8.9: Погода

Погода - це стан атмосфери в будь-якому місці і час щодо умов: сонце, спека, сухість, хмарний покрив, вітер, опади (дощ, мокрий сніг, сніг, град) і т.д.

Хмари

Хмари утворюються, коли невидима водяна пара в повітрі конденсується у видимі краплі води або кристали льоду.
Точка роси - це коли відносна вологість досягає 100%. Основа хмари позначає межу, де відносна вологість досягла насичення. Хмарні вершини можуть підніматися, поки не зіткнуться з більш теплим повітрям в стратосфері. Там вони перестають підніматися і розтікаються, утворюючи форми ковадла грозових головок (рис. 8.19).

4 загальні типи хмар (існує багато підтипів)
Cirro-форма: високий рівень, wispy - хмари справедливої погоди, якщо кристали льоду, як правило, вище 20000 футів (6000 м)
кумуло-форма: від низького до високий рівень бавовняних пухких хмар з плоскою основою при 100% рівні вологості, може підніматися до 60 000 футів.
Німбо-форма: дощові хмари (від низького до середнього рівня) - хмари типові потовщуються і нижче, коли починаються опади.
Страто-форма. Рівномірний плоский шар хмари на будь-якому рівні, утворює туман на поверхні (прибережний морський шар приклад)

Назви хмар можуть включати комбінації форм у міру їх зміни. Наприклад, невелика пухка біла кумулюсна хмара може накопичитися і стати висококучевою хмарою, перш ніж підніматися ще далі, щоб стати купчасто-дощової (грозою), яка може розвинути високу вершину у формі авіла, оскільки піднімається вологе повітря зверху хмара стикається з стратосфера і не може піднятися вище.

Малюнок 8.20 ілюструє поширені форми хмар. Також див Типи хмар (Національні служби погоди NOAA - Галерея зображень хмар та явищ, пов'язаних з хмарами).

Малюнок 8.19. Хмарна основа і верхівки грози (купчасто-дощова хмара).	Малюнок 8.20. Поширені види хмар.

Блискавка і грім

Блискавка - це гігантська іскра, або серія іскор (електричних розрядів), які стрибають по повітрю.

Освітлення відбувається в основному як внутрішньохмарна блискавка (стрибає між різними частинами грози, рис. 8.21) або блискавка від хмари до землі (рис. 8.22). Блискавка викликана накопиченням між позитивними та негативними електростатичними зарядами всередині хмар або між хмарами та землею. Повітря діє як ізолятор між накопиченням зарядів, поки вони не стануть достатньо великими, щоб пересилити ізоляційну здатність повітря.

Малюнок 8.21. Внутрішньо-хмарна блискавка.	Малюнок 8.22. Блискавка від неба до землі з смугами лідерів.

Проходження блискавки має зубчастий шлях. Блискавка, ймовірно, слідує за міжзв'язковими шляхами, створеними частинками іонізуючого випромінювання, що проходять через атмосферу з космічного простору. Ці частинки створюють дуже короткочасні плазмові проходи через атмосферу, які дозволяють електриці поширюватися через ізоляційне повітря, створюючи швидкі електрифіковані спалахи, які ми бачимо як блискавку. Розряд блискавки тимчасово вирівнює заряджені області в атмосфері або землі, поки протилежні заряди не зможуть знову накопичитися.

Блискавка, як правило, вражає високі місця (найближчі до хмари), такі як вершини будівлі, телефонні стовпи, дерева, антени, але це не завжди так. Блискавка вдарить в будь-яке місце, де накопичуються електричні заряди і де першим прибуває ступінчастий лідер (ініціюючий проходження електричного розряду). Як правило, негативно ступінчастий лідер, що залишає хмару, прибуває на землю з подальшим більш потужним, яскравим зворотним ходом або множинними ударами, що рухаються в протилежному напрямку (іноді відбувається зворотне це). Блискавка може бути складною сумішшю стрингерів і лідера крім проходження основного затвора блискавки. У багатьох випадках блискавка може вдарити воду або низьку зону, навіть якщо поруч є дерева. Блискавка часто з'являється як швидка серія ударів, оскільки розряди з різних частин хмари використовують раніше іонізований прохід повітря, створений початковим розрядом, що створює появу декількох ударів, що слідують одному і тому ж шляху. При освітленні від неба до землі яскравий зворотний удар в небо, за оцінками, проїжджає близько 60 000 миль на годину. На відміну від цього, коли умови правильні, павутинна блискавка - це незвичайне повільне поширення блискавки, хоча нижні шаруваті хмари біля основи грози, яка, здається, поширюється у всіх напрямках від початкового удару від неба до землі.

Що викликає блискавку, складно, і застосовуються різні теорії. Області позитивних і негативних зарядів можуть нарощуватися в межах однієї грозової хмари (рис. 8.23). Утворення опадів (починаючи з конденсаційних ядер хмари [CCN] до зростаючих крапель, які стають краплями дощу, снігу, мокрий сніг та град) мають площу поверхні, яка зростає або зменшується, коли вони рухаються вгору або вниз через хмару. Зміни площі поверхні крапель і кристалів льоду, а також фрикційна взаємодія частинок створюють негативні або позитивні заряди і в міру конденсації або випаровування відбувається. Деякі дослідники припускають, що важчі, зростаючі частинки опадів несуть негативні заряди до нижньої частини хмар, коли вони спускаються вниз протягами. Updrafts може переносити позитивні заряди від землі вгору через хмару.

Малюнок 8.23. Заряди блискавки (позитивні та негативні) можуть накопичуватися в різних частинях хмари, що стосуються висхідних та нижніх протягів, а також мінливого характеру опадів у хмарі.

Блискавки пов'язані з грозами, але вони також, як відомо, відбуваються в асоціації з хмарами, пов'язаними з виверженнями вулканів, ураганами, смерчами, лісовими пожежами, сніговими бурями і навіть скидами з землі під час землетрусів.

Потужність або інтенсивність блискавки змінюється залежно від об'єму атмосфери, в якій розміщуються електростатичні заряди, та відстані блискавки. Типовий удар блискавки триває лише близько 0,2 секунди. Однак типовий блискавка може генерувати до одного мільярда вольт, і вони в середньому від 5000 до 20 000 ампер електричного струму (було виміряно аж 200 000 ампер - достатньо, щоб ненадовго живити невелике місто!). Освітлення може нагрівати повітря до температури від 15 000 до 60 000 градусів за Фаренгейтом (або набагато вище). Це призводить до того, що повітря швидко розширюється, створюючи ударні хвилі, які ми чуємо як грім. Впритул грім утворює сусідній удар блискавки звучить як різкий тріск високої частоти та початковий стріл, а потім розширений низькочастотний гуркіт, коли звукова хвиля надходить в різний час з віддалених частин шляху блискавки (звуки більш високої частоти поглинаються в міру переміщення на більші відстані по повітрю). Грім можна почути на відстані 25 миль і більше за правильних умов.

Оцінки різняться, але щороку блискавка починається до 10,000 пожеж, а блискавка вбиває від 6000 до 24 000 людей, а блискавка травмує до 240 000 людей щороку.

Як далеко був цей удар блискавки?

Після того, як ви побачите спалах блискавки, почніть відлік секунд. За кожні 5 секунд блискавка знаходиться в одній милі. Радимо негайно сховатися, якщо звук менше 5 секунд!

Погодні фронти

Погодний фронт - це межа, що розділяє дві маси повітря різної щільності (рис. 8.24). Фронти класифікуються на те, який тип повітряної маси (холодної або теплої) замінює інший.

Холодний фронт утворює уздовж переднього краю холодну повітряну масу, витісняючи більш теплу (менш щільну) повітряну масу. Холодні фронти, як правило, вузькі смуги злив і грози і найчастіше пов'язані з суворими погодними умовами.

Теплий фронт - це передній край більш теплої повітряної маси, що замінює (їде вгору і знову) більш холодну повітряну масу. Якщо фронт по суті не рухається (тобто повітряні маси не рухаються) це називається нерухомим фронтом. Теплі фасади зазвичай мають пологий нахил, тому повітря, що піднімається вздовж фронтальної поверхні, є поступовим. Ця конфігурація призводить до появи широко поширених шаруватих (стратоподібних) шарів хмар з опадами поблизу задньої частини фронтальної межі. Теплі фронти, як правило, досить великі, і можуть створювати типово сіре небо та похмуру погоду - занадто поширене явище в районах Середнього Заходу та Північного Сполучених Штатів, оскільки повільні теплі фронти затримуються над регіонами. Це може статися в будь-який час року. Це відображає, що тепле вологе повітря тече над більш холодним повітрям внизу, створюючи сірий шар хмари між ними.

Зіткнулися повітряні маси можуть мати обидва теплі фронти. Наприклад, коли тепла волога повітряна маса (така морсько-тропічна повітряна маса) стикається з холодною сухою повітряною масою (така полярна континентальна повітряна маса), як теплі фронти, так і холодні фронти можуть утворюватися, коли повітря обертається навколо центру низького тиску (як показано на нижня графіка рисунка 8.24). Це обертання обумовлюється ефектом Коріоліса (розглянуто нижче).

Малюнок 8.24. Погодні фронти між повітряними масами: холодні фронти і теплі фронти.

Як сказати, в який бік дме вітер?

Ми називаємо напрямок вітру виходячи з того, з якого напрямку він йде (від високого тиску до низького тиску). Наприклад, якщо вітер рухається з Тихого океану безпосередньо на сушу в Каліфорнії, ми називаємо це західним вітром або, щоб прояснити, із заходу. Напрямок вітру названий за напрямком, з якого він йде, а не в напрямку, до якого він рухається.