Часто говорят о приметах: какие облака к дождю, какие к суше. И тут речь идет, конечно, о том, какие облака сопутствуют фронту циклона и антициклона — линии раздела погоды. Но куда переместится этот фронт?..
Мы видим небо на расстоянии десятков километров. А что творится дальше — простым глазом не увидеть. Изменение давления мы тоже можем заметить только там, где оно уже началось: люди замечают его по барометру, животные — по своим внутренним биологическим барометрам. Люди тоже имеют внутренний барометр: боль в старых переломах или головная боль; у многих безотчетное беспокойство сопутствует изменению давления. И кое-кто научился его расшифровывать. Говорят: «Быть дождю» или: «Я чувствую перемену погоды — скоро прояснится…» .
Но большие расстояния нашим органам чувств не подвластны. Что творится за 30, за 50 километров и дальше мы можем выяснить лишь по телефону, телеграфу, радио. И получается, что ныне транзисторный радиоприемник позволяет лучше сориентироваться в изменении погоды, чем приметы. Надо только знать, где расположены пункты, передающие погоду. Непрерывные метеосводки сообщают аэродромы. В сводках назван пункт передачи, указаны высота и характер облачности, направление и скорость ветра на разных высотах. Передают аэродромы и краткосрочный прогноз на несколько часов вперед. По этим передачам можно узнать о предстоящих переменах погоды в соседних с аэродромом районах, за 50, 100, 200 километров. Почти любым транзисторным приемником можно поймать такие сводки на коротких волнах.
Но сейчас у нас приемника нет. Впрочем, он бы и не помог. Слишком близко к нам фронт погоды, и перемещается он над нами. Здесь можно ждать любых неожиданностей: и грозы, и ясного неба.
Кучевые облака поднимаются на огромную высоту восходящими воздушными течениями. Но, чтобы понять происхождение облака, нужно знать, что такое влажность воздуха.
Во влажном воздухе все сухое мокнет, а в сухом — все мокрое сохнет. На влажной земле только ноги промочишь, во влажном воздухе отсыреют и одежда и вещи. Да и человек чувствует себя плохо в жару и в холод, если влажность воздуха высокая.
Она зависит от количества водяного пара в воздухе. Но не только от количества. В зимний туманный день белье не сохнет, тогда как в жаркий летний высыхает. Но в зимний холодный, туманный, пасмурный день в воздухе меньше водяного пара, чем в жаркий солнечный день где-нибудь на опушке леса.
Дело в относительной влажности, от нее и зависит, с какой скоростью сохнут мокрые вещи: быстро или медленно. Чем воздух теплее, тем больше он может содержать водяного пара. И наоборот, из остывающего воздуха водяной пар уходит. А куда уходит?
Он превращается в воду — конденсируется. При этом водяные капельки остаются в воздухе и делают его мутным, непрозрачным. И мы говорим : туман. Облака — тот же туман, капельки воды, которые образуются в воздухе, когда он поднялся высоко и охладился.
Что же дальше происходит с водяными капельками в облаке? Они медленно опускаются. Долетев на нижней границе облака до теплого воздуха, капельки опять испаряются, и все повторяется сначала.
Иногда облака «падают»: туман опускается, потому что воздух над самой землей «похолодал». Порой бывает хорошо видно, как в тумане плавно падают капельки воды, те, что покрупнее. И земля становится мокрой. А потом вдруг туман снова поднимется, и мы оказываемся в прозрачном воздухе. И это потому, что из облака уже много выпало влаги, но скорее всего воздух стал теплее, и круговорот испарения и конденсации переместился выше — облако всплыло. В теплую ночь, когда небо ясное, когда нет облаков, закрывающих тепловым лучам путь в космос, земля остывает, и с рассветом мы видим на траве, деревьях, домах, садовых скамейках капельки воды — росу. Недаром температуру, при которой воздух с данным количеством водяного пара начинает отдавать влагу, назвали температурой точки росы для воздуха данной влажности. При температуре точки росы ничего сохнуть не может: вода не испаряется. И говорят, что относительная влажность — 100 процентов. При относительной влажности 50 процентов при той же температуре в воздухе бывает вдвое меньше пара, и все хорошо сохнет. Но если похолодает, то с тем же количеством пара в воздухе влажность подскочит опять до 100 процентов: в воздухе повиснет туман.
Зимой вода превращается в лед, но от этого понятие относительной влажности не меняется. Действительно, лед, как и вода, испаряется, а когда пар конденсируется на морозе, то оседает в виде белых пушистых ледяных игл — кристаллов. Они повисают на деревьях, проводах, оседают на траве. Мы называем это сказочное одеяние инеем. Когда на земле лежит слой снега, то иней оседает и на снег, но меньше, потому что снег теплее, чем провода и ветви деревьев: ведь снег.снизу подогревается землей, у которой огромный запас тепла, а провода висят в холодном воздухе.
Процессы увлажнения и высыхания очень важны для путешественника : в сухой одежде, в сухом спальном мешке и в сухой палатке теплее, чем в мокрых.
Как же бороться с влагой, если несколько дней подряд погода прохладная, сырая, туманная?
Очень сложно. Нужно держаться ближе к лесу, где спасительный огонь костра отогреет и высушит. Снимаясь с ночлега, надо хорошо высушить одежду. Поскольку она скоро опять отсыреет, планировать быстрые энергичные переходы от костра к костру. А спальные мешки и теплые свитера надежно упаковывать в герметичные полиэтиленовые мешки.
Интересно, что, когда мы сушим у костра какую-нибудь вещь, процесс испарения и конденсации происходит в самой этой вещи так же, как в облаке на теплой и холодной его границе. Вот сушим спальный мешок: на той стороне, что обращена к огню, влага испаряется, тогда как на противоположной, холодной, конденсируется. Мы знаем из опыта: рубашку сушить у костра достаточно с одной стороны, а толстый спальный мешок приходится поворачивать, особенно зимой в мороз, когда с одной стороны сушишь, а с другой намерзает иней. И не только на поверхности мешка, но и в толще его — у холодной поверхности изнутри. Если мешок не расстегивается весь, то высушить его еще труднее.
Почему же иногда туман, а иногда дождь? Почему облака то безобидно плывут над головой, то обрушивают на нас ливень?
Дождь долго оставался загадкой для ученых. Ведь для образования одной крупной капельки, способной быстро падать, должны встретиться и объединиться тысячи мелких, которые совсем не собираются встречаться. Впервые удовлетворительное объяснение дождю дал скандинавский ученый Тур Бержерон в «Лекции об облаках», которую он впервые прочитал в Советском Союзе в 1932 году. Вот в чем заключается его теория.
Известно, что если в облаке мороз, то капельки воды превращаются в мельчайшие кристаллики льда (зимой бывает и туман на земле из таких кристалликов — снежинок — «морозная мгла»). С поверхности льда и с поверхности воды непрерывно вылетают в воздух молекулы пара, а из воздуха в лед и в воду столько же молекул пара влетает. Но капельки замерзают не одновременно, и если оказались рядом лед и вода, то в лед больше влетает молекул, чем из него вылетает. Лед начинает подсушивать воздух (наверное, замечали, что, когда подморозит, в воздухе становится суше). При этом капелька воды начинает сохнуть и высыхает. Получается, что снежинка на расстоянии «пожирает» соседние водяные капельки и разрастается настолько, что начинает падать. Зимой она в виде снега так и упадет на землю, а летом, растаяв по пути, превратится в дождь. Но она еще в самом облаке, опустившись пониже, может превратиться в воду. А крупная капля, падая, еще захватит много капелек тумана. Она может распасться на несколько быстрых капель, и каждая из них тоже в облаке будет по пути расти. Получается как бы лавина капелек— дождь.
Значит ли это, что любой дождь сначала бывает снегом? Нет, ученые заметили, что в жарких странах дождь бывает и из «теплых» облаков. По этому поводу появились свои предположения, но они до сих пор не так стройны, как теория «снежного дождя». Вот, оказывается, какая сложная загадка природы — всем известный дождик.
Интересно, что при дожде относительная влажность воздуха ниже, чем при тумане. Так, во время дождя под навесом может сохнуть белье. Все правильно: ведь 100 процентов влажности только в облаке, а облако высоко, в наш сравнительно сухой воздух проникают лишь быстрые капли воды. По пути они испаряются, но не успевают все высохнуть и потому долетают до нас. Иногда в грибном дожде (когда солнце светит мимо дождевого облака) одежда сохнет быстрее, чем намокает. Так же бывает и когда в дождь стоишь у хорошего костра, в мощном потоке тепла, излучаемом большим огнем. Да и сам костер горит под дождем, потому что успевает испарить воду скорее, чем она пропитает дрова.
Теперь мы можем сделать полезный для нас вывод: намокает одежда или высыхает, зависит от того, что происходит быстрее -— приток влаги или испарение. Непромокаемый плащ задерживает под собой влагу, испаряющуюся с поверхности тела, и она конденсируется на плаще изнутри. При быстрой ходьбе одежда под плащом отсыреет, но мы все равно под сильным дождем пойдем в нем — слишком уж много воды падает с неба. А вот в тумане еще не ясно, что лучше — в плаще или без него. Потому что, когда идешь с рюкзаком, поверхность тела выделяет много тепла и одежда от тела нагревается. А нагретая она и в тумане не отсыреет. Но если туман очень плотный, насыщен влагой, а идешь не очень быстро, то лучше надеть плащ.
Плащ спасает нас не только от влаги, но и от ветра. Ветер и влага так сильно воздействуют на организм человека, что в основном из-за них мы интересуемся погодой.
Не меньше, чем водяной пар и туман, определяют погоду ветры — воздушные течения в атмосфере, перемещающие воздух с различной температурой и влажностью. Ветры, как своенравные художники, рисуют над землей погоду: сгущают краски гроз, штормов, тайфунов или промывают лучезарные окна антициклонов. Ветры образуются из-за неравномерного нагревания солнцем земли, океанов, самой атмосферы и из-за вращения Земли.
Из всего многообразия этих тепловых и механических происшествий разберем простейший случай.
Солнце сильнее нагрело степи и меньше — лес, потому что он испаряет влагу, а всякое испарение охлаждает. Степи же раскалились от многодневного зноя. Воздух нагрелся и, как дым от исполинского костра, мощным столбом устремился вверх.
Воздух уходит от земли в небо, у земли его становится меньше, а давление понижается. Стрелка барометра-анероида падает. И будь на этом месте море, капитан корабля, взглянув на стрелку, сказал бы старпому: «Барометр падает — подготовьте корабль к шторму!»
Чем ниже давление у земли, тем с большей силой устремляется сюда воздух из соседних областей. Это пространство пониженного давления, или депрессия.
К центру депрессии дуют ветры. Они набирают все большую скорость и столкнулись бы между собой, если бы не было вращения Земли, которое их закрутит.
Итак, ветры мчатся к депрессии с юга, с севера, с востока и с запада— со всех сторон.
Проследим сначала за ветром, дующим с севера. Чтобы отличать «право» от «лева», повернемся спиной к ветру — лицом на юг. Массы воздуха перемещаются от полярных областей, где они вращаются вместе с Землей справа налево. Чем ближе к экватору они подходят, тем быстрее начинает бежать справа налево под ними Земля, а они от бега ее отстают. Но мы, стоя на Земле, видим, что отклоняется не она, а ветер — он повернул к западу. А ветер с юга, с которым все произошло наоборот, повернул к востоку.
Оба эти ветра повернули в разные стороны и увлекли за собой во вращение два других ветра — западный и восточный. И образовалась вокруг депрессии «воздушная карусель».
Если мы взглянем на нее сверху, то вращается она против часовой стрелки. В северном полушарии вокруг депрессий всегда бывает так. А в южном полушарии наоборот — вокруг депрессий вращение идет по часовой стрелке. И все это теперь называется циклоном. По-гречески «циклос» — колесо.
Гигантское воздушное колесо раскручивается с большой силой, иногда с силой урагана.
Бывают циклоны слабые; бедствий они не влекут, но приносят погоду, которую называют плохой, хотя для земледельцев она временами необходима.
В циклонах небо затоплено облаками и тучами, идут дожди, потому что теплый с обилием водяного пара воздух в центре «колеса» вздымается вверх, на большой высоте охлаждается, и пар превращается в капельки влаги — туман, облака, тучи.
Но раз существуют циклоны, то должны быть и антициклоны: ведь почти для всех явлений на свете обнаружены противоположные им.
Антициклон — это циклон наоборот. Воздушные течения сходятся где-то высоко-высоко, там воздух охлаждается и затем опускается вниз. Этот воздух сухой, он не приносит облаков, туч. По земле он растекается, вращаясь по расходящейся спирали и в сторону, обратную циклону, но спокойно, медленно, часто даже незаметно. В области антициклона давление у земли повышено и нередко бывает полный штиль.
Штилевые области некогда пугали капитанов: в безветрие парусный корабль не мог никуда двинуться. Он неделями стоял -с обвисшими парусами, — а команда мучалась от зноя. Бывали случаи, когда моряки, попавшие в мягкие, но страшные объятия штиля, погибали от голода и жажды. Корабль оставался стоять пустым со всеми поднятыми парусами.
А потом налетал долгожданный, но, увы, запоздавший ветер, подхватывал мертвый корабль и жутким призраком гнал его по океану. Руль корабля сам поворачивался, паруса надувались то с одной, то с другой стороны — хороший корабль долго не тонул. Он сам «маневрировал», приспосабливался к ветру, ложился на различные галсы, вызывая суеверный ужас встречных моряков. Так родилась легенда про корабль-призрак «Летучий голландец».
Во всем мире ученые стараются разгадать законы движения атмосферы и законы перемещения по воздуху огромных масс воды. Эти ученые называются метеорологами, а их наука — метеорологией. Сложная, интересная, древняя и вечная наука. Мы здесь лишь чуть-чуть заглянули в нее.
Отправляясь в короткий поход, послушайте по радио сводку погоды на завтра и на ближайшие дни. А отправляясь в длительный поход, узнайте в Управлений гидрометеослужбы СССР долгосрочный прогноз. Погоду нужно представлять себе заранее, чтобы знать, к чему быть готовым. Но не обижайтесь на метеорологов, если их прогноз вдруг не оправдается: предсказать погоду очень сложно.
