Дождь по лужам, дождь по крышам. Как появляются осадки и какими они бывают?

Яндекс Погода заряжает дожди-пистолеты, смотрит, как снег кружится, летает, летает, и рассказывает в подробностях всё самое важное, что надо знать об осадках.

Осадки — один из главных компонентов водного цикла Земли. Они поддерживают экосистемы, обеспечивают сельское хозяйство необходимой влагой, пополняют подземные резервуары питьевой воды, влияют на погодные условия и играют ключевую роль в формировании климата. Хотя большинство из нас знакомо с дождём и снегом, осадки бывают различных форм, каждая из которых имеет свои особенности и условия образования.

Что такое атмосферные осадки?

Атмосферные осадки — это вода в жидком или твёрдом виде, выпадающая из облаков и достигающая поверхности Земли. Они играют ключевую роль в круговороте воды, обеспечивая возврат влаги из атмосферы в наземные и водные экосистемы. Осадки поддерживают жизнь, питают реки и грунтовые воды, влияют на климат и сельское хозяйство. К основным формам осадков относятся дождь, снег, град и морось. Каждый из этих типов возникает в определённых метеорологических условиях и характерен для разных климатических зон.

Осадки также определяют как количество воды, выпавшее в конкретном месте за заданный период времени — за сутки, месяц, год или в среднем за многие годы. Это обычно называют общей величиной осадков, измеряемой в миллиметрах.

Красивый научный термин для частиц осадков — «гидрометеоры», происходит от греческих слов hydro («вода») и meteoros («высоко в воздухе»). Гидрометеорами называют любые частицы воды или льда, находящиеся во взвешенном состоянии в воздухе или выпадающие из атмосферы.

Как появляются осадки?

Формирование большинства осадков начинается высоко в атмосфере, где водяной пар притягивается к микроскопическим частицам — ядрам конденсации вроде пыли, морской соли или сажи. По мере подъёма воздух охлаждается и водяной пар превращается в капельки воды или кристаллы льда. Эти мельчайшие частицы сталкиваются в воздухе, соединяются, увеличиваются в размерах и образуют облака. Подробнее об образовании облаков и их типах можно прочитать в нашей статье.

Со временем капли и льдинки становятся достаточно тяжёлыми, чтобы воздушные потоки больше не могли их удерживать. Тогда гидрометеоры начинают выпадать из облаков — так рождаются осадки. По пути к земле частицы могут проходить через разные слои атмосферы, меняя форму. Например, снежинки могут растаять и превратиться в дождь.

Падающие гидрометеоры — частицы осадков — могут достигать земли или испаряться до приземления, образуя осадочные полосы (виргу).

Осадки могут появляться в самых разных формах и вообще не всегда выпадают из облаков! Привычным нам «облачным» образом рождаются дождь, морось, снег, снежная крупа (граупель), снежные зёрна, град и ледяные зёрна. Но некоторые осадки могут возникать буквально из воздуха среди ясного неба при достаточном количестве атмосферной влаги у поверхности Земли: роса, иней, изморозь и алмазная пыль.

Какие бывают осадки?

Осадки обычно классифицируются по их физическому состоянию и характеру выпадения. Основные типы:

• Жидкие осадки: дождь и морось.

• Твёрдые осадки: снег, град, снежные зёрна, ледяные зёрна, снежная крупа (граупель), алмазная пыль.

• Ливневые (конвективные) осадки: выпадают из конвективных облаков (кучево-дождевых и кучевых) короткими, но интенсивными порциями.

• Обложные (стратформные) осадки: выпадают из слоистых облаков и могут длиться несколько часов и даже дней.

Ливневые осадки

Характеризуются резкими началом и окончанием, часто и быстро меняют интенсивность, могут длиться от нескольких минут до нескольких часов. Твёрдые и жидкие частицы воды в ливневых осадках обычно крупнее, чем в обложных.

Обложные осадки

Представляют собой продолжительные и достаточно равномерные по интенсивности дожди или снегопады, выпадающие на обширной территории. Также к обложным осадкам будет относиться морось.

Жидкие осадки

Дождь — самая распространённая форма осадков. Он образуется в тёплых облаках (температура выше 0 °C), когда крошечные капельки испарённой и сконденсированной влаги сталкиваются друг с другом в воздухе. При столкновении капли могут слипаться и увеличиваться, пока в конце концов не станут слишком тяжёлыми и не выпадут из облака. Как правило, дождевые капли в диаметре достигают 0,5–7 мм. Кстати, все самые интересные факты о дожде мы уже собрали для вас в статье.

Морось состоит из очень мелких капель воды диаметром менее 0,5 мм. Они падают настолько медленно, что создаётся впечатление, будто капли почти неподвижны в воздухе. Обычно морось выпадает из низких слоистых облаков и часто сопровождается туманом. Этот тип осадков характерен для прохладного и влажного климата.

Твёрдые осадки

Снег образуется, когда водяной пар в холодных облаках (при температуре ниже 0 °C) сразу превращается в кристаллы льда без жидкой стадии — то есть сублимируется. Эти кристаллы соединяются в снежинки, структура которых зависит от температуры и влажности. Снег обычно выпадает в холодную погоду из слоистых облаков — например, из слоисто-кучевых. Форма снежинок — пластинки, дендриты, иглы и др. — зависит от условий образования. Больше деталей о снежинках можно узнать в нашей статье.

Град представляет собой твёрдые осадки в виде кусочков льда сферической или неправильной формы. Чаще всего он образуется в тёплое время года внутри мощных кучево-дождевых облаков: восходящие потоки воздуха многократно поднимают капли воды в более холодные слои атмосферы, где те замерзают и обрастают слоями льда. Этот процесс повторяется до тех пор, пока градины не станут слишком тяжёлыми и не выпадут на землю. Размер этих гидрометеоров может варьироваться от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, а вес — до 1 килограмма. Поэтому они способны наносить серьёзный ущерб.

Снежные зёрна — это один из самых мелких видов твёрдых осадков. Непрозрачные беловатые частицы льда имеют плоскую или вытянутую форму диаметром не более 1 мм. Внешне они напоминают манную крупу и образуются в слоистых облаках при температуре ниже 0 °C. В отличие от обычных снежинок, снежные зёрна не слипаются и не формируют хлопьев, не отскакивают от поверхности Земли и просто скапливаются. Такой тип осадков характерен для устойчивой холодной и безветренной погоды.

Ледяные зёрна (ледяная крупа) выглядят как стеклянные бусинки. Это мелкие прозрачные или полупрозрачные ледяные шарики, твёрдые и упругие, размером обычно от 0,2 до 5 мм. При падении они могут отскакивать от поверхности и издавать характерный щёлкающий звук.

Ледяные зёрна рождаются в условиях резких перепадов температуры между слоями атмосферы, когда между холодными воздушными массами существует тёплый промежуточный слой. Сначала в высоких облаках образуются снежинки, которые затем при падении проходят через тёплый средний слой воздуха и частично тают. После этого, опускаясь в переохлаждённый нижний слой, капли быстро замерзают и превращаются в маленькие льдинки — и следом сразу выпадают на земную поверхность. Это отличает их от града, который рождается в мощных кучево-дождевых облаках за счёт циклического многократного обрастания льдом. А ещё выпадение ледяных зёрен часто предшествуют ледяному дождю и вообще указывает на приближение опасных погодных условий.

Снежная крупа (граупель) формируется, когда снежинки при выпадении проходят через переохлаждённые капли воды в кучевых и кучево-дождевых облаках. Эти капли прямо на ходу намерзают на поверхность снежинок и будто бы припаиваются к ним, образуя хрупкие и мягкие белые шарики диаметром от 1 до 5 мм. В отличие от града, граупель формируется в более слабых восходящих потоках и не имеет характерной слоистой структуры.

Алмазная пыль — это форма твёрдых осадков, выпадающих при ясном небе в виде чрезвычайно мелких кристаллов льда, как будто подвешенных в воздухе. Обычно формируется при температурах ниже -10 °C в быстро охлаждающихся воздушных массах в полярных и горных регионах. Эти мелкие, чётко сформированные кристаллы (часто в форме пластинок, около 0,1 мм в диаметре) сверкают на солнце и могут вызывать атмосферные оптические явления вроде гало. Видимость при алмазной пыли обычно превышает 1 км.

Как измеряют осадки?

Метеорологи используют различные инструменты для измерения осадков. Наиболее распространённые из них:

• Дождемеры, с помощью которых измеряют количество жидких осадков. Стандартный дождемер представляет собой цилиндрический контейнер, похожий на ведро, где собирается дождевая вода. Затем уровень воды в ёмкости измеряется в миллиметрах.

• Снегомеры, благодаря которым измеряют количество выпавшего снега. По конструкции они похожи на дождемеры, но часто имеют более широкое горлышко для лучшего сбора снега.

• Метеорадары и спутники поставляют данные о распределении и интенсивности осадков на больших территориях в реальном времени. Они играют ключевую роль в прогнозировании актуальной погоды, в мониторинге штормов и ураганов.

Радары отправляют радиоволны, которые отражаются от капель дождя, снежинок или града в воздухе. Встроенные датчики измеряют, как долго волны возвращаются и насколько сильным является отражение. Это помогает просканировать атмосферу, оценить интенсивность осадков и их направление — так рождается объёмная трёхмерная картинка актуального состояния атмосферы.

Радары также умеют различать типы осадков (например, дождь или снег) на основе анализа взаимодействия частиц с радиоволнами. Считается, что метеорадары идеально подходят для получения высокоточных данных в реальном времени и для отслеживания динамики штормов в пределах 200–300 километров. Однако метеолокаторов не так уж и много — чаще они приурочены к крупным городам и аэропортам и не покрывают большую часть планеты.

Измерение осадков из космоса устроено совершенно иначе — орбитальные спутники используют датчики для обнаружения радиационных микроволн, отражённых от дождя, снега или облаков. Анализируя, как эти волны изменяются при прохождении через атмосферу, учёные могут выявить не только наличие осадков, но и их тип, интенсивность и высоту облаков. Современные спутники и вовсе умеют определять грозовой потенциал облаков и даже вероятность формирования тумана в том или ином месте. Они особенно полезны для мониторинга больших территорий и позволяют следить за развитием погодных событий в самых удалённых районах Земли на суше и в океане.

Распределение осадков на Земле

Осадки распределены по планете неравномерно. На их количество влияют географическое положение, высота над уровнем моря, преобладающие ветры и климатические пояса. Экваториальные районы получают большое количество осадков из-за постоянной конвекции и насыщенного влагой воздуха. В то же время пустыни, расположенные в тропических и субтропических зонах высокого давления, отличаются минимальным количеством осадков. Горы также оказывают влияние: воздух, поднимающийся по склонам, охлаждается и отдаёт влагу, формируя орографические осадки. Поэтому на наветренной стороне (на которую надвигается влагосодержащий воздух) выпадает больше осадков, а на подветренной — гораздо меньше.

Среднегодовое количество осадков в мире составляет около 1000 мм (свыше 50 000 км³ воды). В тропиках оно часто превышает 1000 мм и может достигать 12 000 мм в отдельных районах. В субтропических зонах, где преобладают пассаты и пустынные области, а также в умеренных пустынях годовое количество осадков обычно составляет менее 250 мм. Большинство районов умеренных широт получают от 250 до 1000 мм осадков в год, хотя в некоторых местах этот показатель может быть значительно выше. В полярных и приполярных регионах осадки, как правило, ограничиваются значениями ниже 250 мм в год.

Существует несколько характерных типов годового распределения осадков:

• экваториальный тип — с максимумами, примерно приуроченными к весеннему и осеннему равноденствию;
• тропический тип — с максимумом летом;
• муссонный тип (в тропиках и умеренных широтах) — с ярко выраженным максимумом летом и сухой зимой;
• субтропический (средиземноморский) тип — максимум осадков зимой и сухое лето;
• умеренно-континентальный тип — максимум осадков летом;
• умеренно-морской тип — максимум осадков зимой.

Среди самых влажных регионов — Амазонская низменность, Юго-Восточная Азия и Центральная Африка. Самыми засушливыми считаются пустыни Атакама и Сахара, а также внутренние районы Антарктиды. Сезонные колебания — муссоны или засушливые периоды — тоже существенно влияют на локальные режимы осадков.

Как распределяются осадки в России?

Россия — страна с огромной территорией и самыми разнообразными климатическими зонами, от арктической до субтропической. Это напрямую влияет на количество осадков в разных регионах. Больше всего дождей и снегопадов достаётся горам Кавказа и южным островам Дальнего Востока — там может выпадать до 2000–3000 мм осадков в год. А вот в засушливых степях Калмыкии и Забайкалья годовая норма может не превышать 150 мм — это почти в 20 раз меньше.

Европейская часть страны в среднем получает около 500–700 мм осадков в год, особенно влажно на северо-западе, куда чаще приходят атлантические циклоны. В Сибири и на Дальнем Востоке осадки распределяются неравномерно: чем ближе к морю и горам, тем влажнее. Северные районы, особенно за Полярным кругом, довольно сухие — там за год может выпасть всего 200–300 мм снега и редких дождей. На распределение осадков влияют горы, ветры и даже сезон. Например, на востоке страны летом часто идут дожди из-за муссонов, а в европейской части осадки более равномерны, с пиком в тёплое время года.

Понимание типов и характерного поведения осадков имеет ключевое значение для понимания функционирования климата и планетарных экосистем, а также для повседневной жизни каждого жителя Земли. Точная классификация и измерение осадков позволяют учёным прогнозировать погодные условия, предупреждать об опасных явлениях и разрабатывать стратегии устойчивого управления водными ресурсами в условиях глобальных климатических изменений.

Чтобы не пропустить новые статьи в нашем блоге, подписывайтесь на телеграм-канал Яндекс Погоды.

Подписаться здесь