Дождь

Дождь — это атмосферные осадки, выпадающие из облаков в виде капель воды диаметром от 0,5 до 6–7 мм. Является одной из форм жидких осадков, наряду с моросью и ливнем. Дождь образуется в результате конденсации водяного пара в атмосфере и последующего укрупнения облачных капель до размеров, при которых они преодолевают сопротивление воздуха и падают на землю. Играет ключевую роль в круговороте воды в природе, является основным источником пресной воды для большинства экосистем суши и важнейшим фактором, влияющим на климат и сельское хозяйство.

Физика образования

Дождь возникает в облаках, состоящих из мельчайших капель воды (диаметром порядка 0,01–0,02 мм) или кристаллов льда. Процесс формирования дождевых капель может протекать двумя основными путями.

Коалесценция (слияние)

В тёплых облаках, температура которых выше 0 °C, капли воды постоянно сталкиваются друг с другом из-за турбулентных движений воздуха и разной скорости падения. При столкновении они могут сливаться, образуя более крупные капли. Когда капля достигает диаметра около 0,5 мм, она начинает падать, попутно захватывая и поглощая более мелкие капли. Этот процесс называется коалесценцией. Для выпадения дождя из тёплого облака необходимо, чтобы его толщина составляла не менее нескольких сотен метров, а скорость восходящих потоков воздуха была достаточной, чтобы удерживать капли от падения до тех пор, пока они не вырастут до нужного размера.

Процесс Бержерона — Финдайзена

В смешанных облаках, где одновременно присутствуют переохлаждённые капли воды (при температуре ниже 0 °C) и кристаллы льда, дождь образуется по механизму, описанному шведским метеорологом Тором Бержероном и немецким — Вальтером Финдайзеном. Давление насыщенного водяного пара над поверхностью льда ниже, чем над поверхностью переохлаждённой воды. Вследствие этого водяной пар начинает сублимироваться (переходить в твёрдое состояние) на кристаллах льда, которые быстро растут за счёт испарения окружающих переохлаждённых капель. Выросшие кристаллы льда становятся тяжёлыми и начинают падать. Если температура воздуха у земли выше 0 °C, они тают и достигают поверхности в виде дождя. Этот механизм считается основным для образования обильных и продолжительных осадков в умеренных широтах.

Размер и скорость падения

Размер дождевых капель варьируется. Мелкие капли (диаметром около 0,5 мм) имеют почти сферическую форму. Крупные капли (более 2 мм) под действием аэродинамических сил сплющиваются, приобретая форму, напоминающую булочку для гамбургера. При диаметре более 5–6 мм капля становится неустойчивой и разбивается на более мелкие. Скорость падения капли диаметром 2 мм составляет около 6,5 м/с, а капли диаметром 5 мм — около 9 м/с.

Классификация дождей

В метеорологии и в быту дожди классифицируются по различным признакам: интенсивности, продолжительности, происхождению и характеру выпадения.

По интенсивности

• Слабый дождь (морось): Интенсивность менее 0,5 мм/ч. Капли мелкие, частые, выпадение практически не ощущается.
• Умеренный дождь: Интенсивность от 0,5 до 4 мм/ч. Капли среднего размера, хорошо различимы.
• Сильный дождь (ливень): Интенсивность более 4 мм/ч, может достигать 100 мм/ч и более. Капли крупные, выпадение сопровождается резким ухудшением видимости.

По происхождению и характеру выпадения

• Обложной дождь: Выпадает из слоисто-дождевых облаков (Ns) и высокослоистых (As). Характеризуется равномерной интенсивностью, большой продолжительностью (от нескольких часов до суток и более) и охватом обширных территорий. Обычно связан с прохождением тёплого фронта.
• Ливневый дождь: Выпадает из кучево-дождевых облаков (Cb). Отличается внезапным началом, резкими колебаниями интенсивности, короткой продолжительностью (от нескольких минут до часа) и, как правило, локальным характером. Часто сопровождается грозами, шквалами и градом.
• Моросящий дождь (морось): Состоит из очень мелких капель (диаметром менее 0,5 мм), которые как бы парят в воздухе. Выпадает из слоистых (St) и слоисто-кучевых (Sc) облаков. Интенсивность крайне мала.
• Ледяной дождь: Редкое явление, при котором дождь выпадает при отрицательной температуре воздуха у поверхности земли. Капли дождя, падая, мгновенно замерзают, образуя ледяную корку (гололёд) на ветвях деревьев, проводах и дорогах. Образуется, когда тёплый воздух располагается над холодным приземным слоем.

Специфические виды

• Грибной дождь: Народное название для тёплого, мелкого и непродолжительного дождя, который выпадает при светящем солнце. Считается, что после него хорошо растут грибы.
• Слепой дождь: Синоним грибного дождя.
• Кислотный дождь: Дождь, содержащий растворённые оксиды серы и азота, которые, соединяясь с водой, образуют серную и азотную кислоты. Является результатом промышленных выбросов и выхлопных газов, наносит вред экосистемам и сооружениям.
• Радиоактивный дождь: Дождь, содержащий радиоактивные изотопы, выпадающий после ядерных взрывов или аварий на атомных объектах.

Влияние на природу и человека

Дождь является одним из важнейших факторов, формирующих условия жизни на Земле.

Гидрологический цикл

Дождь — ключевое звено круговорота воды. Он пополняет запасы пресной воды в реках, озёрах и подземных водоносных горизонтах. От количества и режима выпадения дождей напрямую зависит водность рек, уровень грунтовых вод и влажность почвы.

Сельское хозяйство

Для большинства сельскохозяйственных культур дождь является основным источником влаги. Недостаток дождей (засуха) приводит к неурожаям, а избыток (переувлажнение) — к загниванию корней и развитию болезней растений. В регионах с недостаточным увлажнением применяется искусственное орошение.

Экосистемы

Распределение дождей определяет типы природных зон: от влажных тропических лесов (более 2000 мм осадков в год) до пустынь (менее 100 мм). Растения и животные адаптированы к определённому режиму увлажнения. Дождь также участвует в процессах эрозии почв и выветривания горных пород.

Человек и инфраструктура

Дождь оказывает как положительное, так и отрицательное влияние на жизнь человека. С одной стороны, он очищает воздух от пыли и загрязнителей, создаёт комфортный микроклимат. С другой — сильные ливни могут вызывать наводнения, оползни, подтопления зданий и дорог. Ледяной дождь приводит к обрывам линий электропередач и травматизму. Для защиты от дождя люди используют зонты, плащи, водонепроницаемую одежду, а также строят крыши и навесы.

Культура и искусство

Дождь часто упоминается в литературе, музыке, живописи и кинематографе. Он может символизировать грусть, очищение, обновление или романтику. Существует множество народных примет, связанных с дождём. Например, обильная роса утром предвещает ясный день, а красный закат — ветреную погоду. В русской культуре образ дождя часто встречается в творчестве поэтов (А. С. Пушкин, А. А. Фет, Ф. И. Тютчев) и художников (И. И. Левитан, А. К. Саврасов).

Измерение и прогнозирование

Количество выпавших осадков измеряется с помощью дождемера (осадкомера) — сосуда с известной площадью приёмного отверстия. Количество осадков выражается в миллиметрах слоя воды, выпавшей на горизонтальную поверхность. 1 мм осадков соответствует 1 литру воды на 1 квадратный метр.

Прогнозирование дождей основывается на данных метеорологических спутников, радиолокаторов (метеорадаров) и наземных метеостанций. Метеорадары позволяют обнаруживать зоны осадков на расстоянии до 200–300 км, определять их интенсивность, тип (дождь, снег, град) и направление движения. Современные численные модели погоды с высокой точностью прогнозируют время начала, продолжительность и интенсивность дождей на срок до нескольких суток.

Источники

1. Хромов С. П., Петросянц М. А. Метеорология и климатология. — М.: Издательство МГУ, 2004.
2. Матвеев Л. Т. Основы общей метеорологии. Физика атмосферы. — Л.: Гидрометеоиздат, 1965.
3. Бримблкумб П. Состав и химия атмосферы. — М.: Мир, 1988.
4. Гидрометеорологический словарь / Под ред. А. Н. Афанасьева. — Л.: Гидрометеоиздат, 1974.
5. Большая советская энциклопедия. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 1969—1978.