Условия образования туманов

1. Туман возникает в том случае, когда у земной поверхности создаются благоприятные условия для конденсации водяного пара. Нужные для этого ядра конденсации существуют в воздухе всегда.

Вследствие гигроскопичности ядер конденсации образование тумана начинается при относительной влажности меньше 100 % (около 90-95 %), т. е. еще до достижения точки росы. Известно, что при температурах около -10 °С туман может быть смешанным, а при более низких температурах даже и чисто кристаллическим. Существование тумана при таких температурах возможно при значениях относительной влажности меньше 100 %. Такая влажность указывает на отсутствие насыщения по отношению к жидкой воде, но для ледяных кристаллов она будет соответствовать насыщению.

Приближение к состоянию насыщения происходит преимущественно в результате охлаждения воздуха. Второстепенную роль играет увеличение влажности воздуха вследствие испарения с теплой поверхности в холодный воздух.

В зависимости от этих причин образования туманы делят на два основных класса: туманы охлаждения и туманы испарения. Первый из этих классов абсолютно преобладает.

2. Охлаждение воздуха у земной поверхности происходит при разных условиях. Во-первых, при перемещении воздуха с более теплой подстилающей поверхности на более холодную. Туманы, которые при этом возникают, называются адвективными. Во-вторых, при радиационном охлаждении подстилающей поверхности. Воздух в этом случае охлаждается главным образом от земной поверхности. Возникающие при этом туманы называют радиационными. В-третьих, при влиянии обоих факторов. Туманы, возникающие в этом случае, называют адвективно-радиационными.

3. Адвективные туманы возникают в теплых воздушных массах, перемещающихся над более холодной поверхностью, т. е. при перемещении воздушных масс из низких широт в высокие или зимой с теплого моря на холодную сушу, летом с теплой суши на холодное море, а также с теплых участков морской поверхности на холодные (например, у Ньюфаундленда при переносе воздуха из области Гольфстрима в область Лабрадорского течения).

На суше адвективные туманы наблюдаются чаще всего осенью и зимой, когда существуют особенно значительные различия в температуре между низкими и высокими широтами, а также между сушей и морем. На море они наблюдаются чаще весной и летом.

Адвективные туманы простираются в высоту на сотни метров. Возникают они при значительных скоростях ветра, поэтому в них может происходить коагуляция капель, и они принимают моросящий характер: наиболее крупные капельки из них выпадают.

4. Радиационные туманы различаются двух типов: поземные и высокие. Поземные туманы наблюдаются только над сушей в ясные и тихие ночи. Они связаны с ночным радиационным выхолаживанием почвы или снежного покрова. Вверх они распространяются лишь на десятки метров. Распределение их носит локальный характер: возникают пятнами, особенно в низинах, вблизи болот, на лесных полянах. Над большими реками они не возникают вследствие конвекции над теплой (в ночные часы) водой.

Поземные туманы образуются в тихую погоду, но не при штиле - небольшая скорость ветра необходима для возникновения турбулентности, обусловливающей распространение охлаждения и тумапообразования вверх. Эти туманы возникают в слое приземной инверсии и после восхода солнца исчезают вместе с ней.

Высокие радиационные туманы могут наблюдаться на суше \ и на море до высоты нескольких сотен метров в устойчивых антициклонах в холодное время года. Это результат постепенного, день за днем, выхолаживания воздуха в нижних слоях антициклона. Такой туман может сохраняться неделями над большими районами, сплошь их захватывая.

5. Туманы испарения возникают чаще всего осенью и зимой в холодном воздухе над более теплой открытой водой. Над реками и озерами в глубине материков они появляются вечером или ночью, куда стекает воздух, охлажденный над соседними участками почвы. Туманы испарения могут возникать также вечером во время или после дождя, когда почва сырая и сильно испаряет, а температура воздуха падает. Над арктическими морями туманы испарения возникают над полыньями или открытой водой у кромки льда, куда переносится более холодный воздух с ледяного покрова или материка. Над внутренними морями такими, как Балтийское и Черное, они наблюдаются зимой при переносе на них холодных воздушных масс с суши. Туман испарения обычно клубится и быстро рассеивается, так как нагревается снизу от теплой воды. Но если причина туманообразования длительно сохраняется, то туман может наблюдаться подолгу.

Туманы перечисленных типов являются внутримассовыми, т. е. возникают внутри воздушных масс, независимо от фронтов. Однако наблюдаются и туманы, связанные с фронтами. К ним относится один из видов туманов испарения - предфронгальный туман. Выпадающие фронтальные осадки увлажняют почву. В результате усиленного испарения как с почвы, так и с падающих капель дождя, воздух у земной поверхности достигает насыщения и в нем образуется туман. Такой туман наблюдается сплошной полосой перед фронтом вместе с дождем.

6. Можно "предвидеть появление поземного радиационного тумана в ближайшую ночь, основываясь на состоянии погоды с вечера. Если погода тихая и ясная и в вечерний срок наблюдений температура близка к точке росы, то с большей или меньшей уверенностью можно предсказать появление ночью поземного тумана. Для этой цели на основе многолетних наблюдений строят графики или выводят эмпирические формулы, которые позволяют определить ночное понижение температуры в данной местности по значениям метеорологических величин за вечерний срок. Если ночной минимум температуры достигнет точки росы, можно ожидать начала туманообразования. Однако интенсивный туман возникает лишь в том случае, если ночной минимум температуры будет значительно ниже, чем точка росы, определенная по вечерним наблюдениям. Только при этом условии сконденсируется достаточное количество водяного пара.

7. В суточном ходе туманы на равнине имеют максимум интенсивности и повторяемости утром. На высоких уровнях в горах туманы распределяются в течение суток равномерно или имеют слабый максимум в послеполуденные часы. Причина заключается в особых условиях туманообразования в горах.

Горный туман, по существу, представляет собой облако, возникающее в связи с восходящим движением воздуха по горным склонам. Этот туман, связанный с адиабатическим охлаждением воздуха, может быть выделен в особый тип тумана склонов.

Летний туман у реки необыкновенно прекрасен. Только в такие моменты понимаешь, как же хорошо жить! А уж далекие берега, закрытые туманной дымкой, навевают лирические воспоминания и мечты.

Впрочем, даже у самого отпетого эстета далеко не всегда найдется ответ на вопрос о том, что такое туман и каков механизм его образования. Если вы тоже не знаете этого, приглашаем прочесть нашу статью.

Начать следует с того, что это природное явление образуется в том случае, если разогретый за день воздух соприкасается с холодной поверхностью воды или почвы.

Так что такое туман? Это - конденсат в форме мельчайших капелек (аэрозоля), которые, собравшись в одном месте, снижают видимость иногда до ноля.

Отметим, что образование туманов невозможно без твердых или жидких частиц, называемых ядрами конденсации. Именно на них начинает осаждаться вода, образуя капли. Само собой разумеется, что классические туманы из воды образуются только тогда, когда температура окружающего воздуха не ниже -20 градусов по Цельсию. В противном случае образуется их ледяная форма.

Кстати, а что такое туман изо льда? Фактически их образование начинается с конденсации той же самой воды на частичках в воздухе, но из-за низкой температуры эти капельки мгновенно переходят в твердую фракцию. Учитывая, что коэффициент светопреломления у льда выше, видимость в этом случае падает еще сильнее.

Это вам подтвердят все водители, которые хоть раз работали в условиях Крайнего Севера. В таких условиях крайне тяжело вести машину, так как даже почти ничем не помогают. Да и стекло обледеневает за пару минут, так что увидеть дорогу просто нереально.

Чаще всего туман (природа которого нами рассмотрена) образуется в осеннее время, так как воздух в этот период охлаждается медленнее водной или земной поверхности. В месте возникновения этого явления природы влажность атмосферного воздуха стремится к 100%.

Как мы уже говорили, структура тумана может быть самой разной. Образование может быть представлено только капельками воды, водой и льдом, а также исключительно ледяным кристаллами.

Как видите, туман - явление природы многостороннее, а потому неудивительно, что различают несколько его видов:

• Сплошной тип. Видимость ограничена едва ли не до ноля, движение автомобильного транспорта и полеты самолетов приостанавливаются.
• Дымчатая разновидность. Видимость падает средне, опасность при невысокой скорости движения невелика.
• «Поземь» - туман стелется на уровне почвы.

На берегах канадского Ньюфаундленда с этим явлением природы знакомы все местные жители. Дело в том, что в этих краях Гольфстрим соединяется с Лабрадорским течением, из-за чего возникает сильная разница температур. Полгода здесь все окутано сумрачной дымкой, а потому летчики и мореходы очень не любят эту местность.

Но есть на нашей планете места, в которых туманов никогда не видели. К примеру, это индийский город Бомбей. Ну, а чилийская не видела в последние несколько сотен (а то и тысяч) лет даже дождей, так что этому природному явлению там точно неоткуда взяться.

Вот вы и узнали, что такое туман и откуда он берется.

Туманы. Виды туманов. Влияние на полёты.

При насыщении, а затем конденсации или сублимации водяного пара в приземном слое атмосферы образуются мельчайшие капельки воды и кристаллы льда. Скопление таких частиц вызывает ухудшение горизонтальной видимости. Помутнение воздуха, вызванное скоплением продуктов конденсации или сублимации в приземном слое, при видимости менее 1000м, называется туманом . Если при этих же условиях видимость более 1000м, но менее 10 км, то явление носит название дымка . В международных авиационных кодах дымка – это явление при видимости от 1000м до 5 км.

Для образования тумана необходимы следующие условия:

Насыщение воздуха водяным паром у поверхности земли до 100%;

Наличие ядер конденсации.

По синоптическим условиям образования туманы подразделяются на

Внутримассовые;

Фронтальные.

Внутримассовые туманы, в зависимости от процесса, приводящего к насыщению воздуха водяным паром, делятся на:

Туманы охлаждения;

Туманы испарения.

Туманы охлаждения возникают вследствие выхолаживания земной поверхности (радиационные), или при перемещении относительно тёплого воздуха по холодной подстилающей поверхности (адвективные). К этой же группе относятся и туманы, связанные с атмосферными фронтами (фронтальные).

Радиационные туманы образуются вследствие радиационного выхолаживания земной поверхности и охлаждения благодаря этому приземного слоя воздуха. В тёплую половину года радиационные туманы образуются ночью в ясную или малооблачную погоду при слабом ветре, не превышающем 3м/с. Возникают они преимущественно над низинами и заболоченными местами. Вертикальная мощность (толщина) таких туманов может быть от нескольких метров до нескольких десятков метров. Особенно плотным они бывают в самом нижнем приземном слое, где происходит наибольшее охлаждение воздуха, с высотой плотность их быстро убывает. В полёте сквозь туман хорошо присматриваются реки, крупные ориентиры и огни, аэродром. А горизонтальная видимость у земли может составлять до 100м и менее. Резко ухудшается наклонная видимость при входе ВС в слой тумана на посадке.

Полёт выше радиационного тумана не представляет особых затруднений, т.к. этот туман располагается обычно пятнами и позволяет вести визуальную ориентировку. Указанные условия видимости при радиационных туманах иногда приводят к неправильной оценке метеорологической обстановки.

Радиационные туманы тёплого полугодия с восходом Солнца обычно рассеиваются, а иногда приподнимаются над землей, образуя тонкий слой разбросанно-слоистых (St fr) облаков, высота которых не превышает 100-200м. Рассеивание тумана может произойти при усилении ветра до 4-5м/с и более.

В холодную половину года радиационный туман бывает более опасным, чем в тёплую. В этот период при установившейся ясной погоде выхолаживание воздуха может распространиться на большую высоту. Образующийся радиационный туман имеет вертикальную мощность от нескольких сот метров до 1,5-2 км и сохраняется продолжительное время (иногда до нескольких суток).

Адвективные туманы возникают при движении (адвекции) относительно тёплых влажных воздушных масс по холодной подстилающей поверхности. Путем турбулентного перемешивания охлаждение распространяется до высоты в несколько сот метров, где обычно наблюдается слой инверсии. В охлажденном приземном слое возникает туман, который нередко сопровождается моросящими осадками. Под воздействием задерживающего инверсионного слоя под ним, наблюдается наибольшее скопление водяного пара. Вследствие этого плотность адвективного тумана увеличивается по мере подъёма вверх. При этом тумане горизонтальная видимость бывает несколько лучше у земли, а на высоте (выше нескольких десятков метров) она резко ухудшается.

В отличие от радиационных туманов адвективные туманы могут наблюдаться при ветре со скоростью 5-10 м/с и более. Эти туманы могут возникать в любое время суток и сохраняться в течение длительного времени и распространяться на большую территорию.

Адвективные туманы представляют большую опасность для авиации, особенно на малых высотах. Продвигаясь со значительными скоростями (20-40 км/час) они могут в течение короткого промежутка времени закрыть на большой территории действующие и запасные аэродромы и удерживаться длительное время. Полёт выше адвективного тумана возможен только по приборам и при благоприятных условиях погоды на аэродроме посадки. Адвективные туманы могут вызывать обледенение гололёд, морось.

Фронтальные туманы связаны с атмосферными фронтами, разделяющими тёплые и холодные воздушные массы. Наиболее часто фронтальный туман возникает на тёплом фронте в клине холодного воздуха, находящегося в передней части, в зоне выпадающих осадков.

Причиной образования этого типа тумана является понижение давления перед фронтом. Оно приводит к адиабатическому расширению приземного воздуха и его охлаждению. Водяной пар, находящийся в воздухе в состоянии близком к насыщению (вследствие испарения выпадающих осадков), при охлаждении воздуха до точки росы и ниже конденсируется. Результатом конденсации является фронтальный туман. Этот туман занимает полосу шириной до 200км. Иногда он может сливаться с вышележащими облаками или присоединяться к адвективному туману, возникшему в зафронтальном воздухе. Фронтальный туман особенно опасен для полётов тогда, когда он сливается с фронтальными облаками. Если при этом фронтальный туман сливается с адвективным туманом зафронтального тёплого сектора, то условия погоды являются крайне неблагоприятными и опасными для производства полётов на больших площадях.

Туманы испарениявозникают вследствие притока водяного пара с тёплой водной поверхности в охлажденный воздух. Для образования таких туманов необходима разность между температурами воздуха и водной поверхностью более 10°С.

Туманы испарения бывают морскими над незамерзающими заливами в зимнее время и осенние – над реками и озёрами в осенние месяцы, когда поверхность воды в реках т озёрах оказывается значительно теплее, чем воздух. Эти туманы могут достигать большой интенсивности и высоты в несколько метров, иногда десятков метров.

Морозные туманы образуются вследствие поступления в приземные слои воздуха водяного пара с продуктами сгорания. В населённых пунктах и на аэродромах Сибири такие туманы возникают в период топки печей и при работе авиационных двигателей при температуре воздуха ниже -40°С. В больших городах, где круглосуточно в воздух поступает большое количество водяного пара, образующегося при сгорании топлива, такие туманы могут возникать и при более высокой температуре, порядка -16°С и ниже.

При наличии слабого ветра и небольшом его усилении с высотой такие туманы образуются над землей на высоте 50-200м, значительно ухудшая наклонную видимость с самолёта.

Туман по сути - это облако, существующее низко над поверхностью. Он появляется, когда неизбежен контакт теплого, влажного воздуха с более холодным.

Уровень концентрации водяного пара в воздухе определяется температурой: чем холоднее воздух, тем меньше пара он может содержать. Если пар превышает количество, возможное при данной температуре (точка, называемая уровнем насыщенного пара), он конденсируется в туман.

Если температура достаточно низкая, туман может образовываться даже в относительно сухом воздухе. Наиболее вероятно присутствие тумана в воздухе, содержащем большое количество пыли или других частиц, к которым могут прикрепляться водяные капли. В полярных регионах, где значение температуры может опускаться ниже -15 °С, иногда наблюдается замерзший туман, состоящий из кристаллов льда.

Конденсация - повсюду

Тот самый процесс конденсации, который создает туман, сопровождает некоторые обычные в повседневной жизни явления. Например, холодный воздух за окном охлаждает теплый воздух в помещении (1, сверху). Когда внутренний воздух остывает, водяной пар конденсируется, образуя частицы воды, из-за которых окно запотевает. Когда изо рта выдыхается теплый влажный воздух (2), он быстро охлаждается, а водяной пар конденсируется, из-за чего выдыхаемый воздух напоминает туман. Холодный сок в стакане (3) излучает холод вокруг себя, из-за чего водяной пар в воздухе конденсируется и на стакане образуются капли. Водяной пар, вырывающийся из чайника (4)у охлаждается воздухом и конденсируется в туманообразное облако.

Как образуется лучистый туман

Ночью, когда почва начинает освобождать поглощенное днем тепло, температура воздуха над ней начинает падать. Когда он в достаточной степени охлажден, водяной пар конденсируется в лучистый туман. Эта разновидность тумана часто появляется в низинных местах в ясные и сравнительно безветренные ночи. (На рисунке вверху статьи)

Образование адвективного тумана

Адвективный туман, типичный в местах, близких к океанам, появляется в случаях, когда масса влажного и теплого воздуха внезапно оказывается над холодной поверхностью. Нижний слой воздуха охлаждается, обуславливая конденсацию и образование частиц тумана.

Как образуется стелющийся туман

Когда теплый и влажный воздух поднимается по склону горы, он расширяется и остывает, вследствие чего водяной пар в воздухе конденсируется в туман. С таким туманом, который может напоминать неровные клочки, очень часто сталкиваются альпинисты. Если воздушные токи продолжают подниматься, то в конце концов стелющийся туман превращается в облака.

Как образуется паровой туман

Иногда холодный воздух циркулирует над местами, сохраняющими тепло ночью - например, над реками или прудами. В холодном воздухе конденсируется пар от теплой воды, образуя паровой туман. Чем больше амплитуда температур между водой и воздухом, тем гуще будет туман.

Туман представляет собой скопление взвешенных в приземном слое воздуха капель воды или кристалликов льда, ухудшающих горизонтальную видимость до 1000 м и менее. По сути – это облако, лежащее на поверхности земли или воды.

Исходя из основных физических причин, вызывающих образование туманов, их можно разделить на два основных класса: туманы охлаждения и туманы испарения. Первый из этих классов абсолютно преобладает.

Туманы охлаждения образуются за счет конденсации или водяного пара при охлаждении воздуха от земной или водной поверхности. Подразделяются на два вида: радиационные и адвективные.

Радиационные туманы появляются в условиях застоя воздуха за счет его ночного выхолаживания от остывающей подстилающей поверхности. Наблюдаются в ясные тихие ночи и утром до восхода солнца. Как только солнечные лучи начинают пригревать, эти туманы быстро исчезают.

Адвективные туманы связаны с охлаждением теплого воздуха при перемещении его на холодную поверхность (с этим же процессом связано образование низких слоистых облаков, которые могут превращаться в туман при снижении). Это самые мощные и продолжительные туманы. Наблюдаются в любое время суток и могут переноситься на большие расстояния.

Туманы испарения (парения) образуются вследствие испарения водяного пара с более теплой, чем воздух подстилающей поверхности. Наиболее интенсивными такие туманы бывают зимой над незамерзающими заливами и полыньями; над реками и озерами они чаще появляются осенью, а на суше – после сильных дождей вечером и ночью в летне — осенний период.

Наиболее общей особенностью распределения туманов по земной поверхности является увеличение их повторяемости к высоким широтам. В зависимости от условий образования туманы на территории России имеют различную непрерывную продолжительность. В континентальных районах преобладают кратковременные туманы, продолжающиеся не более 2–4 часов, а на побережьях северных морей они могут не прекращаться по нескольку суток.

На Европейской части России наибольшее число дней с туманами отмечается на побережье арктических морей, в высокогорных районах, на склонах возвышенностей, обращенных к влагонесущим потокам. Особо следует выделить (), где повторяемость туманов чрезвычайно высока в течение всего года. В отдельных местах среднее годовое число дней с туманом может достигать 230–280, а их продолжительность за год – 2050 часов. Один туман длится в среднем 9 часов.

В условиях муссонной циркуляции на Дальнем Востоке большое количество туманов отмечается в теплый период года. На , и Курильских островах в отдельные годы число дней с туманами может превышать 160–180 за год при продолжительности 1000–1400 часов.

Годовой ход зависит от географических условий: над континентами туманы образуются чаще всего осенью, над морями и океанами – весной, когда водная поверхность наиболее холодная.

Туманы с видимостью 500–200 метров уже серьезно затрудняют движение транспорта. Туманы с видимостью менее 50 м и продолжительностью 12 часов и более относятся к особо опасным явлениям погоды и могут полностью парализовать работу аэро- и морских портов, наземного транспорта. Средняя непрерывная длительность тумана с видимостью 500 м и менее обычно составляет 2–4 часа, но в отдельных случаях они могут устойчиво сохраняться более суток.

В крупных индустриальных центрах, за счет большого количества активных ядер конденсации, выбрасываемых промышленными предприятиями, туманы могут образовываться даже в ненасыщенном воздухе и наблюдаются в 1,5–2 раза чаще, чем в окрестностях. В Якутске, например, продолжительность туманов в центре города 1300 часов, а на окраинах (в районе аэропорта) – 475 часов.

В крупных городах Северо-Запада число дней с видимостью менее 500 м может колебаться от 6 до 65. Наиболее продолжительны туманы с такой видимостью здесь наблюдаются в осенние месяцы. Непрерывная продолжительность их в среднем составляет 3 часа. Максимальная продолжительность туманов за год в отдельных городах приближается к 200–300 часам.