Колебание атмосферного давления предопределяет значительные изменения погоды. При высоком атмосферном давлении обычно бывает хорошая погода — безоблачное небо, сухой воздух, нет сильного ветра. Низкое давление, наоборот, часто сопровождается облачностью, образованием тумана, осадками, ветрами. Все эти (и, как увидим, многие другие) компоненты погоды существенно влияют на организм человека, животных и растений, вызывая в нем определенные физиологические, а временами и патологические реакции.
Каждый из нас наверняка не раз наблюдал за движением облаков. И при этом задавался вопросом: не соберутся ли эти облака в сплошную тучу, не испортят ли нам загородную прогулку, не заставят ли сидеть дома?
Нет, одиночные и сравнительно небольшие кучевые тучи обычно дождя не обещают. Все, наверное, не раз видели, как за самолетом, который летит в вышине, тянется длинный белый хвост-шлейф, очень похожий на облако. Это, в сущности, и есть облако, образовавшееся за счет конденсации водяного пара. Продолжительность существования таких следов-хвостов зависит от влажности атмосферы.
Образование туч связано с влажностью воздуха. О ней каждое утро сообщают в прогнозах погоды по телевидению и радио. Что же это такое — влажность воздуха?
При любой температуре в воздухе содержится водяной пар. Уровень его содержания, в зависимости от температуры воздуха, колеблется от 0,01 до 4 объемных процентов. Количество водяного пара в воздухе и определяет его влажность. Если количество его достигает максимума, то говорят, что воздух становится насыщенным, а влажность — максимальной. Дальнейшее поступление водяного пара в воздух приводит к его перенасыщению, конденсации чрезмерного пара и образованию тумана. Однако полного насыщения воздуха водяным паром, как правило, не бывает. Поэтому принято говорить о фактическом содержании водяного пара в воздухе при данной температуре. Эту величину называют абсолютной влажностью. При повышении температуры воздуха способность его воспринимать водяной пар возрастает, поэтому увеличивается испарение и повышается абсолютная влажность.
Определяя степень насыщенности воздуха водяным паром, говорят о его относительной влажности. Относительная влажность — это отношение абсолютной влажности к максимальной при данной температуре. Выражается в процентах. Чем выше относительная влажность, тем выше насыщенность воздуха водяным паром, тем ближе она к максимальной.
Влажность воздуха тесно связана и с барометрическим давлением. Это обусловлено тем, что плотность водяного пара относительно плотности воздуха, которую принимают за единицу, равняется 0,623. Вследствие этого влажный воздух легче сухого, а атмосферное давление в нем уменьшается. Так, при температуре 20° и давлении 760 мм один кубический метр ненасыщенного воздуха весит 1205 г, а насыщенного водяным паром — 1196. Итак, если люди смотрят на барометр и говорят, что давление уменьшается, это означает, что воздух становится более влажным, более насыщенным водяным паром, и при определенных условиях можно ждать осадков.
Образование облаков связано с возникновением в атмосфере зон высокой относительной влажности. Облака — это сосредоточения в атмосфере водяного пара в виде большого количества мельчайших капель воды или кристалликов льда (или тех и других вместе). Капли получаются и увеличиваются за счет конденсации водяного пара. В тучах они мизерные, диаметр их колеблется от тысячных до сотых частиц миллиметра. В одном кубическом сантиметре помещаются сотни таких капель. Кристаллы обычно имеют в десятки раз большие размеры, но количество их меньше — до сотни в одном литре воздуха. В облаках есть и очень крупные капли, величиной с десятую часть миллиметра. Количество их в одном литре воздуха меньше единицы. Подобные капли и бывают зародышами осадков. Часто сосредоточение капель и кристалликов воды происходит близко к земной поверхности, и тогда их называют туманом.
Водяной пар в основном помещается в нижней части атмосферы — тропосфере. Именно в ней на разной высоте и сосредоточено подавляющее большинство облаков.
Облака имеют огромное значение в формировании погоды, их называют погодосоздающим фактором, поскольку они определяют формирование и режим осадков, что влияет на тепловой режим атмосферы и Земли. Ученые-метеорологи разделяют облака на десять основных форм. В зависимости от высоты нижней границы туч их относят к одному из трех ярусов, или классов: верхнему, среднему и нижнему.
К облакам верхнего яруса, или первого класса, высота которых превышает 6 километров, относятся: перистые, перисто-слоистые и перисто-кучевые. Облака среднего яруса, или второго класса, с высотой 2–6 км от поверхности Земли, — высоко-слоистые и высоко-кучевые. К облакам нижнего яруса — третьего класса, с высотой ниже двух километров, принадлежат слоистые, слоисто-кучевые и слоисто-дождевые.
К отдельному классу относятся облака вертикального развития, основа которых может находиться в нижнем ярусе, а вершина — в верхнем. Обычно нижняя основа их расположена на высоте от 0,5 до 1,5 км, а вверх они могут протягиваться до 6 км и даже выше, к верхней границе тропосферы. Это кучевые и слоисто-дождевые облака.
Большей частью облака верхнего и среднего ярусов не угрожают изменением погоды и осадками. Другое дело облака нижнего яруса и вертикального развития. Из них наиболее «безопасные» — отдельные кучевые облака, которые медленно проплывают в голубой вышине. Часто их называют облаками хорошей погоды. Кучевые облака — взбитые, пушистые на вид. Освещенные солнечным лучом, они становятся белоснежными. Выступающие части такого облака дают резкую тень.
Кучевые облака обычно появляются в теплое время года, как правило, утром, если поверхность земли хорошо прогрелась и от нее поднимаются струи теплого воздуха. Днем эти облака увеличиваются и достигают наибольшего размера в полуденные часы. Во второй половине дня они становятся плоскими и растекаются или, наоборот, собираются, образуя облачные горы, башни. Все это свидетельствует о мощном развитии вертикальных движений в атмосфере. В этом случае кучевые облака превращаются в слоисто-дождевые. Во время ветра верхние части их развеиваются и выступают вперед веерами или метлами, которые торчат из большой массы облаков пасмурного, темного цвета. Процесс завершается ливнями и грозами.
Слоисто-дождевые облака называют еще грозовыми. Развитие грозы связано с образованием электрических зарядов на каплях воды в нижних пластах и передних частях туч и на поверхности земли. При возникновении электрического разряда между тучами и землей раздается сильный удар — гром — и ослепительно вспыхивает молния. Сила тока при этом очень часто достигает 10 тысяч ампер, а иногда может достичь и 100 тысяч.
На суше наиболее часто грозы бывают в 15–18 часов дня, когда земля более всего нагрета. На море грозы чаще бывают после полудня, если разность между температурой воды и воздуха достигает максимума. Приблизительно 80 % гроз приходится на теплую часть лета. В особенности часто грозы бывают в августе, причем наиболее грозовой порой русского лета считают первые пять августовских дней. Редко когда в эти дни не раздаются раскаты грома и не вспыхивают молнии. Зачастую бывает и град. Количество гроз в северных районах во много раз меньше, чем в южных. В Карелии, например, гроз бывает в среднем 9 в год, а в черноземной полосе — до 25.
На возможный дождь указывают и слоисто-дождевые облака нижнего яруса, которые имеют вид сплошной серой завесы огромной вертикальной мощности. Летом они дают продолжительные осадки в виде обложного дождя, а зимой — снега. Впрочем, воздушные течения могут пронести такие тучи дальше, и дождь прольется не в нашей местности, а в совсем другом районе. Кстати, существует связь между атмосферным давлением и ветром: изменение давления обязательно вызовет изменение ветра. И если бывает сильный ветер, то это предвещает хорошую погоду, а если всех удручает духота, жара — непременно будет дождь.