Всё о туманах - классификация и причины возникновения
© pixabay.com
С приходом осени всё чаще можно заметить такое распространённое метеорологическое явление как туман. Существует огромное разнообразие их типов в зависимости от условий формирования и географической местности.
Если вы подниметесь на высоту облака и заберётесь в него, то, можно сказать, что вы оказались в тумане. Ощущения будут точно такими же. Об этом хорошо знают альпинисты, которые совершая восхождение на гору часто попадают в плотные облака, в которых видимость крайне низкая.
Итак, туман - это совокупность взвешенных в воздухе мельчайших капель воды и/или кристалликов льда, образующихся в результате охлаждения до точки росы влажного воздуха с последующей конденсацией водяного пара, что приводит к ухудшению видимости в атмосфере до значений менее 1 км. Точкой росы называют такую температуру, при котором водяной пар, содержащийся в воздухе достигает состояния насыщения и начинает конденсироваться. Наиболее характерным примером подобного процесса является выпадение росы.
Читайте также
Не следует путать туманы с дымкой и мглой. Нужно запомнить, что при дымке видимость составляет от 1 до 10 км, при тумане – всегда менее 1 км. При мгле видимость также может понижаться менее 1 км, однако мгла образуется за счёт взвешенных в воздухе твёрдых частиц. Это может быть пыль, дым от лесных пожаров или выбросы от различных предприятий. В умеренных широтах мгла, связанная с пылью, чаще наблюдается при южном переносе воздушных масс. Частички пыли могут достигать территории Украины даже из Африки.
В зависимости от агрегатного состояния воды, туманы принято классифицировать на три основные группы:
- капельные
- ледяные
- смешанные
Чаще всего туманы являются мелкокапельными, даже при температуре ниже нуля, когда вода остаётся в переохлаждённом состоянии. В смешанных туманах переохлажденные капли отмечаются при температуре даже до -40 °С!
Кроме классического тумана на метеорологических станциях метеорологи фиксируют и другие виды. Далее рассмотрим их.
Ледяной туман – туман, который состоит из ледяных кристаллов. Образуется при сильных морозах и высокой влажности воздуха. Днём на солнце и ночью при свете луны или при фонарей ледяной туман распознаётся по свечению граней ледяных кристалликов. Чаще всего такие туманы встречаются в холодных областях планеты (Восточная Сибирь, Гренландия, Финляндия и т.д.), когда в зимнее время температура часто опускается ниже -40 °С.
Просвечивающий туман (просвечивающий ледяной туман) – туман, при котором наблюдатель, находясь в самом тумане, может видеть облака или ясное небо, солнце или луну. Это происходит, когда туман имеет незначительную мощность, распространяясь по вертикали на несколько метров или десятков метров.
Поземный туман (поземный ледяной туман). Этот вид имеет небольшое распространение по вертикали. Образуется преимущественно над низкими местами и над водой (оврагом, морем, озером, рекой, болотом, лугом и т. п.). Высота обычно не превышает 2 м над сушей и 10 м над морем. Поземный ледяной туман наблюдается, как правило, над сушей или над ледником (например, в Гренландии).
Туман в окрестности – туман, который наблюдается лишь в окрестностях (в низинах, на перевалах, на склонах гор и т. п.). Он может быть любого вида из перечисленных выше. Имеет явно выраженную пятнистость и локальность по территории.
Парение моря (озера, реки) – туман, образующийся над незамёрзшей поверхностью моря, озера или реки при значительной разности температуры воды и воздуха в виде клубов пара (разновидность тумана в окрестности). При сильном ветре такой туман может распространяться на небольшие расстояния и над сушей. Чаще всего он формируется в ночное и утреннее время, либо при адвекции холодного воздуха на тёплую поверхность воды во время арктических вторжений воздушных масс в осенне-зимний период.
Теперь кратко опишем генетическую классификацию туманов, которая имеет основополагающее значение с точки зрения их прогнозирования. Принято выделять три основных класса туманов:
- туманы охлаждения
- туманы испарения
- туманы смешения
Туманы охлаждения. Для возникновения такого тумана, необходимо что бы воздух охладился до точки росы. Существует несколько причин, по которым происходит охлаждение воздуха:
- перемещение (адвекция) воздуха на холодную подстилающую поверхность (так возникают адвективные туманы);
- излучение земной поверхности, т.е. радиационное выхолаживание (формируются радиационные туманы);
- подъём воздуха вдоль склона (орографические туманы).
- отдельно в эту категорию относят и градовые туманы, о которых мы расскажем ниже.
Адвективные туманы образуются при перемещении тёплой и влажной воздушной массы на относительно холодную подстилающую поверхность. Водяной пар начинает конденсироваться снизу-вверх по мере охлаждения воздуха. Чем больше разница температуры, тем интенсивнее происходит туманообразование. При этом должна быть умеренная скорость ветра (2 - 7 м/с). Если она будет слишком высокой, то туман может рассеяться, а если слишком низкой, то перемещающаяся тёплая воздушная масса будет охлаждаться слишком медленно. Адвективные туманы охватывают обширные территории, могут существовать сутки и более. Часто возникают в зимний период во время оттепелей, особенно при наличие снежного покрова.
Радиационные туманы образуются в результате охлаждения земной поверхности и прилегающего слоя воздуха под влиянием излучения. Земля, как и другие тела, излучает энергию, называемую длинноволновой радиацией, благодаря чему происходит её охлаждение. И если днём эти потери тепла компенсируются приходящей коротковолновой солнечной радиацией и длинноволновой радиацией атмосферы, то в ночное время, особенно в ясную погоду, ничего не препятствует излучению тепла. Таким образом, при понижении температуры ниже точки росы, начинается конденсация водяного пара и образование тумана. При этом, чем выше была относительная влажность в начальный момент, тем меньшее охлаждение требуется для образования тумана. Часто радиационный туманы образуются в низинах, поскольку в ночные часы туда стекает холодный (и более тяжёлый) воздух.
В реальности туманы не всегда образуются лишь по одной причине. Часто наблюдаются сочетание ситуаций, когда адвекция тёплого воздуха и радиационное выхолаживание усиливают друг друга. В этом случае туманы называются адвективно-радиационными.
Орографические туманы формируются при охлаждении поднимающегося воздуха вдоль склонов гор. При подъёме воздуха, воздействие на него атмосферного давления постепенно ослабевает. Благодаря этому происходит увеличение объёма этого воздуха, уменьшение его плотности, что приводит к понижению температуры (при расширении газа его температура уменьшается). При достижении точки росы, водяной пар начинает конденсироваться.
Градовые туманы. В отдельных случаях весной и летом при выпадении обильного града, особенно когда формируется на земной поверхности градовый покров, то можно наблюдать значительное ухудшение горизонтальной видимости в приземном слое воздуха. Слой града имеет температуру значительно ниже окружающего воздуха, поэтому быстро его охлаждает и с учётом высокой влажности, достижение точки росы наступает довольно быстро. В итоге формируется плотный, но не развитый по вертикали градовый туман, который рассеивается сразу же после полного таяния града.
Туманы испарения возникают, когда температура испаряющей поверхности выше температуры приземного слоя воздуха. Здесь ситуация обратная по сравнению с туманами охлаждения: теперь поверхность тёплая, а воздух холодный. Такие условия могут наблюдаться, например, при перемещении холодного воздуха над тёплой водной (или сильно увлажнённой) поверхностью. Водяной пар, попадая в холодный воздух, быстро охлаждается и начинает конденсироваться. Такие туманы называются надводными. Чем больше температурная разница между земной поверхностью и перемещающимся воздухом, тем интенсивнее протекает процесс испарения и тем плотнее туман. Иногда плотные туманы над морями могут распространяться вверх, переходя в облачность кучевой и слоисто-кучевой формы.
Также схожие условия могут наблюдаться на тёплом или малоподвижном холодном фронтах при испарении капель дождя, выпадающих из тёплой воздушной массы, в холодном подфронтальном воздухе. Такие туманы называются фронтальными.
Туманы смешения. Название говорит само за себя, здесь явно что-то с чем-то смешивается. А именно - две воздушные массы с различной температурой и влажностью. Но не всё так просто: для образования этого тумана необходимы такие значения температуры и влажности, чтобы при смешении итоговая относительная влажность была выше, чем в каждой воздушной массе по отдельности. Процесс образования тумана можно представить в следующем виде. При смешивании двух воздушных масс с разной температурой и влажностью тёплая воздушная масса начинает охлаждаться. При этом избыток водяного пара конденсируется, распространяясь на весь объём. Так как холодная воздушная масса начинает нагреваться, то в ней создаётся недостаток насыщения (недостаток влаги). Потому часть капель начинает испаряться, а оставшаяся часть образует туман.
Такие туманы могут образоваться зимой вблизи побережья морей и больших озёр, когда направление ветра примерно параллельно береговой черте. Вдоль границы между тёплым и влажным морским и холодным континентальным воздухом образуется зона смешения этих воздушных масс, где происходит конденсация водяного пара и образование тумана. Аналогичным образом может возникать туман смешения вдоль границы между тёплыми и холодными морскими течениями в тех случаях, когда направление воздушных потоков в приводном слое примерно параллельно этой границе. Такие туманы можно назвать пограничными.
Кроме того, туманы могут образовываться при поступлении водяного пара, в атмосферу в результате хозяйственной деятельности человека. В данном случае роль более тёплой и влажной воздушной массы играют продукты сгорания топлива, поступающие в атмосферу. Основной причиной, приводящей к образованию тумана, является поступление в воздух в продуктах сгорания топлива большого количества водяного пара. Такие туманы называются антропогенными. Образуются они только в холодное время года, так как при высокой температуре воздуха дополнительное поступление водяного пара в атмосферу не приводит к достижению точки росы. Таким образом, чем ниже температура воздуха и выше температура выбросов, тем меньшей влажностью должен обладать воздух для образования тумана.
В синоптической метеорологии туман считается неприятным явлением, поскольку из-за ухудшения видимости часто происходят аварии на дорогах, закрываются аэропорты и т.д. В тех случаях, когда туман с дальностью видимости 500 м и менее сохраняется более 3 часов, то он считается уже опасным явлением. Если же видимость в тумане понижается до 100 м и менее при его сохранении более 12 часов, то в таком случае это уже стихийное метеорологическое явление. На территории Украины рекордным по своей продолжительности туман был отмечен на одной из метеостанций Донецкой области, в январе 2001 года. Тогда непрерывно в течении 89 часов (с 16 по 20 января) горизонтальная видимость не превышала 500 метров!
