Общеизвестно, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Однако атомы, составляющие ее, расположены весьма своеобразно. Оба атома водорода, окружающие атом кислорода, находятся под углом 105° относительно друг друга. Это делает молекулу воды биполярной. Так происходит потому, что электроны атомов водорода, взаимодействующие с атомом кислорода, придают той стороне молекулы воды, на которой находятся водородные атомы, положительный заряд, тогда как та сторона, на которой лежит атом кислорода, заряжается  отрицательно.

Вследствие биполярности молекулы воды объединяются в крупные группы — противоположные заряды разных сторон молекул создают взаимное притяжение. Между соседними молекулами воды возникает сильная связь, называемая водородной связью. Чтобы разорвать эту связь, необходима весьма большая энергия. Именно поэтому вода имеет большую теплоемкость.

Вследствие биполярности молекул вода имеет более высокую температуру кипения, чем можно было бы ожидать. Если бы не было водородной связи, температура кипения составляла бы —80° С. Тогда в обычных условиях вода не могла бы находиться в жидком состоянии. На самом же деле эта очень устойчивая жидкость принадлежит к числу немногих веществ на нашей планете, которые в самых обычных условиях могут находиться в твердом, жидком и газообразном состоянии. Так, в некоторых облаках возможны одновременно все три   фазы   воды.

Вода также почти идеальный, один из самых универсальных растворителей. За достаточно продолжительное время в ней растворяется больше веществ, чем в каком бы то ни было другом растворителе. Сток воды по поверхности суши ежегодно выносит в моря до 50 миллионов тонн различных веществ.

Такая особенность воды, как расширение при замерзании, отличает ее от большинства других веществ, которые в этих условиях сжимаются. Вода же сжимается при понижении ее температуры тол'.ко до 4°С. При этой температуре молекулы воды «упакованы» плотнее, всего. При дальнейшем понижении температуры воды ее молекулы не могут более уплотняться, расстояние' между ними начинает увеличиваться и вода расширяется. Поэтому плотность льда меньше плотности воды: дистиллированной — приблизительно на 1/9, соленой морской — на 1/7. Более легкий лед плавает по поверхности воды. Можно себе представить, что случилось бы, если бы дело обстояло противоположным образом, т. е. если бы вода в водоемах начинала замерзать от дна. С наступлением зимы озера и другие водоемы постепенно полностью переходили бы в твердое состояние и все живое в них — по крайней мере большинство организмов, живущих в воде,— погибало бы. Мы же знаем, что очень многие живые организмы могут жить под льдом и легко выживают до следующего летнего сезона. Если бы каждую зиму вся вода на Земле замерзала, то вряд ли на ней могла бы зародиться жизнь.

Морская вода значительно отличается от 1 химически чистой воды, что связано со свойствами множества растворенных в ней примесей. Известно не менее 49 химических элементов, содержащихся в морской воде. Приблизительно 35% общего веса морской воды приходится на различные растворенные в ней минералы. Масса веществ, растворенных в морской воде, называется ее соленостью ( в действительности соленость несколько, меньше количества растворенных минералов, однако различие между ними столь мало, что нет надобности здесь на этом останавливаться).

Соленость воды зависит от географических условий, но можно все же сказать, что в среднем она составляет примерно 35 частей растворенного вещества на каждые 1000 частей чистой воды. Этот результат записывается в таком виде: 350/00. Самые распространенные вещества, содержащиеся в морской воде в ионизированном состоянии,— хлориды натрия (NaCl) и калия (КСl), а также сульфат магния (MgS0₄).

Под влиянием ряда факторов соленость морской воды различна на разных широтах. Например, в тех районах, где впадающие в океан реки приносят сравнительно чистую воду, в частности, в полярных областях, где к тому же и скорость испарения невелика, морская вода быстро разбавляется и соленость ее может снижаться до 33 промилей. В тропических же широтах, где рек меньше, а испарение велико, соленость возрастает до промилей.

Температура поверхности моря на земном шаре колеблется в пределах от —1,6 до 30°С. Значение —1,6°С может на первый взгляд показаться странным, но оно вполне реально и объясняется тем, что растворенные минералы понижают температуру замерзания морской воды. Морская вода не замерзает, пока ее температура не достигнет приблизительно —2°С.

Плотность морской воды также отличается от плотности дистиллированной воды. Масса морской воды в единице объема составляет примерно 1,2 г/куб см, тогда как у дистиллированной воды она равна  1 г/куб см. Плотность морской воды непосредственно зависит от ее солености и косвенно — от ее температуры.

Интенсивное испарение и увеличивающаяся при этом соленость повышают плотность воды сильнее, чем это делает понижение ее температуры. Различие плотности соседних водных масс—одна из главных причин возникновения морских течений. Более плотная, а особенно еще и более холодная вода стремится опускаться на дно водоема.

Температура воды влияет также на ее способность поглощать некоторые газы атмосферы. При высокой температуре из воды выделяются такие газы, как кислород, и поэтому содержание кислорода в теплой воде уменьшается.

Молекулы жидкости всегда находятся в движении, причем некоторые могут прорываться через поверхность жидкости и уходить в воздух. Молекулы же пара могут возвращаться из воздуха в жидкость. Когда температура жидкости повышается, число покидающих ее молекул становится больше числа возвращающихся, т. е. происходит испарение жидкости. Понижение же температуры замедляет переход молекул жидкости в воздух и вызывает конденсацию пара. Поэтому количество водяного пара, поступающего в воздух, зависит главным образом от температуры воды и от площади водоема, соприкасающейся с воздухом.

Когда водяной пар поступает в воздух, он, как и все другие газы, создает определенное давление, называемое парциальным. Оно выражается в миллибарах или в каких-либо других единицах давления. По мере того как молекулы воды переходят в воздух, давление пара в воздухе увеличивается. Когда достигается равновесие между числом молекул, покидающих воду и возвращающихся в нее, пар становится насыщенным. Если температура воздуха продолжает увеличиваться, то для поддержания насыщенного состояния пара число молекул, поступающих в воздух, также должно увеличиваться, если, конечно, жидкость еще имеется.

Давление пара служит мерой для другой величины, также выражающей количество пара, содержащегося в воздухе, и называемой абсолютной влажностью. Абсолютная влажность представляет собой массу водяного пара, содержащегося в единице объема воздуха. Обычно ее выражают в граммах на кубический метр.

Более распространенной характеристикой содержания пара в воздухе является относительная влажность, значения которой сообщаются в ежедневных сводках погоды. Она представляет собой отношение количества пара, фактически содержащегося в воздухе, к количеству насыщенного пара при данной температуре и выражается в процентах. При относительной влажности, равной 100%, пар становится насыщенным и дальнейшее охлаждение воздуха вызывает конденсацию пара. Температура, при которой пар становится насыщенным, называется точкой росы. Это та температура, при которой обычно начинается конденсация пара. Если воздух охлаждается, но при достижении температуры точки росы и еще более низкой конденсация пара все же еще не начинается, то говорят, что пар становится пересыщенным.

Для характеристики содержания пара в воздухе используется также удельная влажность. Она представляет собой массу водяного пара, приходящуюся на единицу массы сухого воздуха. Обычно ее выражают в граммах пара на 1 кг сухого воздуха.

Большая часть водяного пара поступает в атмосферу с поверхности морей и океанов. Особенно это относится к влажным, тропическим районам Земли. В тропических широтах испарение превышает количество выпадающих осадков. В высоких широтах имеет место обратное положение. В целом же по всему земному шару испарение и количество осадков примерно одинаковы.

Испарение регулируется некоторыми физическими свойствами местности, в частности, температурой поверхности воды в крупных водоемах и преобладающей здесь скоростью ветра. Когда над водной поверхностью дует ветер, он относит в сторону увлажнившийся воздух и заменяет его свежим, более сухим. Чем сильнее ветер в данном районе, тем быстрее меняется воздух и тем интенсивнее идет испарение.

Конденсируется водяной пар легче всего тогда, когда относительная влажность воздуха достигает 100%- Если в ночные часы поверхность Земли и наземных предметов выхолаживается путем теплопроводности, то на них может начаться конденсация водяного пара из воздуха (осаждение). Поэтому на таких поверхностях ночью выпадает роса. Однако появление капель росы может усиливаться, если в атмосфере есть мельчайшие частички различных примесей. При отсутствии таких «ядер конденсации», т. е. в очень чистом воздухе, относительная влажность может достигать нескольких сотен процентов.

Если же ядра конденсации в воздухе есть, то конденсация может начаться даже при относительной влажности менее 100%. Ядра конденсации способствуют образованию капель воды. Это объясняется тем, что некоторые ядра гигроскопичны, т. е. имеют химическое сродство* с водой.

Такими ядрами могут быть, в частности, частички оолей, частицы пыли, сажи, дыма, вулканического пепла, частицы, выбрасываемые в воздух промышленностью.

Вопреки широко распространенному, но все же неправильному представлению, конденсация водяного пара в атмосфере далеко не всегда заканчивается выпадением осадков.

В каждый момент любого среднего дня до 50% небосвода над нашей планетой покрывают облака, но лишь из очень небольшой части этих облаков и в очень немногих районах выпадают осадки.

Образование частиц осадков, правильнее называемых гидрометеорами, представляет собой весьма сложный процесс. Различные исследователи предлагают несколько теорий, пытающихся объяснить этот процесс.

Часто думают, что при температуре 0°С вода обязательно переходит в твердое состояние. Это отнюдь не так! Чистая вода действительно обычно замерзает при температуре 0°С, однако температура эта характеризует все же лишь то состояние, при котором лед начинает таять. В атмосфере же температура воздуха часто опускается значительно ниже 0°С, а водяной пар остается паром и не переходит в лед. Чистая вода тоже может охлаждаться до температуры ниже 0°С и не замерзать, может оставаться и парообразной при столь низкой температуре. Водяной пар и вода при температуре ниже точки таяния льда и вплоть до — 40°С могут переохлаждаться и сами по себе не переходить в кристаллы льда. Только при температуре —40°С вся вода наконец переходит в ледяные кристаллы.

Однако переохлажденный водяной пар способен легко переходить в лед, если имеется какая-либо «подложка», на которой он может образовать пленку льда. Этому быстрому образованию льда также способствуют ядра конденсации. Летчики обнаружили, что водяной пар нередко намерзает на самолетах, пролетающих через переохлажденный воздух. Автомобили, двигающиеся в таком воздухе, тоже часто покрываются коркой льда.

Самой распространенной теорией, объясняющей образование капель дождя, является теория Бержерона. Хотя теория эта со временем изменилась, все же в основе ее лежат представления Бержерона. Бержерон предположил, что ледяные кристаллы, образующиеся в переохлажденных облаках, сами служат ядрами конденсации для водяного пара. Водяной пар конденсируется на них быстрее, чем на любых - других ядрах. Поэтому переохлажденные облака некоторое время могут быть смешанными, т. е. содержать одновременно переохлажденную воду, лед и водяной пар.

Ледяные кристаллы постепенно сублимируют на себя окружающий водяной пар. Когда почти весь этот пар окажется сублимированным, образуется некое снегообразное вещество. Этот снег начинает падать и, встретив по пути, в нижних слоях атмосферы, более теплый воздух, тает— так образуется дождь.

Теория Бержерона содержит несколько удачных моментов. Но все же она не отвечает полностью на вопрос о том, каким образом возникает дождь. Например, дождь, который випадает из теплых тропических облаков, отнюдь не являющихся переохлажденными. По-видимому, в таких облаках мелкие капельки в результате столкновения друг с другом и слияния вырастают до размера крупных дождевых капель, становятся неустойчивыми и начинают падать. Падая, они разрушаются и образуют новые мелкие дождевые капли.

При микроскопических исследованиях в осадке от испарившихся дождевых капель обнаружено большое число ядер конденсации, которые   играют   очень   важную   роль в процессе образования осадков. Число ядер конденсации над открытым морем может составлять менее 100 в кубическом сантиметре воздуха, в то время как над промышленными центрами —несколько сотен тысяч, что и вызывает здесь увеличение количества осадков.

В связи с очень большим количеством разных факторов, влияющих на образование осадков, чрезвычайно трудно с большой точностью предсказать их выпадение. Начало выпадения осадков, их продолжительность и количество меняются в широких пределах даже на небольших площадях, около 100 кв км. Кроме того, при прогнозировании осадков трудно разграничить районы выпадения дождя и снега. Вид осадков зависит, в частности, от распределения температуры земной поверхности и температуры воздуха до высоты несколько сотен метров. Микрофизические свойства облаков и общая динамика процессов их образования в настоящее время еще не вполне выяснены.

Облака, являясь, одной стадией круговорота воды в природе, представляют собой системы из миллиардов крошечных капелек воды или мельчайших кристаллов льда, взвешенных в воздухе. Облака  образуются на любой широте.

Когда воздух поднимается, он быстро охлаждается вследствие расширения. Если охлаждение непрерывно и если количество водяного пара достаточно для того, чтобы он стал насыщенным, в воздухе появляются мельчайшие капли воды. Обычно такие капли медленно выпадают из вершины облака, где зародились. На более низких уровнях они начинают испаряться. Таким образом, в облаке на разных уровнях идет непрерывный процесс образования и испарения капель.

Некоторые облака образуются, когда две массы воздуха, имеющие разную температуру, перемешиваются и более теплый и влажный воздух охлаждается. Однако главным процессом, вызывающим образование облаков, все же 'бывает адиабатическое охлаждение поднимающегося воздуха.

Когда воздух поднимается, то точка росы достигается быстрее, чем в неподвижном воздухе вблизи земной поверхности. Точка росы в поднимающемся воздухе уменьшается с высотой примерно на 0,17°С/100 м. Таким образом, чем выше поднимается воздух, тем ниже становится в нем точка росы, т. е. температура, при которой начинается конденсация пара. Точка росы понижается, так как давление в поднимающемся воздухе уменьшается. Уменьшающееся же давление понижает концентрацию водяного пара.

Восходящее движение воздуха само по себе может быть вызвано несколькими причинами. Одна состоит в том, что возвышенность, лежащая на пути движущегося воздуха, заставляет его подниматься. Это явление называется орографическим восхождением. Другой причиной могут быть динамические особенности центральной части областей пониженного давления, где также развиваются восходящие движения воздуха. Поднимающийся воздух охлаждается и возникают облака. Наконец, воздух может подниматься в термиках — местных конвективных течениях небольшого масштаба.

Первые и самые удачные классификации облаков были созданы еще в XIX веке. В этих классификациях учитывались разный внешний вид облаков и различная их высота. Современная классификация облаков выделяет 10 основных форм, которые далее часто подразделяются на несколько видов и разновидностей. Здесь мы рассмотрим лишь основные формы облаков. В тропосфере облака могут образоваться на всех высотах. Однако каждое семейство облаков, выделяемое в классификации, располагается в основном только в каком-либо одном диапазоне высот. В современной классификации выделены семейства облаков верхнего, среднего и нижнего ярусов, а также вертикального развития. Облака разных ярусов иногда могут сливаться, но обычно они довольно отчетливо разделяются   по ярусам.

Начиная со второй половины XIX в. метеорологи дают названия облакам, используя единые международные термины.

С 1880-х гг. при составлении классификации облаков используются их фотографии. В настоящее время формы облаков и облачных систем определяют, используя Международный атлас облаков. В названиях облаков часто встречаются слова или приставки, помогающие представить себе внешний вид данных облаков. Так, приставка . strato показывает, что речь идет о плоских слоистообразных облаках, cumulo относится к вытянутым по вертикали облакам в виде башен, nimbus—к облакам, дающим дождь, и т. д.

Облака нижнего яруса. Эти облака располагаются в слое атмосферы, простирающемся от земной поверхности до высоты около 2100 м. Приведем некоторые примеры облаков нижнего яруса.

1. Слоистые (Stratus) — серые однородные облака, значительно вытянутые в горизонтальном направлении и похожие на более высоко расположенные облака, которые могут давать морось и ледяные кристаллы***. Однако обычно они состоят из мелких капель воды. Иногда   слоистые   облака   придают небу угрожающий вид*. Эти облака повторяют конфигурацию расположенной под ними местности, что связано с их происхождением: они часто являются результатом радиационного выхолаживания воздуха над разными ландшафтными участками.
2. Кучевые (Cumulus) — плотные, иногда размытые, вытянутые повертикали, изолированные друг от друга облака, способные распространяться выше всех других облаков нижнего яруса. Обычно они имеют куполообразную белую вершину и плоское темное основание. Благодаря местным восходящим движениям воздуха эти облака не сливаются друг с другом, а имеют вид отдельных пирамид или ячеек. Из кучевых облаков могут выпадать ливневые осадки. Обычно эти облака состоят из капель воды. Осадки же они дают лишь в том случае, когда имеют большую вертикальную протяженность.
3. Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus) имеют серый или белый цвет и иногда пятнистый вид. Они состоят из капель воды и иногда из кристаллов льда.
4. Слоисто-кучевые облака (Stratocumulus) возникают под влиянием конвективных восходящих движений воздуха и турбулентного перемешивания. Эти процессы придают облакам кучевообразный вид или волнистое строение.

Облака среднего яруса. Эти облака лежат на высотах от 2100 до 4000 м в полярных районах и до 8000 м над тропиками. В названиях этих облаков часто используется приставка "Alto". В таких облаках теплый и влажный воздух совершает     восходящее     движение и при этом охлаждается, за счет чего и образуются эти облака в умеренных широтах. Приведем некоторые примеры облаков среднего яруса.

1. Высоко-слоистые облака (Altostratus) представляют собой сравнительно однородный серый или голубоватый облачный слой, покрывающий все небо. Он состоит из чередующихся скоплений (пятен) капель воды и кристаллов льда. Высоко-слоистые облака могут давать снег, дождь и ледяной дождь. Появление таких облаков может быть предвестником выпадения этих видов осадков в ближайшие часы.
2. Высоко-кучевые облака (Altocumulus) — белые или серые кучевообразные или неоднородные облачные слои. Они состоят из капель воды, хотя при низких температурах в них преобладают ледяные кристаллы.

Облака верхнего яруса. В умеренных широтах высота нижней границы этих облаков составляет от 3500 до 8000 м. Верхняя же их граница в тропиках может располагаться на высотах до 20 км. Они принадлежат к типу cirrus, что означает «завиток», «спираль» и т. п. Часто эти облака являются предвестниками приближения шторма, бури. Обычно они состоят из ледяных кристаллов, образующих нити, пучки или перистообразные прозрачные тонкие белые облака. Часто они образуют гало вокруг Луны, если она просвечивает через эти облака. К облакам верхнего яруса относятся следующие роды облаков.

1. Перистые (Cirrus) облака представляют собой тонкие, нежные, белые нити,   распространяющиеся по всему небу. Они почти целиком состоят из кристаллов льда. Во время восхода и захода Солнца они могут окрашиваться в разные цвета. За их внешний вид их обычно называют конскими хвостами.
2. Перисто-слоистые (Cirrostratus) облака имеют вид тонких нитей или волокон. Они состоят из кристаллов льда и могут давать гало. В верхней части таких облаков водяной пар конденсируется, а в нижней — испаряются облачные элементы. Появление перисто-слоистых облаков может предвещать выпадение дождя (или снега).
3. Перисто-кучёвые (Cirrocumulas) — тонкие белые неоднородные облака, возникающие под действием небольших конвективных потоков воздуха. Волнистый вид этих облаков привел к появлению термина «небо в барашках». Перисто-кучевые облака обычно состоят из ледяных кристаллов.

Некоторые формы облаков, характеризующиеся значительной вертикальной протяженностью, простираются с самых нижних уровней до высот, на которых обычно располагаются облака верхнего яруса. К таким облакам относятся кучево-дождевые (Cumulonimbus), имеющие вид гор, высоких башен и т. п. Они образуются в результате развития и дальнейшего преобразования кучевых облаков. Кучевые облака тоже могут иметь значительную вертикальную протяженность, но кучево-дождевые отличаются от них большей плотностью, массивностью и внешним видом. Их вершина часто растекается, приобретая форму наковальни, или же благодаря наличию в ней ледяных кристаллов  принимает вид    перистых облаков. Вертикальная протяженность кучево-дождевых облаков может составлять от 100 м до 12 км.

Кучево-дождевые облака в основном состоят из капель воды, лишь в верхней части они могут содержать кристаллы льда. Эти облака часто называют грозовыми, и они действительно могут дать сильный ветер, молнию, ливневые осадки. Нередко они сопровождаются выпадением града и наблюдаются при прохождении торнадо.

Измерение высоты нижней границы облачного покрова носит название измерения облачного «потолка». Оно производится с помощью специального прибора, называющегося «измеритель потолка». Этот прибор направляет луч света на основание облака, от которого луч отражается вниз, к детектору, позволяющему точно отсчитать высоту нижней границы облака .

Метеорологи определяют также количество облаков. Оно выражается в десятых долях покрытия неба облаками, называемых баллами. В ежедневных сводках погоды используются также качественные характеристики типа «ясно», «переменная облачность», «пасмурно» и т. п.

Определение форм облаков служит одним из лучших вспомогательных средств для ориентировочного предсказания погоды на ближайшие часы. Различные формы облаков часто весьма показательны для предстоящих в скором времени изменений погоды. Это объясняется тем, что каждая форма облаков, помимо всего   прочего,   является   результатом  определенных метеорологических процессов, вызывающих ее возникновение. Однако многие виды и формы облаков имеют столь сходный внешний вид, что' иногда бывает трудно точно определить многочисленные возможные их сочетания, которые могут наблюдаться в разные моменты времени. Для того чтобы правильно определить форму облаков и характеризуемую ими погоду, необходимо ясно представлять себе процессы, приводящие к возникновению этих облаков.

Туман, особенно часто встречающийся на побережьях, в действительности бывает   слоистым облаком, расположенным непосредственно у земной поверхности. Этот плотный покров сконденсированного водяного пара образуется в результате охлаждения воздуха, содержавшего насыщенный пар.

Туман представляет собой слоистое облако на земной поверхности, состоящее из микроскопических капель воды или кристаллов льда. На автомобиле, движущемся в переохлажденном тумане, может появиться ледяная корка.

Туман образуется в случае поступления водяного пара в теплый воздух или при охлаждении влажного воздуха до температуры, более низкой, чем точка росы. Воздух может охлаждаться при вторжении в данную местность нового, еще более холодного воздуха. При этом пар, содержащийся в воздухе, конденсируется и над земной поверхностью возникает туман более или менее значительной вертикальной протяженности.

Существуют различные виды тумана. Они подразделяются в зависимости от процессов их образования и места появления. Все классификации туманов имеют более или менее описательный характер.

Мы выделим здесь три основных вида тумана. Каждый из них возможен при несколько различающихся условиях. Этими тремя видами являются: радиационный туман, адвективный туман и фронтальный туман.

Радиационный туман. Радиационный туман известен также под названием приземного. Этот вид тумана возникает при быстром охлаждении нижнего слоя воздуха путем теплообмена с земной поверхностью. В этом случае приземный воздух охлаждается, а над ним оказывается более теплый воздух. Если при этом воздух неподвижен, туман образуется слабый или вообще не возникает. Но если есть легкий ветер, образование тумана идет очень интенсивно. Однако при более сильном ветре туман рассеивается вследствие перемешивания воздуха. Легкий же ветер в районе образования тумана приводит к распространению конденсации на более высокий приземный слой атмосферы. При этом туман становится более густым. Утром, когда солнечные лучи начинают прогревать воздух, капли тумана испаряются, т. е. снова превращаются в водяной пар, и туман рассеивается.

В местностях, расположенных на значительной высоте над уровнем моря, радиационный туман может появиться на склонах гор. Более плотный воздух стекает по склонам вниз и образует плотный и высокий туман в долинах, лежащих между возвышенностями.

Радиационный туман чаще возникает осенью и зимой, когда бывает сравнительно высокая относительная влажность воздуха, а также значительная продолжительность ночи. Радиационный туман появляется также в центрах областей повышенного давления, обычно характеризующихся слабым ветром и безоблачным небом. В сравнительно устойчивом воздухе радиационный туман, возникший вечером или ночью, может удерживаться в течение всего дня.

Адвективный туман. Адвективный туман образуется в воздухе, движущемся над местностью, в которой температура поверхности ниже температуры натекающего воздуха. Когда сравнительно теплый воздух двигается над более холодной сушей  или водоемом, он быстро охлаждается, а водяной пар в нем начинает конденсироваться. Появляется густой низкий туман. Иначе говоря, пар в нижнем слое атмосферы быстро становится насыщенным и возле земной поверхности образуется слоистое облако, имеющее значительную вертикальную протяженность. Туман этого вида может наблюдаться в любое время суток, а не только в холодные ночные часы.

Адвективный туман чаще всего появляется на побережьях, а также в районах, частично покрытых снегом и перемежающихся с бесснежными участками. В умеренных широтах такие туманы образуются в тех случаях, когда теплые южные ветры переносят воздух на север, т. е. в более холодные климатические области.

В северных районах Атлантического побережья США часто наблюдаются высокие адвективные туманы. Они чрезвычайно опасны для судоходства между США, Канадой и Европой. В зимние месяцы основные судоходные линии переносятся в более южные районы, чтобы корабли могли избежать встречи с туманами, образующимися у берегов Ньюфаундленда.

Если адвективный туман возникает над открытым морем, его называют морским туманом. Это бывает в том случае, когда теплый воздух перемещается над более холодной поверхностью моря и охлаждается путем теплопроводности. Он может появляться также над такими районами океана, где поблизости друг от друга проходят течения, заметно различающиеся по температуре, так как находящиеся над ними массы воздуха перемешиваются. Морские туманы могут быть очень продолжительными. Иногда они не рассеиваются в течение нескольких недель.

В горных районах могут возникать туманы склонов. Это происходит, когда вследствие адиабатического охлаждения теплый воздух, встречающий на пути гору, вынужден подниматься по' ее склонам. Быстро расширяясь, поднимающийся воздух понижает свою температуру до точки росы, что и вызывает появление густого горного тумана.

Фронтальный туман. Фронтальные туманы возникают в местах соприкосновения двух воздушных масс с различными свойствами. Такие места называются фронтальными зонами или проето фронтами. Фронты встречаются в атмосфере очень часто, но не все они обязательно сопровождаются туманом.

Чаще всего фронтальный туман наблюдается перед теплым фронтом. Такой туман может быть очень продолжительным. Обычно ему сопутствует выпадение осадков. Фронтальные туманы часты на восточном побережье США.

Фронтальные туманы образуются также и на некоторых холодных фронтах, но реже, чем на теплых, и не на столь обширных площадях, что объясняется меньшей шириной зоны, занятой холодным фронтом, по сравнению с теплым.

Фронтальные туманы — постоянная угроза для всех видов транспорта. Они наносят большой ущерб, когда приходится отменять полеты на авиалиниях или изменять маршрут полета. Даже при современных средствах посадки самолета по приборам туманы все еще остаются проблемой для военной и гражданской авиации.

Туманы на море стали причиной многих столкновений кораблей. Они особенно опасны на линиях, проходящих через Северную Атлантику, где встречаются айсберги. Гибель «Титаника» произошла из-за столкновения с айсбергом.

В таких крупных промышленных центрах, как Лос-Анджелес, Нью-Йорк, Лондон, нередко туман, смешиваясь с дымом, образует так называемый смог. Смоги наносят огромный вред здоровью людей. Смешение густого тумана с промышленным дымом в индустриальных центрах очень опасно, особенно для людей с сердечными заболеваниями и с болезнями дыхательных путей. Дополнительная нагрузка на дыхание и кровообращение таких больных во время продолжительных смогов нередко приводит к смертельному исходу.

Сажа, находящаяся во взвешенном состоянии в воздухе городов и крупных   промышленных районов, способствует образованию тумана и смога. В таких районах в атмосферу выбрасывается большое количество ядер конденсации. В результате нарушается нормальный термический режим и циркуляция воздуха. Загрязнение воздуха влияет даже на погоду, так, температура ночью в промышленных районах понижается медленнее обычного.

Один из известных случаев смога с большим числом смертных случаев произошел в Лондоне в декабре 1952 г. В холодной воздушной массе, располагавшейся над городом, сформировалась инверсия, которая затормозила перемешивание в приземном слое атмосферы. Промышленный дым, продолжавший поступать в атмосферу, смешивался с неподвижным насыщенным влагой воздухом и образовал над городом густое облако с высоким содержанием окислов серы. Это облако явилось главной причиной раздражения дыхательных путей. Число смертных случаев в день возросло. К середине первой недели после начала смога было зарегистрировано почти 1000 смертных случаев, вызванных этим смогом. Влияние смога замечалось еще на протяжении нескольких недель после того, как он рассеялся. Все это время число смертных случаев оставалось выше нормы.

Если пользоваться точными названиями, то частицы, взвешенные в атмосфере и несколько уменьшающие видимость удаленных предметов, следует именовать метеорами. Этот термин применим к любым твердым, жидким и газообразным частицам. Однако метеорологи используют его иначе, чем астрономы, и не рассматривают, в частности, те частицы, которые поступают в атмосферу Земли из космоса. Метеоры, состоящие из воды или водяного пара, являются гидрометеорами. К ним прежде всего относятся дождевые капли.

Следует отметить, что не все гидрометеоры выпадают в виде осадков и достигают земной поверхности. Нередко падающие гидро-метеоры успевают испариться или их подхватывают и уносят вверх конвективные восходящие движения.

В этом случае наблюдаются так называемые полосы падения осадков. Если гидрометеоры очень мелки, они могут оставаться в атмосфере во взвешенном состоянии.

В зависимости от условий образования гидрометеоры могут иметь различный вид.

Диаметр дождевых капель 0,05— 0,6 см. Они достигают земной поверхности в виде капель воды. Однако, соприкасаясь с холодной земной поверхностью, они могут замерзать. Обычно дождь выпадает из кучево-дождевых, высоко-слоистых, слоисто-кучевых и слоисто-дождевых облаков. В облаках дождь образуется в виде капель воды или кристаллов льда, но, достигая земной поверхности, он всегда представляет собой капли воды.

Ледяной дождь образуется в том случае, когда теплая воздушная масса располагается выше слоя с отрицательной температурой, через который вынуждены пролетать капли дождя. В этом случае капли могут замерзнуть, не успев долететь до земной поверхности. В местах своего зарождения частицы ледяного дождя имеют примерно одинаковые размеры, но во время падения эти размеры быстро меняются. На падающих каплях конденсируется водяной пар, многие из них сливаются друг с другом и достигают диаметра 0,1 см. По мере дальнейшего поступления водяного пара образуются ледяные кристаллы. Эти гидрометеоры образуют плотный слои высоко-слоистых облаков. Переохлажденные дождевые капли, ударяясь о земную поверхность, часто образуют гололед.

Морось представляет собой медленно падающие капли диаметром менее 0,05 см, которые иногда кажутся неподвижно висящими в воздухе. Капли мороси мельче дождевых и легко вовлекаются в движения воздуха. Морось образуется в низких слоистых облаках. Такие облака характеризуются высокой влажностью возле основания, которое может даже располагаться непосредственно у земной поверхности, как это бывает при тумане.

Если морось соприкасается с сильно охлажденной поверхностью земли или наземных предметов, то капли ее могут замерзать. Замерзшая морось образует на земной поверхности гололед, представляющий большую опасность для пешеходов и транспорта.

Градины — мелкие ледяные шарики, диаметр которых лежит в пределах от диаметра дождевых капель до 5 см и более*. Отмечены градины размером с бейсбольный мяч, но, к счастью, такие градины очень редки. Град возникает в кучево-дождевых облаках.

Разрез градины показывает, что она состоит из нескольких концентрических слоев льда.

Процесс роста градины обычно начинается со стадии образования небольшой ледяной крупинки. Концентрические слои градины состоят из чередующихся прослоек льда и плотного снега.

Существуют два самых распространенных представления о том как образуется град. Согласно одному из них, градина получается в результате многократных подъемов и падений частицы во влажном воздухе выше слоя замерзания. Бросать ее вверх-вниз могут, например, мощные восходящие и нисходящие потоки воздуха в грозовых облаках. Когда ледяной кристалл попадает в верхние холодные слои воздуха, на нем нарастает новый слой льда. Так повторяется несколько раз, пока градина не станет настолько тяжелой, что восходящие движения воздуха уже не смогут подбрасывать ее вверх, после чего она и выпадает на землю.

По другой теории градина, падая под действием силы тяжести, проходит в облаке через несколько слоев переохлажденных капель. Соприкасаясь с переохлажденными каплями облака, градина обрастает новыми ледяными прослойками.

Хотя очень крупные градины выпадают редко, все же градобития составляют серьезную проблему для сельского хозяйства. Сильный град может очень быстро уничтожить весь урожай.

В настоящее время делаются попытки разными методами предотвратить выпадение града. Так, например, засевают кучево-дождевые облака, дающие град, кристаллами йодистого серебра, которые путем сильного нагрева переводятся в газообразное состояние. В результате засева градины в таком облаке образуются очень рано, до того как успевают вырасти до значительных размеров. В Советском Союзе в целях управления процессом роста градин выполнен ряд экспериментов с йодистым серебром. Для этого облака обстреливали из зенитных орудий, снаряды которых начинялись йодистым серебром, способствующим раннему образованию ледяных крупинок и не дающим им вырасти до размера крупных градин.

В настоящее время делается много попыток искусственно воздействовать на явления погоды, влияющие на жизнь и деятельность человека. Управление погодой даже в ограниченных пределах может иметь огромное экономическое значение для человечества. Самой развитой областью исследований в этом направлении сейчас является искусственное вызывание дождя из облаков.

Уже довольно давно известно, что гигроскопические частицы могут вызывать выпадение осадков из облаков, находящихся в воздушных массах, относительная влажность которых составляет значительно менее 100%. Поэтому если каким-либо образом искусственно ввести в облака такие частицы, то можно вызвать выпадение осадков.

Природные ядра конденсации состоят из поднятых ветром частиц почвы, кристаллов морской соли, частиц сажи и вулканического пепла. Все они ускоряют образование дождевых капель, так как усиливают слияние микроскопических облачных капель или оказывают воздействие на них своей гигроскопичностью.

В 1946 г. исследования в области искусственного вызывания осадков начали В. Шефер и И. Лэнгмюр. Они вводили в переохлажденные облака частицы сухого льда, которые понижали температуру окружающего воздуха до —40°С и при этой температуре вызывали самопроизвольное зарождение ледяных кристаллов из водяного пара, содержащегося в этих облаках. Возникавшие кристаллы быстро вырастали за счет еще оставшегося пара, и вскоре из засеянных облаков начинали выпадать осадки.

Впоследствии было установлено, что такое же действие, как сухой лед, производит йодистое серебро, но оно эффективно и при более высоких температурах, а именно до —6°С. Йодистое серебро, как и сухой лед, вызывает быстрый рост ледяных кристаллов в облаках, приводящий к выпадению осадков, йодистое серебро может вводиться в облака с поверхности земли или с самолета, для чего его сначала сжигают, превращая в дым. Восходящие движения воздуха поднимают этот дым в облака, расположенные над местом сжигания кристаллов йодистого серебра (рис. 3-20). С помощью йодистого серебра были достигнуты некоторые успехи также и в искусственном рассеивании туманов. Наилучшие результаты получались при температуре тумана от —6 До 0°С и при отсутствии адвекции.

Однако искусственное вызывание дождя в крупных масштабах пока не удается. Описанные методы еще недостаточно разработаны, и в этой области необходимы дальнейшие исследования. В случае усовершенствования они действительно смогут приобрести важное значение, так как в облаках содержатся колоссальные запасы воды. Например, в 1,6 куб км облака может находиться до 4000 тонн воды.

Искусственное вызывание дождя пока еще не получило значительного развития по ряду причин. Одна из них состоит в том, что сам этот процесс недостаточно изучен. Кроме того, результаты крупномасштабных воздействий на атмосферные процессы пока остаются несколько неопределенными. Много сомнений вызывает вопрос о том, какое влияние искусственный дождь в одном районе может оказать на соседние районы. Что произойдет с запасами воды в некотором районе, если движущиеся к нему облака заранее искусственно обезводить? Какими законодательными и моральными требованиями должны быть ограничены мероприятия по искусственному вызыванию дождя? Эти и большое число других вопросов заставляют многих исследователей основательно пересмотреть свои взгляды на возможные последствия искусственного управления погодой даже и в ограниченных масштабах.

Для рассеивания облаков, а также вызывания осадков из непереохлажденных (теплых) облаков применяется другая методика. Пролетая через кучевые облака, самолет может рассеять их путем разбрызгивания капель воды. В тропических облаках такие капли, сливаясь с каплями самого облака, вырастают до размеров, достаточных для выпадения дождя.

Большой проблемой стали непреднамеренные изменения погоды в результате человеческой деятельности, особенно в промышленных районах. К таким изменениям приводят, в частности, промышленные дымы и другие продукты сжигания топлива в крупных городах. Обширные исследования в Чикаго и его окрестностях указали на довольно неожиданные последствия индустриализации этого района. Повторяемость гроз над Чикаго оказалась на 15% выше, чем в окрестностях. Предполагается, что скопление продуктов сжигания топлива увеличивает количество ядер конденсации в воздухе над Чикаго. Увеличение же количества ядер считается непосредственной причиной увеличения количества осадков. Было, однако, показано, что последнее имеет и еще одно положительное значение. Дело в том, что осадки вымывают часть ядер из атмосферы. Поэтому, например, грозовая деятельность очищающе действует на атмосферу. Не только ядра конденсации, но и другие цримеси вымываются из атмосферы осадками. Конечно, этим проблема борьбы с загрязнением атмосферы не решается и никто не станет утверждать, что очистку воздушного бассейна можно просто предоставить дождям. Но увеличив количество осадков, можно помочь постепенному очищению воздуха.

Для того чтобы достаточно точно оценить, как влияет изменение переменных характеристик атмосферы на климат, необходимы данные наблюдений на широко разветвленной всемирной сети станций. В настоящее время мы имеем обширную информацию о метеорологических явлениях лишь на территории Европы, Азии и Северной Америки, да и эта информация тоже недостаточна. Однако по остальным районам она еще беднее: остаются остро необходимыми данные примерно для 3/4 поверхности нашей планеты.

Наклон оси вращения Земли по отношению к плоскости ее орбиты составляет приблизительно 23,5°. Поэтому в разные времена года ось планеты направлена северным концом либо к Солнцу, либо в противоположную сторону. Надо сказать, что указанный угол медленно, с периодом 25 ООО лет, изменяется. Изменение наклона земной оси относительно плоскости орбиты, называемое прецессией, не может быть замечено нами непосредственно.

В настоящее время северный конец земной оси обращен к Полярной звезде. Однако приблизительно 13000 лет назад земная ось была ориентирована в противоположном направлении, а роль Полярной играла звезда, находящаяся вблизи созвездия Вега. Еще через 13 000 лет эта звезда снова станет для нас „Полярной".

Можно ожидать, что самыми жаркими должны быть месяцы, предшествующие дню летнего солнцестояния и следующие за ним. Наоборот, самыми холодными должны быть месяцы, ближайшие к дню зимнего солнцестояния. Следовательно, самые жаркие — май, июнь и июль, а самые холодные — ноябрь, декабрь И январь. В действительности же самыми теплыми обычно бывают июнь, июль и август, а самыми холодными— декабрь, январь и февраль. Такой сдвиг на один месяц объясняется различиями в скорости нагревания воздуха, суши и водоемов. Суша и вода поглощают тепло не с одинаковой скоростью, потому максимумы температуры воздуха, находящегося над ними, наступают в разное время.