздух расширяется и становится менее плотным, поднимается вверх и создает зону низкого давления у поверхности. Холодный воздух остается более плотным и опускается, формируя зону высокого давления. Например, над пустыней днем давление может быть низким, а над соседним морем — высоким.
Воздух стремится выровнять разницу давлений. Он перемещается из области высокого давления в область низкого. Так возникает ветер. Его скорость зависит от градиента давления (чем больше разница — тем сильнее ветер)
Также на образование ветров влияет вращение Земли. Это называется эффектом Кориолиса. Земля вращается, отклоняя воздушные потоки в Северном полушарии вправо, а в Южном — влево. В результате формируются глобальные ветровые системы, а циклоны и антициклоны движутся по кругу.
Еще на ветер может влиять рельеф — горы отклоняют воздушные потоки, а высотные здания в городе создают турбулентность.