Вода в атмосфере и влажность воздуха

Поступление воды в атмосферу

В атмосфере Земли постоянно присутствует небольшое количество воды в виде водяного пара, который составляет около 0,001% от общей массы планеты. Что происходит с водой в атмосфере? Она испаряется с поверхности суши и океанов, затем конденсируется, формируя облака, и возвращается на поверхность в виде осадков. Такие факторы, как температура воздуха и сила ветра, напрямую влияют на скорость испарения: чем выше температура и объём пара, тем быстрее происходит испарение.

Чем представлена вода в атмосфере? Она есть в 3 агрегатных состояниях: газообразным (в виде водяного пара), жидком (в виде дождя) и твердом (в виде льда и снега). Все они являются частью круговорота воды в природе.

 Количество водяного пара в воздухе и его температура играют важную роль в определении испаряемости. Сколько воды в атмосфере? Несмотря на небольшой процентов в массе планеты, вода в атмосфере достигает сотен тысяч тонн в виде облаков. При высоких температурах в воздухе содержится меньше насыщенного водяного пара, что способствует увеличению испаряемости. В регионах с низкой температурой на протяжении года, например, в полярных областях, испарение происходит медленнее, так как испаряемость там невелика. Напротив, пустынные районы отличаются высокой испаряемостью, достигая значений до 2000 мм в год.

Количество воды, которое может испариться при данной температуре, определяется ее насыщенностью водяным паром. При насыщении воздух теряет способность удерживать влагу.

Взаимодействие воды и воздуха имеет свой предел, известный как насыщение. Когда воздух насыщен водяным паром и его температура повышается, воздух снова становится способным поглощать больше влаги. Это означает, что температура воздуха определяет, сколько водяного пара он может удерживать.

 Это явление связано с тем, что холодный воздух обладает меньшей способностью удерживать водяной пар. Следовательно, точка росы быстрее наступает в условиях низкой температуры, когда концентрация водяного пара в воздухе ограничена.

При выпадении осадков часть влаги в атмосфере утрачивается, однако она быстро восполняется благодаря процессу испарения. Вода в атмосфере обновляется в течение 9–10 дней, что делает атмосферную влагу наиболее активным элементом природного круговорота воды.

Основное количество водяного пара сосредоточено в тропосфере.

Абсолютная и относительная влажность воздуха

В тропосфере содержится основное количество водяного пара, и уровень влажности воздуха зависит от наличия водоёмов, растительности и температуры. Там, где теплее и больше водоёмов, влажность обычно выше. Однако даже тёплый воздух не всегда содержит много влаги, так как в некоторых местах, например в пустынях, отсутствует источник испарения. Теплее или холоднее воздуха кажется вам вода? Высокая влажность создает ощущение более теплого воздуха, а низкая – более холодного.

 Воздух считается насыщенным, если он при данной температуре содержит максимальное количество влаги, которое может удержать. Например, насыщенный воздух при температуре 0°C содержит меньше водяного пара, чем насыщенный воздух при температуре 30°C.

 Этот показатель измеряется в процентах. Например, влажность в 70% указывает, что воздух насыщен водой на 70% от возможного значения при определённой температуре.

Для человеческого организма оптимальным считается диапазон относительной влажности от 40 до 60%. При низкой влажности воздуха может создаваться обманчивое ощущение: температура кажется ниже, чем она есть на самом деле, и наоборот, при высокой влажности – выше.

Абсолютная влажность, в отличие от относительной, показывает реальное количество водяного пара в граммах, присутствующее в одном кубическом метре воздуха. 

Влажность воздуха играет важную роль в поддержании жизнедеятельности живых организмов. Низкая относительная влажность ускоряет испарение, что может негативно сказаться на состоянии растений и животных. Высокая влажность, напротив, препятствует испарению, что при повышенной температуре может привести к перегреву организма. Для измерения относительной влажности используются специальные приборы – гигрометры.

Агрегатные состояния воды и облака

Вода в атмосфере существует в трёх агрегатных состояниях: газообразном (водяной пар), жидком (осадки в виде дождя) и твёрдом (снег, лёд). Образование облаков происходит в результате конденсации водяного пара, когда относительная влажность достигает 100%. В этот момент водяной пар из газообразного состояния превращается в жидкость. При отрицательных температурах происходит сублимация – переход воды из газообразного состояния сразу в твёрдое, минуя жидкую фазу, что приводит к образованию льда и снега.

Процессы сублимации и конденсации водяного пара становятся основной причиной осадков. Облака формируются на высоте десятков или даже сотен метров над поверхностью Земли. Несмотря на видимую лёгкость облаков, они содержат огромные объёмы воды – иногда сотни тонн, распределённые в виде капель или кристаллов льда. Воздушные потоки постоянно переносят эти массы над Землёй, обеспечивая перераспределение тепла и влаги.

Разнообразие форм облаков определяется рядом факторов, среди которых основными являются:

• высота их образования;
• скорость ветра;
• уровень влажности воздуха.

Облака различают по форме и высоте их расположения, объединяя в следующие группы:

• кучевые облака;
• перистые облака;
• слоистые облака.

Кроме основных типов, выделяют и смешанные виды облаков:

• слоисто-кучевые;
• перисто-слоистые;
• слоисто-дождевые и другие.

Облака тёмно-фиолетового или чёрного цвета, насыщенные водяным паром, называют тучами.

Небо может быть покрыто облаками в разной степени в зависимости от времени суток и погодных условий.

 Чаще всего выпадение осадков связано с высокой степенью облачности, а именно с присутствием высокослоистых, кучево-дождевых и слоисто-дождевых облаков.

Процесс формирования облаков связан с взаимодействием тёплых и холодных воздушных масс. Их столкновение или конвергенция создаёт крупные массивы облаков. Тип облаков зависит от скорости восходящих потоков воздуха:

• потоки воздуха со скоростью 5–10 см/с формируют преимущественно слоистые облака.
• потоки, поднимающиеся со скоростью до 100 км/ч, способствуют образованию кучевых облаков.

Согласно международной классификации, облака разделяют на 4 класса в зависимости от высоты их расположения:

1. Облака верхнего яруса: перистые, перисто-кучевые, перисто-слоистые.
2. Облака среднего яруса: высоко-кучевые, высоко-слоистые.
3. Облака нижнего яруса: слоисто-дождевые, слоисто-кучевые, слоистые.
4. Облака вертикального развития: кучевые, мощно-кучевые, кучево-дождевые (грозовые).

Облачный покров нашей планеты достаточно велик — в среднем около половины земной поверхности покрыто облаками.