Вспоминаем
1. В каких состояниях может находиться вода? 2. При каких условиях вода переходит из одного состояния в другое? 3. Где воздух более влажный — над сушей или над морем? Почему? 4. Какие облака вы знаете?
Ключевые слова: влажность воздуха; максимальная влажность воздуха; абсолютная и относительная влажность воздуха; туман; облака; облачность.
1. Влажность воздуха. В атмосфере всегда имеется некоторое количество влаги в виде водяного пара. Содержание в воздухе водяного пара — это влажность воздуха. Водяной пар поступает в воздух при испарении с поверхности океанов, озер, рек, почвы и т. д. Испарение с поверхности суши зависит от температуры воздуха, наличия воды, скорости ветра, характера поверхности, растительности и других факторов. (Объясните, как лесная растительность влияет на испарение с поверхности почвы.) Влажность зависит от температуры воздуха (рис. 26). Так, в 1 м3 воздуха при температуре +30 °С может содержаться до 30 г водяного пара, а при температуре —20 °С — лишь 1 г.
Наибольшее количество водяного пара, которое может вместить воздух при данной температуре, называется максимальной влажностью воздуха. Воздух, имеющий максимальную влажность, является насыщенным. Он не может вместить больше водяного пара, чем содержит. При нагревании насыщенный воздух становится ненасыщенным. При охлаждении ненасыщенный воздух насыщается. (Почему?) Но не всегда он становится насыщенным и перенасыщенным. К примеру, если 1 м3 воздуха при температуре +30 °С содержит 16 г водяного пара, то при его охлаждении до +20 °С вода не выделится. (Почему?) Чаще всего воздух бывает ненасыщенным, т. е. содержит водяного пара меньше, чем мог бы.
Фактическое содержание водяного пара в 1 м3 воздуха — это абсолютная влажность воздуха. Она зависит от температуры воздуха. Абсолютная влажность воздуха весь год над океанами и зимой над материками минимальна перед восходом Солнца и максимальна в 14—15 ч. Наименьшая абсолютная влажность обусловлена минимальной температурой перед восходом Солнца и соответственно слабым испарением влаги. Кроме того, в это время замедлен обмен теплом между земной поверхностью и приземными слоями воздуха. С восходом Солнца и повышением температуры абсолютная влажность увеличивается. (Почему?)
Рис. 26. Зависимость количества водяного пара в насыщенном воздухе от его температуры (1 кубик на рисунке соответствует 1 м3 воздуха)
В теплое время года над материками абсолютная влажность воздуха дважды понижается (перед восходом Солнца и около 16 ч) и дважды повышается (около 9 ч и 21—22 ч). Наименьшая абсолютная влажность после полудня связана с тем, что испарившаяся влага уносится ветром на другие территории. К вечеру перенос влаги прекращается, а испарение с нагретой территории еще достаточно сильное. Это и определяет второй максимум абсолютной влажности. Зимой абсолютная влажность воздуха меньше, чем летом.
Относительная влажность воздуха — это отношение количества водяного пара, находящегося в воздухе, к максимальной влажности, выраженное в процентах. Если относительная влажность воздуха составляет 80 %, это означает, что для полного насыщения воздуха водяным паром не хватает еще 20 % воды.
Для определения относительной влажности воздуха нужно разделить абсолютную влажность на максимальную и умножить на 100 %. Относительная влажность изменяется в течение суток: минимальное значение наблюдается около 15 ч, максимальное — перед восходом Солнца.
Относительная влажность зависит от температуры воздуха и содержания в нем водяного пара. При понижении температуры воздуха относительная влажность возрастает, при повышении — падает. Относительная влажность значительна в экваториальных широтах (85 % и более). Это обусловлено большим содержанием влаги в воздухе и его высокими температурами. Здесь часто водяной пар находится в насыщенном состоянии. Относительная влажность высокая и в полярных районах, но уже из-за низких температур: для насыщения холодного воздуха не требуется много влаги. В умеренных широтах относительная влажность зимой выше, чем летом. Особенно низка она в пустынях — 50 % и ниже. (Почему?) Воздух, имеющий влажность около 30 % и меньше, считается сухим. Нигде на Земле не зарегистрирована относительная влажность, равная 0 %.
Рис. 27. Волосной гигрометр
Влажность воздуха измеряется гигрометром. Их существует несколько видов.
Наиболее распространенный — волосной гигрометр (рис. 27). Он служит для непосредственного измерения относительной влажности. Основная часть прибора — обезжиренные человеческие волосы. Они изменяют свою длину при уменьшении или увеличении влажности. Эти изменения фиксируются на шкале прибора.
2. Туман и облака. При охлаждении воздуха, насыщенного водяным паром, выделяются капельки воды, а при температуре ниже 0 °С — кристаллики льда. Так образуются туман и облака.
Туман — это скопление водяных капелек (ледяных кристалликов) в приземных слоях воздуха. Наибольшее число дней с туманами (около 80) отмечается в Арктике. Мало туманов во внутренних частях материков, особенно в пустынях.
Облака — это скопления капелек воды и кристалликов льда на значительной высоте над земной поверхностью. По физическому составу облака могут быть водяные (капельные), ледяные (кристаллические) и смешанные (состоящие из капелек и кристалликов).
Облака различаются по внешнему виду и высоте (рис. 28). По внешнему виду выделяют перистые, кучевые, слоистые облака и их разновидности. Перистые облака — это самые высокие облака в виде тонких белых нитей или белых клочьев и вытянутых гряд. Они состоят из кристалликов льда, образуются высоко в тропосфере (на высоте 7—10 км в умеренных широтах, 17—18 км в тропиках) при низких температурах. Кучевые облака имеют вид куполов, бугров, башен ярко-белого цвета, обычно с горизонтальным основанием, их высота — от 2 до 5 км и более. Чаще они наблюдаются в теплый период года и особенно характерны для тропических широт. Из кучевых облаков возникают кучево-дождевые облака. Обычно они громадных размеров: основание их находится на высоте 1—2 км, а вершины простираются до 5—8 км и более. Эти облака дают ливневые осадки, которые обычно сопровождаются грозой. Слоистые облака — это серый, однородный на вид облачный слой, из которого может выпадать очень мелкий дождь (морось) или очень слабый снег. Эти облака имеют небольшую вертикальную мощность (от десятков до нескольких сотен метров), располагаются не выше 2 км. В отличие от слоистых облаков слоисто-дождевые облака имеют большую вертикальную мощность (несколько километров), из них выпадают обложные осадки.
Рис. 28. Виды облаков
Степень покрытия неба облаками называется облачностью. Она определяется визуально («на глаз») и оценивается в баллах от 0 до 10. При полном отсутствии облаков облачность равна 0, при сплошной облачности — 10 баллам.
Облачность влияет на количество света, тепла, влаги, поступающих на земную поверхность.
1. Что называется влажностью воздуха? Какие виды влажности различают? 2. Можно ли назвать воздух насыщенным, если при температуре +20 °С в нем содержится 15 г воды? 17 г воды? 3. Можно ли судить о насыщении влагой воздуха по абсолютной влажности? 4. Что такое туман и облака и как они образуются? В чем их различие? 5. Какие виды облаков наблюдаются в вашей местности? Когда чаще всего бывают туманы и почему?
Практические задания
1. Рассчитайте относительную влажность воздуха для Бреста и Могилева, если температура воздуха летним днем равна +20 °С, а фактическое содержание влаги в 1 м3 воздуха в Бресте составляет 15 г, в Могилеве — 10 г.
2. Рассчитайте, сколько литров воды может вместиться в воздухе классной комнаты объемом в 200 м3, если его температура равна +20 °С.
Это интересно
Средняя годовая облачность для всей планеты равна 5,35 балла. Над сушей она составляет 4,9 балла, над морем — 5,8. Наиболее облачные места на Земле — северные части Атлантического и Тихого океанов, наименее облачные — пустыни.
Конкурс знатоков
1. На каком острове в Атлантике наблюдается самое большое количество туманных дней (в среднем до 120 в году)? В этом районе встречается теплое течение Гольфстрим с холодным Лабрадорским.
2. Английский поэт П. Шелли писал об облаке следующее:
Я землей рождено, я водой вспоено,
Взращено средь небесной равнины,
Отдыхаю в горах, исчезаю в морях,
Я меняюсь, но нет мне кончины.
Раскройте смысл указанных строк.