При конденсации или сублимации водяного пара в воздухе образуются мельчайшие капли воды или ледяные кристаллы. Скопление таких частиц непосредственно у земной поверхности называется туманом, если дальность видимости меньше -1 км, или туманной дымкой, если дальность видимости меньше 10 км.
немного науки Туманы представляют серьезную угрозу для мореплавания. Они относятся к часто повторяющимся явлениям, поэтому изучение условий их образования, а также географическое распределение имеют большое практическое значение.
Содержащиеся в воздухе капли воды и кристаллы льда уменьшают его прозрачность, и поэтому дальность видимости в тумане может быть очень малой. В зависимости от интенсивности тумана или дымки по условиям видимости различают:
сильный туман, дальность видимости менее 50 м
умеренный 50-500 м
слабый 500-1000 м
умеренная дымка 1-2 км
слабая 2-10 км
Иногда ухудшение, видимости вызывается присутствием в воздухе твердых частиц пыли, дыма и т. д., при этом относительная влажность бывает небольшой. Такое явление называют мглой. По своему происхождению мгла не имеет ничего общего с туманом.
Радиус частичек дымки менее 1 мкм. Радиус капель тумана колеблется от 1 до 50 мкм. Большинство капель в тумане при положительных температурах имеет радиус 7—15 мкм, при отрицательных 2—5 мкм,. Число капель в 1 см3 колеблется от 50—100 (при слабом тумане) до 500—600 (при сильном тумане).
При положительных и отрицательных температурах воздуха (до —20°С) туман состоит из капель воды (при отрицательных температурах капли находятся в переохлажденном состоянии). При дальнейшем понижении температуры появляются ледяные кристаллы и туман становится смешанным. При очень низких температурах туман может стать целиком кристаллическим, однако наблюдались случаи капельно-жидкого тумана даже при температурах ниже -30°.
В приземных слоях всегда в большом количестве имеются ядра конденсации. Вследствие их высокой гигроскопичности образование тумана начинается при относительной влажности меньше 100% (около 90—95%). Образование тумана при температурах ниже —30°С возможно при относительной влажности 80% и меньше.
Обычно туман образуется в результате охлаждения водяного пара, находящегося в воздухе (туманы охлаждения), реже — вследствие испарения с теплой поверхности в холодный воздух, когда образуются так называемые туманы испарения. Туманы могут возникнуть также при смешении двух воздушных масс, близких к состоянию насыщения, но имеющих разную температуру. В дополнение к перечисленным причинам образования тумана над морем следует упомянуть случаи, когда туман образуется над сушей или ледяными полями и относится, ветром к морю, а также случаи, когда туман образуется в результате опускания слоистых облаков.
Туманы охлаждения делятся на адвективные и радиационные.
Адвективные туманы возникают в теплых воздушных массах, движущихся на более холодную поверхность. На море такие туманы образуются обычно весной и летом, когда воздушная масса перемещается с теплой суши на холодное море, или в любое время года при перемещении воздушной массы с теплых участков морской поверхности на холодные (например, у Ньюфаундленда при переносе воздуха с теплых вод Гольфстрима на холодные воды Лабрадорского течения).
Адвективные туманы занимают обширные пространства и постираются в высоту на сотни метров. Они возникают при значительных скоростях ветра, поэтому в них может происходить коагуляция капель и наиболее крупные капли из них выпадают.
Радиационные туманы образуются над сушей и над районами сплошных льдов, как следствие выхолаживания подстилающей поверхности путем излучения. Возникновение радиационных туманов происходит при ясном небе и небольшом (до 2 м/с) ветре. Ясное небо способствует повышенному радиационному охлаждению, а слабый ветер, вызывает небольшую турбулентность обусловливающую распространение охлаждения и туманообразовання вверх.
Радиационные туманы бывают двух типов: поземные и высокие. Первые возникают в слое инверсии и после восхода Солнца исчезают вместе с ней. Высокие туманы могут наблюдаться и над сушей, и над морем в устойчивых антициклонах в холодное время года в результате постепенного выхолаживания воздуха в нижних слоях антициклонов. Такой туман может сохраняться неделями над большими районами, сплошь их захватывая.
Туманы испарения. Кроме этих двух основных типов существует несколько менее распространенных разновидностей туманов. Паровой туман, или “курение моря”, возникает, когда масса холодного воздуха перемещается над морем и происходит постоянное быстрое испарение водяных паров. Воздух, соприкасающийся с поверхностью моря, получает тепло и одновременно насыщается водяными парами по отношению к температуре поверхностных вод. Затем он поднимается и смешивается с более холодными слоями, которые в очень незначительной степени могут насыщаться водяным паром, так что образуется перенасыщенная смесь и начинается конденсация. Такие туманы обычно стелются очень низко, и, так как для их образования нужно, чтобы разность температур между водой и воздухом была порядка 10 °С, они, как правило, образуются на краю поля пакового льда при направлении ветра со стороны ледового поля.
Туман испарения обычно клубится, но строго локализован над теплой испаряющей поверхностью. Такие туманы возникают в холодную часть года в заливах Мурманского побережья, в районах Одессы, Стамбула.
Фронтальный туман, или туман смешения, образуется на границе между двумя воздушными массами с различными температурой и влажностью, каждая из которых близка к насыщению. Образование такого тумана иллюстрируется линией DFE (рис. 1.5).
Туман склонов (восхождения) образуется вдоль склонов холмов или гор. В действительности это низкие облака, поэтому такой тип туманов лучше рассматривать в главе, посвященной облакам.
Следует отметить, что в природе туманы образуются в большинстве случаев в результате совместного влияния рассмотренных выше факторов, значение каждого из которых в развитии тумана в большой степени зависит от синоптических условий и местных особенностей.
Туманы на морях и океанах носят преимущественно адвективный характер; для их образования необходим приток влажного воздуха на холодную подстилающую поверхность. Такие условия внутри тропической части океанов отсутствуют, и образование туманов характерно поэтому для морей и океанов умеренной и полярной зоны обоих полушарий.
Общая особенность распределения туманов по земной поверхности — увеличение их повторяемости к высоким широтам. Особенно часты туманы в Арктике, где число дней с туманами в году более 80. Причинами тумана здесь являются, с одной стороны, перенос теплых воздушных масс с материков на холодную поверхность моря и льда, а с другой — перемещение холодного воздуха со льда или с холодных материков на открытую воду. Высока повторяемость туманов и над водами, омывающими Антарктиду. В умеренных широтах северного полушария туманы особенно характерны для района острова Ньюфаундленд (до 80 дней в году и более). Высока повторяемость туманов вдоль побережий, омываемых холодными течениями (у западных берегов Северной Америки, на Дальневосточном побережье России). В Северном море и прилегающих к нему проливах повторяемость туманов также велика. Наиболее продолжительны и интенсивны туманы в этом районе в холодную половину года.
В субтропических широтах Южного полушария туманы часто также до 80 дней в году и более образуются над водами, омывающими Южную Америку и Южную Африку, где теплый воздух прибрежных пустынь попадает на холодные океанические течения.
Повторяемость туманов имеет хорошо выраженный суточный и годовой ход. Особенно четко выражен суточный ход повторяемости радиационных туманов: они развиваются ночью, достигают наибольшей интенсивности к утру (во время минимума температуры и максимума относительной влажности) и рассеиваются после восхода Солнца. Туманы других видов усиливаются радиационными процессами, поэтому и общая их повторяемость имеет максимум ночью и минимум днем.
Повторяемость туманов увеличивается с широтой. Наиболее часты туманы в Арктике и у берегов Антарктиды, где число дней с туманами превышает 80—90. Часты туманы в районе Ньюфаундленда, у юго-западных берегов Африки и Южной Америки, у о-ва Мадагаскар и др.
Годовой ход повторяемости туманов зависит от географических условий. В умеренных широтах наблюдается два максимума повторяемости: осенью и весной. При этом над континентами туманы образуются чаще всего осенью, над морями и океанами — весной, когда водная поверхность наиболее холодная.