Фрэнк Форрестер - Тысяча и один вопрос о погоде

146. Как измеряется мощность облака с помощью радиолокатора?Для определения вертикальной протяженности облака — от основания его до вершины — могут использоваться радиолокационные устройства. Радиолокатор посылает вертикально вверх радиосигналы на коротких волнах. Когда радиоволны ударяются в облачный слой, часть их энергии, отразившись от него, возвращается к земной поверхности. Исходя из характера этого отражения и расчетов, основанных на учете длины импульсов радиолокатора и частоты их повторения, можно получить хороший вертикальный разрез облака.

147. Как определяется направление, в котором движутся облака?Устройством, используемым для этой цели, является нефоскоп. Существует два типа нефоскопов — прямого визирования и зеркального визирования. Зеркальный нефоскоп представляет собой горизонтально устанавливающееся круглое зеркало из темного стекла, в которое можно улавливать отражение облака. Это отражение можно наблюдать через окуляр, укрепленный на подставке зеркала. Окуляр регулируется по высоте и поднимается таким образом, чтобы его можно было поворачивать вокруг ободка зеркала. Шкала направления нанесена по периметру самого зеркала так, чтобы можно было наблюдать за миниатюрным отражением неба в зеркале, разделенном на части линиями, соответствующими направлениям движения облаков.

Нефоскоп прямого визирования, или грабельный нефоскоп, состоит из длинного вращающегося вертикального стержня, на верхушке которого имеется более короткий горизонтальный пруток. Перпендикулярно этому прутку и на равном расстоянии друг от друга размещены зубцы. Наблюдатель соединяет наблюдаемое облако с центральным вертикальным зубцом воображаемой линией и, когда облако проходит над вертикальными боковыми зубцами, определяет направление его движения по диску направления, прикрепленному к стержню.

148. Почему дождь выпадает лишь из некоторых видов облаков?Может показаться, что дождь — это просто продолжение процесса образования облака: водяные капли становятся все больше и больше и в конце концов падают на землю в виде дождя. В действительности же процесс рождения дождя очень сложен, и наблюдать его чрезвычайно трудно. В следующем вопросе мы рассмотрим одну из теорий образования дождя, основанную на характере состава облака и взаимодействии между водяными каплями и ледяными кристаллами, из смеси которых оно состоит.

149. Из каких облаков выпадает дождь?Облака состоят или только из водяных капель, или исключительно из ледяных кристаллов, или из комбинации тех и других. Закон физики гласит, что тела, состоящие из одноименно заряженных электрических частиц, взаимно отталкиваются, а тела, которые состоят из частиц, обладающих противоположными свойствами, — притягиваются друг к другу. Этот закон можно применить и к процессам, происходящим в облаке. Поэтому, если облако состоит из одних лишь водяных капель и если они находятся в относительно спокойном состоянии, а каждая его мельчайшая капля представляет собой сообщество молекул, частицы которых заряжены одинаково, эти капли взаимно отталкиваются. Каждая из капель удерживается на расстоянии от своей соседки. Вместо того чтобы, объединившись, начать расти, они продолжают беспорядочно двигаться в облаке. Подобная ситуация наблюдается и в облаке, состоящем только из ледяных кристаллов. Кристаллы находятся в воздухе во взвешенном состоянии, и, хотя в слоистых облаках они образуют сообщества, слияния не происходит. Какая же сила заставляет частицы объединяться, расти и в конце концов падать? Такая сила возникает в мощных облаках смешанной структуры, в которых достаточно и водяных капель, и ледяных кристаллов, для того чтобы имело место взаимное притяжение, рост и выпадение частиц.

150. Как начинается образование дождя в таких облаках?Водяные капли могут существовать и при температурах ниже точки замерзания, нередко при —25, —30 °C. Если переохлажденная водяная капля находится рядом с ледяным кристаллом, то при критической температуре —20, —25 °C и возникает различие в упругости пара над водой и льдом. Вследствие этого различия водяная капля соединяется с ледяным кристаллом, или сублимируется непосредственно на, нем. Ледяной кристалл начинает расти, присоединяя к себе соседние переохлажденные капли. В конце концов он увеличится настолько, что упадет на землю под действием силы тяжести в виде снежинки. Если на своем пути к земле он попадет в теплые слои воздуха, он может растаять и превратиться в дождевую каплю.

151. Только ли в облаках, состоящих из смеси воды и льда, зарождается дождь?Нет. До недавнего времени считали, что процессы, происходящие с ледяным кристаллом (описанные в предыдущем вопросе), служат первопричиной всех значительных дождей. Значение этих процессов пока не подлежит сомнению. Однако нельзя игнорировать и другие факторы. Значительная часть дождей, выпадающих в тропиках, зарождается в облаках, которые не содержат ледяных кристаллов.

152. Как дождь образуется в облаках, состоящих только из водяных капель?В противоположность процессу улавливания переохлажденных капель ледяными кристаллами при температурах ниже точки замерзания, это довольно простой процесс. Он основан на факторе столкновения, или слияния. Несколько облачных капель падают и, сталкиваясь с другими каплями, сливаются с ними.

Это происходит в облаках, для которых характерно сильное внутреннее перемешивание воздуха и в которых водяные капли сильно различаются по размерам. Когда капли сталкиваются, большие водяные капли, соединяясь с меньшими, становятся еще больше. Когда же эти большие капли делаются достаточно крупными, они начинают падать по направлению к земле, увлекая за собой и встречающиеся на их пути менее крупные капли. При этом способе образования дождя, называемом коагуляцией, или слиянием, капель, водяные капли буквально насильно вовлекаются в процесс перемешивания и слияния. В водяных облаках, в которых вертикальных движений воздуха не происходит или же они очень слабы (слоистые облака), дождь не возникает, так как в них нет сколько-нибудь значительной силы, способной объединить капли.

153. Как велики дождевые капли?Дождевые капли обычно имеют меньше 0,05 см в диаметре. Их размеры колеблются от 0,025 до 0,6 см (это примерно в миллион раз больше размеров облачной капельки). Достигнув такой величины, дождевые капли устремляются вниз, чтобы подвергнуться действию неумолимых нивелирующих сил природы. Любая капля, превышающая 0,6 см, в результате трения о воздух, возникающего при ее падении, разбивается на несколько маленьких капель.