Определяя степень насыщенности воздуха водяным паром, говорят о его относительной влажности. Относительная влажность — это отношение абсолютной влажности к максимальной при данной температуре. Выражается в процентах. Чем выше относительная влажность, тем выше насыщенность воздуха водяным паром, тем ближе она к максимальной.
Влажность воздуха тесно связана и с барометрическим давлением. Это обусловлено тем, что плотность водяного пара относительно плотности воздуха, которую принимают за единицу, равняется 0,623. Вследствие этого влажный воздух легче сухого, а атмосферное давление в нем уменьшается. Так, при температуре 20° и давлении 760 мм один кубический метр ненасыщенного воздуха весит 1205 г, а насыщенного водяным паром — 1196. Итак, если люди смотрят на барометр и говорят, что давление уменьшается, это означает, что воздух становится более влажным, более насыщенным водяным паром, и при определенных условиях можно ждать осадков.
Образование облаков связано с возникновением в атмосфере зон высокой относительной влажности. Облака — это сосредоточения в атмосфере водяного пара в виде большого количества мельчайших капель воды или кристалликов льда (или тех и других вместе). Капли получаются и увеличиваются за счет конденсации водяного пара. В тучах они мизерные, диаметр их колеблется от тысячных до сотых частиц миллиметра. В одном кубическом сантиметре помещаются сотни таких капель. Кристаллы обычно имеют в десятки раз большие размеры, но количество их меньше — до сотни в одном литре воздуха. В облаках есть и очень крупные капли, величиной с десятую часть миллиметра. Количество их в одном литре воздуха меньше единицы. Подобные капли и бывают зародышами осадков. Часто сосредоточение капель и кристалликов воды происходит близко к земной поверхности, и тогда их называют туманом.
Водяной пар в основном помещается в нижней части атмосферы — тропосфере. Именно в ней на разной высоте и сосредоточено подавляющее большинство облаков.
Облака имеют огромное значение в формировании погоды, их называют погодосоздающим фактором, поскольку они определяют формирование и режим осадков, что влияет на тепловой режим атмосферы и Земли. Ученые-метеорологи разделяют облака на десять основных форм. В зависимости от высоты нижней границы туч их относят к одному из трех ярусов, или классов: верхнему, среднему и нижнему.
К облакам верхнего яруса, или первого класса, высота которых превышает 6 километров, относятся: перистые, перисто-слоистые и перисто-кучевые. Облака среднего яруса, или второго класса, с высотой 2–6 км от поверхности Земли, — высоко-слоистые и высоко-кучевые. К облакам нижнего яруса — третьего класса, с высотой ниже двух километров, принадлежат слоистые, слоисто-кучевые и слоисто-дождевые.
К отдельному классу относятся облака вертикального развития, основа которых может находиться в нижнем ярусе, а вершина — в верхнем. Обычно нижняя основа их расположена на высоте от 0,5 до 1,5 км, а вверх они могут протягиваться до 6 км и даже выше, к верхней границе тропосферы. Это кучевые и слоисто-дождевые облака.
Большей частью облака верхнего и среднего ярусов не угрожают изменением погоды и осадками. Другое дело облака нижнего яруса и вертикального развития. Из них наиболее «безопасные» — отдельные кучевые облака, которые медленно проплывают в голубой вышине. Часто их называют облаками хорошей погоды. Кучевые облака — взбитые, пушистые на вид. Освещенные солнечным лучом, они становятся белоснежными. Выступающие части такого облака дают резкую тень.
Кучевые облака обычно появляются в теплое время года, как правило, утром, если поверхность земли хорошо прогрелась и от нее поднимаются струи теплого воздуха. Днем эти облака увеличиваются и достигают наибольшего размера в полуденные часы. Во второй половине дня они становятся плоскими и растекаются или, наоборот, собираются, образуя облачные горы, башни. Все это свидетельствует о мощном развитии вертикальных движений в атмосфере. В этом случае кучевые облака превращаются в слоисто-дождевые. Во время ветра верхние части их развеиваются и выступают вперед веерами или метлами, которые торчат из большой массы облаков пасмурного, темного цвета. Процесс завершается ливнями и грозами.
Слоисто-дождевые облака называют еще грозовыми. Развитие грозы связано с образованием электрических зарядов на каплях воды в нижних пластах и передних частях туч и на поверхности земли. При возникновении электрического разряда между тучами и землей раздается сильный удар — гром — и ослепительно вспыхивает молния. Сила тока при этом очень часто достигает 10 тысяч ампер, а иногда может достичь и 100 тысяч.
На суше наиболее часто грозы бывают в 15–18 часов дня, когда земля более всего нагрета. На море грозы чаще бывают после полудня, если разность между температурой воды и воздуха достигает максимума. Приблизительно 80 % гроз приходится на теплую часть лета. В особенности часто грозы бывают в августе, причем наиболее грозовой порой русского лета считают первые пять августовских дней. Редко когда в эти дни не раздаются раскаты грома и не вспыхивают молнии. Зачастую бывает и град. Количество гроз в северных районах во много раз меньше, чем в южных. В Карелии, например, гроз бывает в среднем 9 в год, а в черноземной полосе — до 25.
На возможный дождь указывают и слоисто-дождевые облака нижнего яруса, которые имеют вид сплошной серой завесы огромной вертикальной мощности. Летом они дают продолжительные осадки в виде обложного дождя, а зимой — снега. Впрочем, воздушные течения могут пронести такие тучи дальше, и дождь прольется не в нашей местности, а в совсем другом районе. Кстати, существует связь между атмосферным давлением и ветром: изменение давления обязательно вызовет изменение ветра. И если бывает сильный ветер, то это предвещает хорошую погоду, а если всех удручает духота, жара — непременно будет дождь.
Если говорить о погоде в масштабе всей нашей планеты, то следует отметить, что предопределяет ее сложное взаимодействие таких факторов, как солнечная энергия, атмосферное давление, вода и суша. А в конечном итоге основным фактором погоды на земном шаре является движение воздуха, опять-таки связанное с энергией солнечного луча, который неравномерно нагревает разные широтные зоны Земли и атмосферу над океанами и материками. На экваторе и в тропических поясах поверхность Земли нагревается значительно сильнее, а на полюсах — слабее. И вот что из этого выходит. Горячий воздух поднимается из экваториальных областей и движется к полюсам, в то время как плотные массы холодного полярного воздуха направляются к экватору. Но эти массы воздуха продвигаются не так легко, как кажется. Ведь Земля — не однородное тело, поверхность ее неодинакова — есть горы, пустыни, леса, океаны и моря. Поэтому движение воздушных масс то ускоряется, то замедляется. Потоки воздушных масс сталкиваются, охлаждаются или нагреваются, изменяют свой путь и характер.
Часто неожиданные похолодания или, наоборот, потепление поясняются столкновением циклонов и антициклонов. А их развитие связано именно с особенностями нагревания поверхности Земли. При столкновении теплых масс воздуха с холодными возникает огромный атмосферный вихрь — циклон — радиусом в несколько сотен или даже тысяч километров, который движется со скоростью 30–40 км в час. Давление в центре циклона преимущественно сниженное, и в самом циклоне преобладает облачная погода с осадками. Антициклон, наоборот, — это область высокого атмосферного давления, в центре которой наблюдаются нисходящие потоки воздуха. При этом в центре антициклона бывают безоблачное небо, тихая, устойчивая погода — летом жаркая, зимой холодная. Огромное влияние на формировакоторые определяют погоду. Не случайно метеорологи всего мира называют Атлантический океан кухней погоды на планете. А вот роль Тихого океана в создании климата нашей страны сравнительно с ролью Атлантического океана намного скромнее.
На Земле есть и источники вечного холода. Это ледники Арктики и Антарктиды. Осенью, точнее даже в конце августа, холод из Гренландии распространяется на полярный бассейн, постепенно перебирается на материковую часть Евразии и Америки и продвигается все дальше и дальше на юг. Там волна холода сталкивается с воздушными и водными теплыми течениями, и потому зима не сразу охватывает наше северное полушарие. Да и Атлантика временами еще долго дает о себе знать.
Весной солнечные лучи сильнее согревают землю, и арктическая стужа все реже врывается в наши края. Прекращает свою работу и «сибирский холодильник». С юго-запада намного интенсивнее надвигаются теплые воздушные волны, которые несут нам весну. Фронт тепла движется с юго-запада на северо-восток — от Молдовы к Коми. Весна идет по своему маршруту со средней скоростью 50 километров в сутки. А в Сибири бывает и такое: Арктика дохнёт холодом, и вот вам 30-градусные морозы в апреле!
Погода как физическое состояние атмосферы в данной местности на протяжении какого-либо периода характеризуется сложным соединением и взаимодействием целого ряда метеорологических факторов. Среди них — атмосферное давление, температура и влажность воздуха, направление и сила ветра, интенсивность солнечной радиации, облачность, осадки. Совокупность и последовательность изменений погоды в определенной местности в разные сезоны года определяют ее климат.
Термин «климат» получил свое название от греческого слова клима — наклон. Древние греки связывали климатические различия непосредственно с углом наклона солнечного луча относительно земной поверхности. Ныне под климатом понимают многолетний режим погоды, характерный для определенной местности вследствие ее географического положения. Особенности климата зависят от объединения многих факторов: географической широты, поступления и затрат солнечной энергии, атмосферной циркуляции, высоты над уровнем моря, рельефа местности и растительного покрова, воды и других. На территории стран СНГ встречаются такие климат