От чего появляются явления природы дождь

Ученица 5 класса в школе «Фоксфорда»

Что такое дождь

Дождь — это один из этапов круговорота воды в природе. Облака появляются благодаря испарению влаги с поверхности водоёмов, почвы и растений. В результате охлаждения испарений в воздухе в более холодных слоях атмосферы конденсируется водяной пар и появляются небольшие капли. Они соединяются в более крупные и проливаются на поверхность земли в виде дождя. Средний диаметр капель — 0,5–0,6 миллиметров. Если он будет меньше, мы, скорее всего, скажем, что на улице моросит.

В европейской части России привычно думать, что именно осень — время дождей. Осенью и правда часто идут дожди, но иногда летом выпадает больше осадков. Чаще это случается так: если на юге из-за жаркой погоды происходит интенсивное испарение, то ветер может пригнать сформировавшиеся из этих испарений облака в более холодные области, пар охладится и выпадет на землю в виде дождя.

Какие есть виды дождя

В европейской части России чаще всего выделяют несколько видов:

Обыкновенный. Дождь без каких-либо ярко выраженных признаков. Средняя мощность, средняя продолжительность. Как правило, выпадает в тёплый период.

‍Ливневый. Отличается внезапностью и особой мощностью. За короткий период на землю выливается огромное количество воды. Ливень часто сопровождается громом и молнией. Обычно возникает в конце весны и летом.

‍Обложной. Дождь с каплями среднего размера, выпадающий из слоисто-дождевых облаков. Идёт от нескольких часов до нескольких дней. Чаще всего его можно наблюдать осенью.

‍Кратковременный. Основной признак — быстротечность. Резкое начало и такой же неожиданный конец. Выпадает из кучевых облаков.

‍Грибной. Интересное природное явление — во время дождя продолжает светить солнце. Грибной дождь непродолжителен. В народе такой дождь ещё называют слепым.

‍Снежный. Этот дождь часто совпадает с первым снегом. Бывает в конце осени — начале зимы.

‍С градом. Несмотря на льдинки, порой очень крупных размеров, выпадает чаще всего именно летом, а не зимой. Обычно кратковременный, мощный и нередко опасный.

Почему где-то больше дождя, а где-то совсем мало

В течение года на землю выпадает более 500 тысяч кубических километров атмосферных осадков, и только 21% из них выпадает на суше, все остальные — над океаном.

На количество и распределение осадков влияет много факторов: температура воздуха, атмосферное давление, рельеф, ветры, океанические течения и смены сезонов. Максимальное количество осадков приходится на области пониженного давления с восходящими потоками воздуха.

В экваториальных широтах в среднем выпадает 1,5–2 тысячи миллиметров в год, в умеренных — до тысячи миллиметров. Минимальное количество осадков характерно для областей с высоким давлением и нисходящими потоками воздуха.

В тропиках количество осадков составляет 100–400 миллиметров, в полярных областях — до 100–200 миллиметров.

10 самых дождливых мест на Земле

‍1. Маусинрам, Индия — 11 871 мм осадков в год.
2. Черапунджи, Индия — 11 777 мм осадков в год.
3. Тутунендо, Колумбия — 11 770 мм осадков в год.
4. Река Кропп, Новая Зеландия — 11 516 мм осадков в год.
5. Остров Биоко, Экваториальная Гвинея — 10 450 мм осадков в год.
6. Дебунджа, Камерун — 10 299 мм осадков в год.
7. Биг Бог, Гавайи — 10 272 мм осадков в год.
8. Ваиалеале, Гавайи — 9 763 мм осадков в год.
9. Кукуи, Гавайи — 9 293 мм осадков в год.
10. Эмэйшань, Китай — 8 169 мм осадков в год.

Для сравнения можно вспомнить место, где зафиксировано самое минимальное количество дождя. Это пустыня Атакама, которая находится в Южной Америке. И там в среднем выпадает 10 миллиметров осадков за целый год!

Как объяснить ребёнку, почему идёт дождь

Солнце прогревает землю — из-за того, что на планете много рек и озёр, свет касается и воды. Она в свою очередь нагревается и становится паром, который трудно увидеть. Здесь можно провести аналогию — присмотритесь, как закипает чайник или кастрюля с водой. Когда они нагреваются, появляется пар, который поднимается наверх, а крышка покрывается каплями.

Так же происходит с большими водоёмами. Когда в атмосфере образуется множество микроскопических капелек воды или кристаллов льда водяного пара в виде тучи, туча не выдерживает веса и отправляет капли обратно на землю. Иногда пар поднимается в одном месте, а ветер угоняет это облако пара с каплями, и они выпадают в другом.

Почему после дождя появляется радуга

Радуга появляется, когда светит солнце, а воздух насыщен множеством крохотных капель воды. Радугу создают лучи, которые проходят через капли как через призму или линзу. Обычно мы видим солнечный свет белым, но он состоит из лучей разных цветов.

Кстати, принято считать, что в радуге семь цветов, но на самом деле их гораздо больше.

Иллюстрация: Somewan / Dribbble

Вы получите записи уроков по нескольким предметам, познакомитесь с учителями и попробуете решить домашнее задание

Источник

О механизме зарождении дождя стало известно всего несколько лет назад

Аристофан, трактат «Облака» (перевод А. Пиотровского)

Сегодня никому не нужно доказывать, что пар поднимается наверх, что влажный воздух легче сухого и что наверху холодно. Зато мало кому известно, что, если охлаждать идеально чистый влажный воздух, то в нем влага очень долго не оседает. В природе, где идеальной чистоты нет, пересыщенность воздуха влагой не превышает 102%, а в камере Вильсона с тщательно профильтрованным воздухом можно достичь пересыщенности в 800%, прежде чем влага все-таки начнет оседать. Разгадка в том, что для конденсации каплям нужна какая-то твердая частица, например пылинка. Над большими городами это обычно крошечные частицы автомобильных шин, летающие на высоте несколько километров над землей. Чем больше город, тем больше над ним летает частиц резины, тем больше влаги на них может осесть и тем обильнее там будет дождь. Когда автомобилей не было, дожди все равно шли — но не в таких количествах и не в тех местах. До появления шестиполосного хайвея от Голливуда до Лос-Анджелеса большая часть дождей выпадала у берега, поскольку туча от теплого моря подплывала к холодной суше и на границе температур проливалась. С появлением мегаполисов в Южной Калифорнии облака над городами стали засеваться резиновой пылью и проливаться дальше, чем раньше. В отличие от чистых облаков, в которых капель мало, но зато они большие и проливаются быстро, засеянные пылью облака содержат очень много мелких капель, и, чтобы вырасти и пролиться, им нужно время покрутиться в «центрифугах» облака и посталкиваться между собой. За это время они проплывают несколько километров. Проследить направление ветра и поставить мощную дымовую шашку неподалеку от полей и садов — это самый простой способ заставить дождь работать в странах, где вода на вес золота.

Дождь из центрифуги

Низкие облака (их еще называют теплыми) состоят из капель размером до 10 микрон. Под своим весом они медленно опускаются в нижнюю часть облака, но, не долетая до самого низа, испаряются из-за трения о воздух, и пар снова поднимается наверх. Этот круговорот капель в облаке создает динамическое равновесие, поэтому облако не падает. Чтобы пролиться вниз дождем, этим капелькам нужно весить в сто раз больше. Но парадокс в том, что чем капля больше, тем медленнее она растет. Выросши до 10 микрон (сотая доля миллиметра), капли практически перестают расти. Если бы дождь шел оттого, что капли сами выросли за счет конденсации и под своей тяжестью стали падать, то облака терпеливо висели бы над землей целую неделю. В реальности от появления облака до дождя проходит час-полтора, а в тропиках и вовсе минут двадцать. В школе нас учили, что капли в облаке сливаются вместе и проливаются дождем. Но эксперименты европейских физиков показали, что слить вместе капли размером от 1 до 10 микрон практически невозможно. Потоки одинаковых по размеру капель плывут с одной и той же скоростью в одних направлениях и потому не смешиваются. Но даже если капли разного размера движутся навстречу друг другу, маленькая всегда обтекает большую. Ученые всего мира многие века не знали механизма зарождения дождя. Правда открылась всего несколько лет назад.

Ветер всегда дует вихрем, а не в каком-то направлении. Вихри создают в облаке центрифуги, которые крутят капли рывками в разных направлениях. Это называется турбулентностью. Турбулентность может быть опасна для самолетов, зато она совершенно необходима для дождей. Раскрученные до большой скорости капли вырываются из орбит своих центрифуг и сталкиваются, образуя крупные дождевые капли. К такому выводу пришли мы вместе с физиками-теоретиками Александром Фуксоном и Михаилом Степановым и опубликовали об этом статью в Nature. А в 2014 году небольшое, но полностью «идентичное натуральному» облако создали в физическом Институте Макса Планка, где наша теория подтвердилась экспериментально.

Пока в Германии проверяли наши расчеты, мы вместе с аспирантом МФТИ Сергеем Беланом предсказали возможность отрицательного турбофореза — явления, при котором частицы в турбулентном потоке движутся в невозможном с общепринятой точки зрения направлении. Другими словами, мы поправили самого Джеймса Максвелла, который утверждал, что движущиеся частицы всегда собираются в самом холодном месте, как, например, частички копоти на внутренней поверхности керосиновой лампы. Логика Максвелла была проста: чем выше температура, тем быстрее движутся частицы среды и быстрее толкают попавшую в них чужеродную частицу. Так, случайным образом они выталкивают ее туда, где скорость частиц среды меньше, то есть их температура ниже. В турбулентной среде это правило работает и без учета разности температур по тому же принципу, то есть частицы вылетают из турбины к ее краям. Но более крупные из них обладают своей инерцией и, оказалось, могут двигаться в центр турбины с ее краев. Это открытие хоть и усложнило микрофизические расчеты эволюции облака от его появления до наступления дождя, зато еще больше сблизило теорию и практику.

Девять уравнений на сантиметр

Метеорологи и сегодня считают физиков чудаками, а каких-то десять-двадцать лет назад они вообще не воспринимали их всерьез. Поэтому когда похожие идеи высказывал в 80-е годы ХХ века один американский физик-теоретик, метеорологи махнули на него рукой. А на рубеже столетий, спустя всего лишь 20 лет, эту идею и наши расчеты скопления дождевых капель в облаке на стыке вихрей уже не отбраковали так безоговорочно. Теперь метеорологи пытаются превратить их в свой рабочий инструмент. Физики смеются: «У них же на десятки километров облаков всего три численных параметра, а у нас на один кубический сантиметр девять уравнений в частных производных! Как эти данные вообще возможно совместить?»

Меня часто спрашивают, когда будет практическое применение моих расчетов. Использоваться в метеорологии они будут лет через 30-40. Уже появилось первое поколение метеорологов, которые понимают микрофизику. Еще несколько поколений, и они научатся ее использовать.

текст Григорий Фалькович, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем передачи информации РАН

Источник