Чем отличается водяной пар и туман. Можно ли увидеть пар? Когда водяной пар вреден

Несмотря на оснащенность большинства судов радиолокационными установками, туманы и в настоящее время представляют большую опасность для судовождения. Поэтому предсказание появления и исчезновения (испарения) туманов имеет очень большое значение для мореплавания.

Туманы обычно образуются тогда, когда приземный слой воздуха охладится до точки росы и ниже , т. е. до такой температуры, при которой содержащиеся в воздухе водяные пары достигнут полного насыщения и происходит конденсация водяного пара.

На морях и океанах туманы чаще всего образуются в результате адвекции (горизонтального перемещения) теплого и влажного воздуха над относительно холодной водной поверхностью, потому такие туманы называются адвективными (рис. 26).
Эти туманы отличаются значительной вертикальной мощностью, большой продолжительностью существования (от одних до нескольких суток подряд), большим районам охвата, подвижностью, внезапностью появления.
Рассеиваются адвективные туманы обычно в случае резкого изменения направления ветра, при котором в данный район распространяются более теплые или холодные и относительно менее влажные массы воздуха.

На морях и океанах туманы образуются обычно в умеренных и полярных широтах , где происходят частые значительные колебания температуры воздуха и где существуют резко выраженные холодные морские течения, близко граничащие с теплыми. В тропических же широтах туманы наблюдаются очень редко.

Если сравнить схему поверхностных морских течений с картами распределения туманов на морях и океанах, то сразу можно обнаружить, что наибольшая повторяемость туманов приходится именно на районы холодных течений.

Рис. 26 Адвективный туман над морем

Воздух над морем всегда содержит много влаги и часто бывает близок к насыщению, поэтому достаточно сравнительно небольшого его охлаждения, чтобы он стал полностью насыщенным. Это может произойти в том случае, если воздух проходит над поверхностью холодных вод Поэтому районы холодных течений, районы поверхностных холодных вод вообще характеризуются весьма частыми туманами.

В Атлантическом океане весьма обширным «туманным» районом является область около Ньюфаундленда , где воздушные массы, нагретые и увлажненные над Гольфстримом, при юго-восточных и южных ветрах перемещаются затем на поверхность голодного Лабрадорского течения.

Аналогичным путем образуются туманы на Тихом океане в районах действия холодных течении (Ойя-Сио, Приморского, Севере Корейского и др.) На наших морях туманы особенно часто образуются во время летнего муссона с апреля по август (особенно в июне ч июле) при юго-восточных и южных ветрах Над теплыми течениями туманы почти не наблюдаются.

В Антарктических водах туман обычно (возникает при проникновении сюда теплых воздушных масс с севера). Приток этого воздуха происходит здесь при ветрах северо-западной четверти и других северных румбах.

Возникнув над поверхностью холодного течения, туман распространяется затем на соседние районы. Например, если туман возник под влиянием юго-восточных и южных ветров, то частым туманам могут быть подвержены районы, лежащие к северу и западу от холодного течения. Туман здесь появляется при устойчивых ветрах, дующих из района его образования, и сохраняются все время, пока удерживаются ветры данного направления.

Интенсивность приносимого тумана зависит от температуры подстилающей поверхности данного района. Чем она выше (по сравнению с температурой холодного течения), тем в большей степени будет ослабевать приносимый туман. Обычно в таких случаях туманы имеют суточный ход: наиболее густыми бывают в ночные и утренние часы, днем ослабевают или временно рассеиваются.
Если условия подстилающей поверхности неоднородны, например, имеются районы поднятия на поверхность холодных глубинных вод и мелководные районы с большим местным прогревом поверхности воды, то туман будет располагаться пятнами. Эти явления более резко выражены при слабых ветрах и менее - при сильных.

При прекращении ветра прекращается и поступление тумана , а имеющийся туман при повышении температуры, а также при значительном изменении направления данного ветра рассеивается, в особенности при смене ветра на румбы северной половины горизонта в северном полушарии, и на южные румбы - в южном.

Исчезновение морского тумана может быть внезапным - сразу же после прохождения холодного фронта или постепенным - по мере перехода тумана в дымку; видимость постепенно улучшается.

На морских побережьях туманы образуются при медленное поступлении с моря влажного и теплого воздуха на холодную поверхность суши , что обычно происходит осенью, зимой и весной.
По ровной местности, например, по долинам рек, туман распространяется беспрепятственно и может проникать свыше 100 км в глубь суши. Но это обычно происходит ночью и утром, когда поверхность почвы охлаждена. Днем же туман, попадая на берег, быстро рассеивается.

Горные хребты служат препятствием для распространения тумана. С наветренной стороны туман усиливается. Иногда высокие берега покрываются туманом, в то время как у поверхности воды он отсутствует. Это объясняется следующим.
Охлаждение, испытываемое воздухом над поверхностью, может оказаться недостаточным для образования тумана. Поднимаясь по склонам береговых гор, воздух дополнительно охлаждается и достигает состояния насыщения.
Но спускаясь по подветренным склонам гор, он быстро нагревается, а туман обычно исчезает, не достигнув поверхности земли. По этой причине распространение туманов с моря на гористом побережье имеет весьма неравномерный характер.
В некоторых бухтах, заливах, закрытых со стороны моря высокими горами, туман встречается очень редко. В то же время в районах, сравнительно далеких от моря, но не отделенных от него горами, туманы часты.

На морях и океанах, кроме адвективных туманов, зимой, при отрицательной температуре воздуха, нередко образуются туманы испарения , или так называемые, явления «парения моря» .
Они обычно образуются, когда температура воздуха ниже температуры поверхности моря на 10 - 12° и более. При такой большой разности температур происходит интенсивное испарение воды с поверхности моря.
Водяной пар, поступая в большом количестве в очень холодный воздух, быстро насыщается, конденсируется и образует туман. Высота туманов испарения обычно не превышает 3 - 5 м над водной поверхностью.

Фронтальные туманы (туманы осадков) образуются в случае, если холодный воздух под слоем слоисто-дождевых облаков достаточно влажен, а выпадающие капли дождя, испаряясь, усиливают степень насыщения воздуха водяными парами. Наблюдаются фронтальные туманы в районе окклюзии или впереди теплого фронта, в полосе шириной в несколько десятков километров.

Радиационные туманы, образующиеся на берегу и суше при сильном ночном охлаждении подстилающей поверхности, на море, как правило, не образуются, так как охлаждение воды и воздуха над морем в течение ночи невелико.

Признаки появления или исчезновения туманов на морях и океанах следующие:

Туманы следует ожидать, если после более или менее продолжительной холодной погоды наступает потепление. Они могут держаться довольно долго. Особенно большая вероятность появления туманов, если потепление началось вечером или ночью при слабых ветрах.
Значительный рост относительной и абсолютной влажности воздуха благоприятствует образованию тумана.
Если при ясном небе наблюдаются признаки приближения теплого фронта, следует ожидать появления тумана.

В средних широтах появление туманов над районами холодных течений в западных частях морей и океанов в север-ком полушарии более вероятно при ветрах юго-восточных и южных румбов, в южном полушарии - северо-восточных и северных румбов; в восточных частях: в северном полушарии при ветрах юго-западных и южных румбов, в южном - северо-западных и северных. При этом гуще и распространяется на большую площадь:

В средних широтах появление туманов маловероятно в северном полушарии при ветрах северных румбов, в южном - южных румбов; ранее образовавшийся туман при переходе ветра на эти румбы скоро исчезает.
Если во время тумана пойдет ливневый или обложной дождь, то туман при этом еще более усиливается, но с окончанием дождя скоро исчезает или значительно ослабевает, даже при прежнем ветре.

Днем в прибрежной зоне моря (в заливах, бухтах и т. п.) и на берегу туман иногда рассеивается вследствие прогревания воздуха, но если над морем у горизонта удерживается полоса тумана, а ветер с моря сохраняется прежний (т. е. тот, при котором туман возник), то вечером или ночью туман появится и в прибрежной зоне моря, и на берегу:

При сплошной облачности туман менее вероятен, чем при ясном небе, в особенности на побережье.
Туман высокий продолжителен, тонкий рассеивается вскоре после восхода солнца.

На берегу, если в вечерние часы температура воздуха близка к точке росы (выше ее не более чем на 3 - 4°), то при ясной ночи к утру можно ожидать появления радиационного тумана, который рассеется при восходе солнца.

При данных условиях образованию тумана будет способствовать наличие слабого ветра от 0,5 до 5 м/сек:

После дневных или вечерних гроз, вызывающих похолодание, ночью и к утру, а иногда и днем при слабом ветре можно ожидать появление туманов.
Перед ночной грозой вечером туман не появляется: если появляется, то быстро рассеивается.

Находясь в море и имея данные о распределении температуры поверхностной воды, нужно выбирать, если возможно, наиболее высокие температуры - там вероятность тумана меньше.

Если утром роса или иней - тумана в ближайшие 12 ч не будет.

В таком случае говорят о наступлении метеорологического явления, называемого туманом. Туманы могут возникать не только из-за охлаждения воздуха, но и вследствие усиленного испарения влаги с теплой водной поверхности, температура которой на 10°С или более превышает температуру воздуха. Их так и называют: туманы охлаждения и туманы испарения.

Прогноз туманообразования, таким образом, сводится к прогнозу условий, благоприятствующих этим двум процессам: прогнозу охлаждения воздуха до температуры конденсации или сублимации, при которой водяной пар начнет превращаться в капельки воды или кристаллики льда, или же, если есть обширный водоем и предполагается, что температура воды будет значительно выше, чем температура воздуха,- прогнозу интенсивного испарения.

В первом случае возникают ночные или утренние, так называемые радиационные, туманы, обычно рассеивающиеся днем при нагревании воздуха. Для их прогноза у синоптиков есть различные методы расчета температуры и времени туманообразования, есть также графики, облегчающие выполнение таких расчетов.

Во втором случае возникают адвективные (переносимые) туманы, они могут быть и при значительном ветре. Для их прогноза используются другие методы и требуется выполнение несколько иных и более сложных расчетов, связанных с учетом переноса влажного воздуха и его взаимодействия с поверхностями суши и воды.

Адвективные туманы могут оставаться плотными и днем. Из сказанного ясно, что прогноз тумана - довольно сложная задача, при решении которой надо учитывать состояние и возможное изменение целого комплекса метеорологических величин, в том числе температуры и влажности воздуха, наличия облачности, ветра. Нужно также принимать во внимание состояние почвы, ее способность испарять влагу и т. і.

П.Д Астапенко, «Вопросы о погоде», Ленинград Гидрометеоиздат, 1986

Туман -- атмосферное явление, скопление воды в воздухе, когда образуются мельчайшие продукты конденсации водяного пара (при температуре воздуха выше?10° это мельчайшие капельки воды, при?10..?15° -- смесь капелек воды и кристалликов льда, при температуре ниже?15° -- кристаллики льда, сверкающие в солнечных лучах или в свете луны и фонарей).

Более сильный ветер будет перемешивать более мощный слой воздуха, и поэтому едва ли можно предположить, что вся его масса охладится до точки росы. Следовательно, сильный ветер препятствует образованию тумана.

По международной конвенции, о появлении тумана говорят в том случае, если дневная горизонтальная видимость за счет капель воды становится менее 1 км. Если имеется помутнение воздуха, но дальность видимости за счет капель воды несколько превышает 1 км, это явление называют дымкой. Если ухудшение видимости вызывается присутствием в воздухе твердых частиц пыли, такое явление называется мглой. Частицы дыма и твердые частицы пыли, выбрасываемые промышленными предприятиями, уменьшают видимость как непосредственно, так и косвенно в связи с тем, что они представляют собой гигроскопические ядра, способствующие конденсации. Этот густой смешанный туман называется смогом.

В соответствии с причиной, по которой нижележащая поверхность оказалась холоднее соприкасающегося с ней воздуха, различают два основных типа туманов.

1. Радиационный туман образуется над земной поверхностью в результате охлаждения ее длинноволновым излучением тепла в пространство в ночное время. Ночное охлаждение поверхности моря по сравнению с охлаждением поверхности суши очень незначительно. Благоприятными условиями для появления радиационного тумана является отсутствие облачного покрова и небольшая скорость ветра. Таким образом, такой туман образуется над земной поверхностью при небольшой скорости ветра во время ясных ночей и чаще всего, когда приземные слои воздуха имеют высокую относительную влажность, а поверхность суши - холодная и влажная, как, например, болотистая местность в зимнее время. Поскольку воздух, содержащий туман, холодный и, следовательно, относительно плотный, он будет стремиться разместиться в ложбинах или же будет перемещаться по направлению к морю, в особенности над эстуариями рек. Обычно ранним утром солнечные лучи проникают через такой радиационный туман и, нагревая, рассеивают его. Но в том случае, если мощный слой такого тумана образовался над холодной поверхностью моря в зимнее время, когда поступление солнечного тепла весьма невелико, радиационный туман может продержаться весь день.
2. Адвективный туман образуется в результате горизонтального перемещения относительно теплой воздушной массы над более холодной поверхностью суши или моря. Такой туман наиболее устойчив над морем, поверхность которого труднее нагревается слоем воздуха или солнечным теплом. Большинство морских туманов - адвективные. При сильном ветре и значительной разности между температурой воздуха и температурой нижележащей водной поверхности этот туман очень устойчив и простирается на высоту порядка 200 м над уровнем моря. Можно предположить, что такие туманы могут образоваться над любой холодной поверхностью моря, если существует поверхностное течение или апвеллинг холодных вод, чаще всего весной или летом, когда температура воздуха наиболее высока и он насыщен водяным паром. Над сушей адвективные туманы чаще всего бывают зимой, при поступлении влажного морского воздуха на охлажденную поверхность. Но поскольку поверхность земли может нагреваться достаточно быстро, адвективный туман скоро рассеивается, если этому только не препятствуют процессы, способствующие образованию радиационного тумана.

Кроме этих двух основных типов существует несколько менее распространенных разновидностей туманов. Паровой туман, или "курение моря", возникает, когда масса холодного воздуха перемещается над морем и происходит постоянное быстрое испарение водяных паров. Воздух, соприкасающийся с поверхностью моря, получает тепло и одновременно насыщается водяными парами по отношению к температуре поверхностных вод. Затем он поднимается и смешивается с более холодными слоями, которые в очень незначительной степени могут насыщаться водяным паром, так что образуется перенасыщенная смесь и начинается конденсация. Такие туманы обычно стелются очень низко, и, так как для их образования нужно, чтобы разность температур между водой и воздухом была порядка 10°С, они, как правило, образуются на краю поля пакового льда при направлении ветра со стороны ледового поля.

Фронтальный туман, или туман смешения, образуется на границе между двумя воздушными массами с различными температурой и влажностью, каждая из которых близка к насыщению.

Очутившись посреди белого сплошного облака, настолько плотного, что на расстоянии вытянутой руки практически ничего невозможно различить, нередко задаёшь себе вопрос: почему образовался такой густой туман, почему он белого цвета и начинаешь раздумывать о том, как долго это явление обычно длится, а также почему любой туман рассеивается.

Туманы формируются во время скопления в воздухе в нижних слоях атмосферы капель или ледяных кристалликов, из-за чего вдоль земной поверхности образуется напоминающая облака пелена, ограничивающая видимость настолько, что далее одного километра пространство не просматривается, а в некоторых случаях предметы становятся трудноразличимыми уже на расстоянии нескольких метров.

Если температура окружающей среды превышает -10°С, пелена пара состоит лишь из капель. Если температурные показатели колеблются от -10 до -15°С – из капелек воды и ледяных кристалликов, а когда на улице -15°С – туман состоит из мелких ледяных кристаллов, переливающихся при свете ночных фонарей.

Почему образуется этот феномен, ответить несложно: своим появлением он обязан или испарению воды с тёплой поверхности в холодный воздух, или охлаждению насыщенных влагой тёплых воздушных потоков. Например, за возникновением наземных облаков можно нередко наблюдать вечером или с утра после понижения температуры грунта и растительности (травы), нижние слоя атмосферы настолько сильно охлаждаются, что начинают выделять лишнюю влагу в виде водяных капель.

Ещё одним примером, на этот раз – зимним, является туман над рекой, озером или другим водоёмом, на льду которого образовалась прорубь: в морозы над ней всегда стоит пелена, стелющаяся над водной поверхностью. Происходит это потому, что температура воды во время морозов теплее окружающего её льда и воздуха, соприкасающегося с ним (из-за этого воздух над водой всегда теплее остального и туман над рекой в районе проруби стоит почти всегда).

После того как тёплый воздух смешивается с холодными воздушными потоками, он начинает охлаждаться, выделяя пар и образовывая у самой поверхности Земли облако. Поэтому туман над рекой и другими водоёмами обычно устойчивый и длительный: здесь постоянно смешиваются холодные и тёплые воздушные потоки и течения.

Ярким примером этого явления считается расположенный в Атлантическом океане канадский остров Ньюфаундленд. Из-за того, что здесь сталкиваются друг с другом два течения – тёплое Гольфстрима и холодное Лабрадорское, местные жители вынуждены проводить среди марева около ста двадцати туманных дней в году.

Формирование наземных облаков

Когда насыщенный водяными парами воздух охлаждается или смешивается с более холодными воздушными потоками, в атмосфере начинают выделяться капли. После этого при наличии над земной поверхностью мельчайших частичек пыли, они начинают к ним прилипать, наслаиваясь друг на друга и формируя капли более крупных размеров (чем больше в воздухе пыли, тем быстрее образуется облако, поэтому крупные города практически всегда окутаны слабой почти незаметной пеленой).

В тёплое время года размер такой капли колеблется от 5 до 15 мкм, во время морозов – от 2 до 5 мкм, поэтому зимний холодный туман не такой густой, как летний. Как только капли достигают необходимых объёмов, предметы оказываются расплывчатыми и трудноразличимыми: воздух при сильном тумане приобретает беловатый оттенок и синеватый – при слабом.

Ответ на вопрос, почему это явление бывает разных окрасов, прост: более мелкие капли лучше рассеивают короткие синие лучи, тогда как в густых наземных облаках капли более крупных размеров и световые волны рассеивают все лучи одинаково вне зависимости от их длины.

Водность таких облаков обычно не превышает 0,5 г/м3, но иногда густой туман может содержать до 1,5 г/м3 (этой воды достаточно, чтобы растения получили необходимую влагу, особенно это важно для растительности засушливых районов планеты). Насколько непроницаемой окажется пелена, во многом зависит от влажности воздуха, которая во время возникновения наземных облаков обычно составляет от 85 до 100%:

если видимость не превышает 50 метров, наблюдается густой туман, а количество капель – 1200 на один кубический сантиметр;
если пространство просматривается на расстоянии от 50 до 500 метров – умеренный (водяных капель в этом случае от 100 до 600);
если видимость составляет километр – слабый (капель – от 50 до 100).

Нередки туманы и во время морозов, при этом явление можно увидеть даже тогда, когда влажность не превышает пятидесяти процентов. Обычно их можно наблюдать в городах, особенно на железнодорожных и автобусных вокзалах, где пелена образуется за счёт пара, который появляется во время сгорания топлива и выбрасывается в воздух через дымоходы и выхлопные трубы.

Виды

Своим происхождением наземные облака далеко не всегда обязаны лишь природе: большое число туманов возникает в городах, а потому состоят они не только из капель и пыли, но также дыма, копоти, которые выбрасываются фабричными или печными трубами, или возникают после или во время пожаров, когда горит лес, торф или степь. По происхождению метеорологи делят туманы на сухие (в их образовании как раз и виноваты дым, копоть и т. п.) и влажные (задействованы лишь вода и пыль), при этом нередко вторая форма перетекает в первую.

В свою очередь, влажные туманы, на образование которых непосредственно повлияла природа – это вечерний, ночной или утренний туман (именно этот период является оптимальным для возникновения стелющихся по земле облаков), метеорологи также делят на группы:

Поземный. Вечерний или утренний туман, который низко стелется над земной поверхностью или водоёмом (например, туман над рекой). Пелена может быть сплошная, а может идти отдельными клочьями, а видимость не будет превышать километра.
Просвечивающийся. Несмотря на то, что вдоль поверхности видимость невысока и в некоторых случаях не превышает нескольких метров, на небосводе вполне можно различить облака. К этому виду относят ночной, вечерний, и утренний туман.
Сплошной. Видимость густого тумана очень ограничена и часто не превышает пятидесяти метров. Небо почти не просматривается, поэтому облака различить почти невозможно. В основном это вечерний, ночной и утренний туман, а во время холодов при повышении температурных показателей холодный туман можно увидеть и днём.

Почему исчезают туманы

Продолжительность этого явления различная и может составлять от получаса до нескольких суток (особенно во время холодов или при столкновении тёплых и холодных воздушных и водных потоков, например, туман над рекой). Основной причиной того, почему любой туман рассеивается, является прогревание воздуха. Поскольку пелена образуется возле поверхности, после того, как солнечные лучи её прогревают, нагревается и воздух, вследствие чего капли испаряются и превращаются в пар.

Чем выше над земной поверхностью, тем туман рассеивается слабее, так как в верхних слоях атмосферы температура воздуха снова начинает понижаться, пар преобразовывается в водяные капли и формирует облака.

Образование тумана в воздухе связано чаще всего с процессами его охлаждения. В результате охлаждения воздуха создается избыток водяного пара, который переходит из газообразного состояния в капельно-жидкое (конденсация) или непосредственно в твердо-кристаллическое (сублимация). При обилии в приземном воздухе продуктов конденсации или сублимации водяного пара, то есть мельчайших капелек влаги или ледяных кристалликов, прозрачность воздуха уменьшается так, что горизонтальная дальность видимости падает до 1 км или того меньше. В таком случае говорят о наступлении метеорологического явления, называемого туманом. Туманы могут возникать не только из-за охлаждения воздуха, но и вследствие усиленного испарения влаги с теплой водной поверхности, температура которой на 10°C или более превышает температуру воздуха. Их так и называют: туманы охлаждения и туманы испарения.

Прогноз туманообразования, таким образом, сводится к прогнозу условий, благоприятствующих этим двум процессам: прогнозу охлаждения воздуха до температуры конденсации или сублимации, при которой водяной пар начнет превращаться в капельки воды или кристаллики льда, или же, если есть обширный водоем и предполагается, что температура воды будет значительно выше, чем температура воздуха, – прогнозу интенсивного испарения.

Охлаждение воздуха может происходить вследствие интенсивного излучения земной поверхности, когда отток тепла от земной поверхности больше его притока к ней, то есть так называемым радиационным путем – при тихой малооблачной погоде – или же путем переноса воздуха из одной местности в другую. В первом случае возникают ночные или утренние, так называемые радиационные, туманы, обычно рассеивающиеся днем при нагревании воздуха. Для их прогноза у синоптиков есть различные методы расчета температуры и времени туманообразования, есть также графики, облегчающие выполнение таких расчетов. Во втором случае возникают адвективные (переносимые) туманы, они могут быть и при значительном ветре. Для их прогноза используются другие методы и требуется выполнение несколько иных и более сложных расчетов, связанных с учетом переноса влажного воздуха и его взаимодействия с поверхностями суши и воды. Адвективные туманы могут оставаться плотными и днем.

Из сказанного ясно, что прогноз тумана – довольно сложная задача, при решении которой надо учитывать состояние и возможное изменение целого комплекса метеорологических величин, в том числе температуры и влажности воздуха, наличия облачности, ветра. Нужно также принимать во внимание состояние почвы, ее способность испарять влагу и т. п.