Образование тумана¶

Туман — природное явление, заключающееся в конденсации водяного пара в приземном слое атмосферы с образованием множества мельчайших капель воды или кристаллов льда, снижающих горизонтальную видимость до значений менее 1000 метров. Туман относится к классу атмосферных явлений и представляет собой разновидность облака, достигшего поверхности Земли. По физической природе туман — коллоидная система «жидкость (или твёрдое тело) — газ», в которой капли воды или ледяные кристаллы взвешены в воздухе.

¶Общие условия образования

Для возникновения тумана необходимы три условия: наличие в воздухе водяного пара, охлаждение воздуха до точки росы и наличие ядер конденсации — мельчайших частиц пыли, солей, дыма или других аэрозолей, на которых пар превращается в капли. Водяной пар — постоянный компонент атмосферы, его содержание зависит от температуры: чем теплее воздух, тем больше пара он способен удерживать. При охлаждении воздуха до насыщения относительная влажность достигает 100 %, и избыточный пар начинает конденсироваться.

¶Охлаждение воздуха

Основной механизм образования тумана — охлаждение воздушной массы, приводящее к достижению точки росы. Различают несколько способов такого охлаждения:

• Радиационное охлаждение — ночное остывание приземного слоя воздуха за счёт теплового излучения поверхности Земли. Наиболее благоприятны условия при ясном небе, слабом ветре и высокой влажности. Именно этот механизм лежит в основе образования приземного радиационного тумана, распространённого в умеренных широтах.
• Адвекционное охлаждение — охлаждение тёплого влажного воздуха при его перемещении над более холодной поверхностью (холодной водой, снежным покровом, промёрзшей почвой). Так возникает адвекционный туман, часто наблюдающийся в приморских районах.
• Фронтальное охлаждение — охлаждение воздушной массы на атмосферных фронтах, где тёплый воздух вынужден подниматься над холодным.
• Адвекция и турбулентное перемешивание — смешение тёплого влажного воздуха с холодным при турбулентности в нижних слоях атмосферы.

¶Классификация туманов по происхождению

¶Роль ядер конденсации

Чистый пар при равномерном охлаждении может переохладиться, не образуя капель, — так называемая гомогенная конденсация. В реальной атмосфере ядра конденсации всегда присутствуют: это частицы морской соли, пыль, продукты горения, пыльца растений, сульфаты и нитраты. Размер ядер — от долей микрометра до нескольких микрометров. Их концентрация влияет на плотность тумана: чем больше ядер, тем мельче капли и тем гуще туман при той же массе конденсированной воды.

¶Роль ветра и инверсии

Для образования приземного тумана критически важна устойчивая стратификация атмосферы. Инверсия температуры — слой, где температура с высотой растёт — удерживает влажный воздух у поверхности и препятствует его вертикальному перемешиванию. Именно поэтому туманы часто сопровождают антициклональную погоду с ясным небом и слабым ветром. Сильный ветер разрушает инверсию, перемешивает слои и рассеивает туман, хотя умеренный ветер (2–4 м/с) может способствовать адвекционному туману.

¶Туман и роса, изморозь

Образование тумана тесно связано с другими явлениями конденсации. Роса — капли воды, оседающие на предметах при охлаждении их ниже точки росы. Изморозь — отложение ледяных кристаллов на предметах при температуре ниже 0 °C. Инверсия температуры, как отмечалось, создаёт условия для приземного тумана. Все эти явления объединяет один физический процесс — переход водяного пара из газообразного состояния в жидкое или твёрдое при охлаждении насыщенного воздуха.

¶Влияние на климат и погоду

Туман оказывает существенное влияние на радиационный баланс. Днём он отражает значительную часть солнечной радиации, охлаждая поверхность; ночью задерживает тепловое излучение Земли, препятствуя резкому похолоданию. В горных районах туманы служат источником влаги — их капли оседают на растениях и почве, что особенно важно для лесов с частыми туманами (например, в приморских широколиственных лесах Дальнего Востока).

¶Метеорологическое значение

В синоптической практике туманы подразделяются на приземные (высота до 50 м), слоистые (до 200 м) и приподнятые (выше 200 м). Прогноз туманов основан на расчёте баланса влаги и тепла в приземном слое с учётом прогнозируемой облачности, ветра и температуры поверхности. Особую сложность представляет прогноз туманов над морями и в горах, где малая достоверность исходных данных снижает точность расчётов.

¶Туман в городах

В крупных городах туманы нередко приобретают характер смога — тумана, загрязнённого продуктами промышленного выброса и автомобильного транспорта. Высокая концентрация аэрозолей в городском воздухе увеличивает число ядер конденсации, что приводит к образованию более плотных, но более мелкокапельных туманов по сравнению с сельскими районами. Городской эффект острова тепла при этом может препятствовать радиационному туману, смещая его формирование на пригородные территории.

Источники:

• Альтергот З. П., Боков В. А., Бутырин С. А. и др. Гидрометеорология: учебник для вузов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1988.
• Дерюгин К. К. Метеорология и климатология. — Л.: Гидрометеоиздат, 1969.
• Родионов В. Н. Атмосферные туманы. — Л.: Гидрометеоиздат, 1983.
• Хромов С. П., Мамонтова Л. И. Метеорологический словарь. — Л.: Гидрометеоиздат, 1974.