Метеорологія та кліматологія

           Краплі води та кристалики льоду створюють суттєву неоднорідність атмосфери. У краплинах води та кристалах льоду відбувається відбивання, переломлення та дифракція (розклад) сонячних променів. Тому у хмарах досить часто спостерігаються світлові або оптичні явища. Вони не мають ніякого практичного значення, але дають деяку інформацію про самі хмари, у яких вони виникають.

            За своїм фазовим складом хмари поділяють на три групи. Це дуже суттєво для атмосферних процесів, у чому ми пересвідчимось далі.

1. Водяні або крапельні хмари, які складаються виключно з крапель води. Вони бувають такими не лише при позитивних температурах, але й при негативних (до -10С⁰). В останньому випадку краплі перебувають у переохолодженому стані. Це нормальний стан, вода в атмосфері замерзає лише при температурах близьких до -10С⁰.
2. Змішані хмари. Вони складаються із суміші крапель води та кристалів льоду. Існують при температурі повітря від -10С⁰ до -40С⁰.
3. Льодяні або кристалічні хмари, які складаються лише із кристалів льоду. Вони існують при температурі повітря нижче -40С⁰.

            Хмари – це скупчення завислих в атмосфері на висоті дрібних крапель води, кристалів льоду або їх суміші, що утворились при охолодженні вологого повітря. У зв’язку з тим, що в атмосфері Землі є багато процесів які призводять до охолодження повітря, виникає багато форм хмар. Уже в кінці XIX  ст. була запроваджена міжнародна класифікація хмар. З часом вона уточнювалась і на сьогодні використовується морфологічна (за зовнішнім виглядом)міжнародна класифікація хмар.

            Вона включає 4 родини (яруси), 10 родів(форм), 20 видів та 35 різновидів, які відрізняються за умовами утворення, структурою, щільністю, забарвлення, характером опадів, оптичними явищами тощо.

           Конденсація – перетворення водяної пари у рідкий стан. В результаті конденсації утворюються дрібнесенькі крапельки діаметром кілька мікрометрів. Більші краплі утворюються в результаті злиття кількох дрібненьких або в результаті танення сніжинок. Якщо температура повітря знижується до точки роси, то водяна пара стає насиченою. При подальшому зниженні температури повітря, надлишок водяної пари зверх насиченої, перетворюється у рідкий стан.

           Вологість повітря залежить від випаровування та перенесення водяної пари повітряними течіями. Випаровування у першу чергу залежить від дефіциту насичення, а дефіцит тим більший, чим вища температура. Тому розподіл вмісту вологи в атмосфері визначається в основному розподілом температури повітря.

           Найбільший парціальний тиск водяної пари спостерігається в середині тропічних широт, де протягом усього року у багатьох місцях перевищує 30 гПа. Звідси він зменшується в обох півкулях при зростанні широти місцевості так само, як температура повітря. Зимою тиск водяної пари, як і температура, менший на материках у порівнянні з океаном. Це видно за положенням ізоліній, які прогинаються на суходолі до екватора. Над дуже холодними районами Якутії в січні є замкнені ізолінії тиску водяної пари 0,1 гПа. Менший тиск водяної пари можливий лише в центральних районах Антарктиди.

            Добовий хід відносної вологості повітря найкраще виражений при ясній погоді і значно менше при хмарній так само, як і температура. Протягом доби відносна вологість змінюється у зв’язку з добовим ходом фактичного тиску водяної пари е та з добовим ходом тиску насиченої водяної пари Е. Остання величина залежить лише від температури. Добовий хід фактичного тиску водяної пари малий, а тиску насиченої водяної пари − великий. Тому добовий хід відносної вологості повітря також великий і обернено пропорційний ходу температури. При зниженні температури відносна вологість повітря збільшується, при підвищенні – зменшується.

            Отже, добовий максимум відносної вологості повітря співпадає з добовим мінімумом температури, тобто спостерігається в час сходу Сонця. Добовий мінімум відносної вологості повітря співпадає з добовим максимумом температури і спостерігається о 14-15 год. На узбережжях морів та океанів бризи порушують цей звичний добовий хід відносної вологості. Денний бриз з моря зумовлює зниження температури на узбережжі і відносна вологість збільшується. Те ж саме спостерігається в горах та в атмосфері. Висхідні рухи повітря тут переносять вдень водяну пару вверх, де повітря адіабатично охолоджується і відносна вологість збільшується.

           Добова амплітуда відносної вологості повітря на суходолі більша, ніж на морі, особливо влітку. Так, в Дубліні зимою вона 7%, влітку 20%. Особливо велика амплітуда

          Є різні величини для оцінки вмісту водяної пари в атмосфері. Між більшістю з них є чітке співвідношення.

1. Одна із основних характеристик вологості повітря, про яку ми уже згадували, це парціальний тиск водяної пари е. Такий тиск міг би бути у випадку вилучення з атмосфери усіх газів та домішок за винятком водяної пари. Отже тиск водяної пари значно менший від атмосферного тиску. Крім того, ми вже згадували тиск насиченої водяної пари Е, тобто найбільший парціальний тиск водяної пари при цій же температурі. Парціальний тиск водяної пари е визначають за основною психрометричною формулою