Тёплый дождь и снег: физика осадков¶
Тёплый дождь — это жидкие атмосферные осадки с температурой воды выше нуля градусов Цельсия, выпадающие при положительной температуре воздуха у земной поверхности. Снег — твёрдые атмосферные осадки в виде кристаллов льда, образующихся при температуре воздуха ниже нуля. Оба явления являются формами выпадения атмосферных осадков и определяются термодинамическими условиями в атмосфере и у поверхности земли.
¶Физика осадков
Атмосферные осадки формируются в облаках, где водяной пар конденсируется вокруг ядер сгущения (пылинок, солевых частиц) с образованием капель или кристаллов льда. Какая фаза — жидкая или твёрдая — достигнет поверхности, зависит от температурного профиля воздуха на всём пути падения.
Ключевой величиной является температура замерзания воды — 0 °C при нормальном давлении. Если весь столб воздуха от облака до земли имеет температуру выше 0 °C, снег, выпавший из облака, растает по дороге и дойдёт до земли в виде дождя. Если температура ниже нуля на всём протяжении, снег сохранится. Смешанные случаи — когда часть столба воздуха тёплая, а часть холодная — приводят к дождю со снегом, мокрому снегу, дождю с ледяными зёрнами.
¶Условия выпадения тёплого дождя
Тёплый дождь выпадает, когда:
- температура воздуха у поверхности положительная;
- температурный слой между облаком и землёй не опускается ниже 0 °C, либо тёплая прослойка достаточно мощная, чтобы полностью растопить снег;
- относительная влажность воздуха высокая, что замедляет испарение падающих капель.
Тёплые дожди типичны для умеренных широт в межсезонье — осенью и весной, когда циклоны приносят тёплые воздушные массы. Зимой тёплый дождь — явление аномальное, но не редкое: он наблюдается во время так называемых «оттепелей», когда тёплый фронт вытесняет холодный воздух. В России тёплые зимние дожди фиксируются в европейской части, особенно в Поволжье, на Северном Кавказе и в Приморье.
¶Условия выпадения снега
Снег выпадает, когда температура воздуха в столбе от облака до земли остаётся ниже 0 °C. Кристаллы льда в облаках растут при температурах от −10 до −20 °C, где насыщение водяным паром по отношению к льду максимально. Форма кристаллов (звездочки, столбики, пластинки) зависит от температуры и влажности.
При падении кристаллы могут:
- сохранять форму (сухой снег);
- спекаться в хлопья (влажный снег);
- частично таять и снова замерзать (ледяные зёрна, крупа);
- полностью таять, превращаясь в дождь.
Температура у поверхности при снегопаде обычно от 0 до −5 °C. При сильных морозах (ниже −15 °C) снег сухой, сыпучий, плохо лепится.
¶Промежуточные формы осадков
Между чистым дождём и чистым снегом существует ряд переходных форм:
| Форма осадков | Температура воздуха | Описание |
|---|---|---|
| Снег | ниже 0 °C | Кристаллы льда, не тающие |
| Мокрый снег | около 0 °C | Кристаллы с плёнкой воды, липкий |
| Дождь со снегом | около 0 °C | Смесь капель и снежинок |
| Ледяная крупа | −5…0 °C | Полупрозрачные зёрна льда |
| Ледяные зёрна | −5…0 °C | Кристаллы с ледяной оболочкой |
| Дождь | выше 0 °C | Жидкие капли |
| Ледяной дождь (ледяной дождь) | около 0 °C | Капли, замерзающие при контакте с землёй |
Ледяной дождь — особый опасный случай: капли не замерзают в воздухе, но замерзают на холодных поверхностях, покрывая их ледяной коркой.
¶Термодинамика таяния снега
Для полного растапливания 1 кг снега при 0 °C требуется около 334 кДж теплоты (скрытая теплота плавления льда). Если тёплый воздух не способен передать столько энергии за время падения, снег частично сохранится. Именно поэтому при температуре воздуха +1…+3 °C снегопад возможен: снег выпадает, но быстро тает на земле.
¶Значение для климата и хозяйства
Тёплые дожди зимой опасны для сельского хозяйства: они разрушают снежный покров, обнажают почву, что ведёт к вымерзанию озимых культур. С другой стороны, тёплый дождь в межсезонье увлажняет почву после засухи.
Снег, в свою очередь, играет роль теплоизолятора: снежный покров толщиной 10–15 см снижает теплопотери почвы, защищая корни растений. В горных районах снег — основной источник весеннего водоснабжения.
¶Интересные факты
- В тропиках снег выпадает только на высокогорьях — выше 4500–5000 м.
- Самый тёплый снегопад зафиксирован в Монтане (США), когда снег шёл при +2 °C.
- В России рекордные зимние оттепели с дождём фиксировались в Москве, когда температура поднималась до +5…+7 °C в декабре.
Источники:
- Атмосферные осадки // Большая российская энциклопедия
- Географический энциклопедический словарь
- Синоптический глоссарий Гидрометцентра России
- Роджерс Р., Яу М. Микрофизика облаков