5.16. Умови утворення атмосферних опадів

Для утворення атмосферних опадів потрібно щоб в атмосфері відбулась низка процесів. Найперше потрібні висхідні рухи повітря під дією будь-яких чинників, про які ми вже згадували. У процесі висхідних рухів завдяки адіабатичному зниженню температури повітря досягає стану насичення, починається конденсація водяної пари, утворюються хмари. При конденсації утворюються дрібненькі крапельки завислі в атмосфері. Щоб вони могли випадати з хмари на земну поверхню, їхні розміри повинні бути значно більшими.

Краплі плавають в атмосфері під дією руху повітря і зустрівшись зливаються в одну, тобто відбувається процес коагуляції. Коагуляції сприяють різнойменні заряди крапель. Важливо щоб краплі були різних розмірів. Більші краплі падають скоріше і це сприяє коагуляції. Зустрічі крапель сприяє також розвиток турбулентних рухів. У результаті коагуляції з шаруватих хмар випадають найбільші краплі у вигляді мряки. З потужних купчастих хмар може випадати дрібний слабкий дощ, особливо у тропічних широтах, де велика водність хмар. Справжнього дощу в результаті коагуляції не буває.

Справжні опади випадають лише із змішаних хмар. Змішані хмари існують лише при температурі повітря від -10 до -40⁰С. Отже хмари у своєму вертикальному розвитку повинні досягти рівня кристалізації, тобто вони повинні досягти ізотерми, як мінімум -10⁰С. Змішаними є шарувато-дощові, купчасто-дощові та високо-шаруваті хмари. У них краплі води та кристали льоду існують поруч. В реальних умовах повітря по відношенню до крапель може бути ненасиченим, а по відношенню до кристалів перенасиченим. Тому кристали будуть збільшуватись через сублімацію водяної пари на їхній поверхні. У результаті цього процесу кількість водяної пари у хмарі зменшується і дрібні краплі випаровуються. Отже, в атмосфері водяна пара переноситься з крапель на кристали.

Розростаючись, кристали уже не можуть бути завислими у хмарі і починають падати донизу. У процесі падіння з верхньої частини хмари вони продовжують збільшуватись внаслідок сублімації і зіткнення з переохолодженими краплями. При зіткненні сніжинок між собою утворюється безліч уламків кристалів, на яких у процесі сублімації утворюються нові сніжинки.

Отже у хмарах великих розмірів досягають лише сніжинки. Якщо у нижній частині хмари чи під хмарою температура повітря вище нуля, то сніжинки тануть і далі падають у вигляді дощу. При подальшому падінні краплі можуть зустрічатись і зливатись в одну велику краплю. Якщо температура повітря до самої земної поверхні нижче нуля, то опади спостерігаються у вигляді снігу. Таким чином, справжні опади із хмари випадають лише у вигляді снігу.

Атмосферні опади у вигляді граду формуються подібним чином. У купчасто-дощових хмарах існують потужні конвективні висхідні рухи повітря. Вони підхоплюють великі краплини і переносять їх знову у верхню частину хмари, де краплі замерзають. Такі замерзлі кусочки льоду можуть довго подорожувати вверх-вниз і збільшувати свої розміри у процесі примерзання крапель до льоду. Залежно від швидкості руху градин, температури повітря, водності хмари градини можуть бути прозорими чи матового кольору. Висхідні конвективні рухи можуть досягати кількох десятків метрів за секунду. Тому не дивно, що град може бути дуже великих розмірів. В Україні інколи розміри градин досягає розміру курячого яйця, а максимальний діаметр градини досягає 80-100 мм, у Київській та Полтавській областях зафіксовані градини з діаметром 118-120 мм. В Індії маса градин досягала 3,4 кг, а в Китаї навіть 7 кг. Легко уявити шкоду, яку наносить град народному господарству. Інколи на земній поверхні утворюється шар граду товщиною кілька десятків сантиметрів.