Тривалість сонячного сяйва

Тривалість сонячного сяйва з одного боку є важливою характеристикою режиму сонячної радіації, а з другого боку – режиму хмарності. Тривалість сонячного сяйва виражається годинами за місяць чи рік, протягом яких прямі сонячні промені надходять на земну поверхню. Це дуже важливий елемент клімату місцевості.

Тривалість сонячного сяйва залежить від тривалості дня та хмарності. Тривалість дня, у свою чергу, залежить від географічної широти та пори року. Щільні хмари повністю затінюють Землю від прямих сонячних променів. Тривалість сонячного сяйва можна характеризувати кількістю годин, або відсотками від можливої тривалості. В останньому випадку добре видно, наскільки хмарність зменшує тривалість дії прямих сонячних променів.

Тривалість сонячного сяйва збільшується від полярних широт до тропіків. В Арктиці переважає хмарна погода, тому відносна тривалість сонячного сяйва не перевищує 25 % від можливого часу. У Північній Європі вона збільшується уже до 40 %. У Південній Європі прямі сонячні промені спостерігаються уже протягом 50-65 % від можливого. Найбільша тривалість сонячного сяйва спостерігається у тропічних пустелях. Так, наприклад, у штаті Арізона в середньому за рік вона становить 88 %, а в червні навіть досягає 97 %. Велика відносна тривалість сонячного сяйва спостерігається у Східній Антарктиді. У дощовому поясі Землі поблизу екватора вона зменшується до 35 %.

В абсолютних величинах тривалість сонячного сяйва в Європі протягом року змінюється від 1000-1200 годин на півночі Шотландії та півночі Євразії до 1843 у Києві, 2200 у Феодосії та Одесі та 2900 годин у Мадриді. У пустелях тривалість сонячного сяйва перевищує 3000 годин.

Тривалість сонячного сяйва в горах менша, ніж на рівнинах внаслідок посилення конвекції на схилах гір. Особливо це помітно у тропічних широтах. Взимку на значній висоті у горах сонце світить більше, ніж на рівнині. У цей час рівень конденсації розташований низько і шаруватоподібні хмари вкривають нижній пояс гір. У зв’язку з цим взимку дуже популярні гірські курорти. У Європі дні без прямих сонячних променів спостерігаються переважно взимку. У великих промислових центрах через забруднення атмосфери інколи тривалість сонячного сяйва на 20% менша, ніж на деякій відстані від них.

Серпанок, туман, імла

Серпанок – слабке помутніння атмосфери внаслідок скупчення завислих у приземному шарі продуктів конденсації та сублімації водяної пари. Ці продукти мають мікроскопічні розміри. Горизонтальна видимість при серпанку зменшується до 1-10 км. Продукти конденсації та сублімації водяної пари (краплі та кристали) розсіюють сонячні промені, усі предмети мають білувато-сіруватий колір і не чіткі обриси.

Якщо продукти конденсації та сублімації водяної пари більших розмірів і більша їх концентрація то горизонтальна видимість зменшується ще більше. Сильне помутніння атмосфери через скупчення завислих у приземному шарі продуктів конденсації та сублімації водяної пари, що призводить до зменшення горизонтальної видимості на відстань менше одного кілометра називається туманом. У слабких туманах горизонтальна видимість становить 999-500 м, у помірних – 500-100 м, у сильних – менше 100 м. У дуже сильних туманах видимість менша 50 м, а інколи навіть 1-2 м.

При позитивних температурах туман складається із крапель води. При невеликих від’ємних температурах туман складається із переохолоджених крапель. При температурах -10⁰С і нижче тумани уже змішані, поряд існують краплі та кристали. При дуже низьких температурах вони стають повністю кристалічними. За своєю структурою хмари та тумани ідентичні.

Якщо помутніння атмосфери викликане не продуктами конденсації та сублімації водяної пари, а твердими частками то воно називається імлою. Імла часто виникає при розвіюванні ґрунту сильним вітром (пилові бурі), забруднення повітря при лісових пожежах та промисловим забрудненням у містах. Імла може бути і біологічного походження. Це пилок при масовому квітуванні деяких видів рослин. Далекість горизонтальної видимості при імлі змінюється у великих межах. Відносна вологість при імлі, як правило, мала на відміну від туманів та серпанку.

Умови утворення туманів

Тумани виникають тоді, коли поблизу поверхні Землі є сприятливі умови для конденсації водяної пари. У більшості випадків це зниження температури. Ядер конденсації водяної пари завжди достатньо. Оскільки ядра конденсації гігроскопічні, то тумани виникають ще до зниження температури до точки роси, тобто при відносній вологості близько 95%.

Залежно від умов утворення тумани поділяють на два види: тумани охолодження і тумани випаровування. У природних умовах переважаючими є тумани охолодження. Охолодження повітря поблизу земної поверхні відбувається внаслідок двох основних процесів. Це радіаційне охолодження земної поверхні та прилеглого шару повітря. Втрачаючи тепло шляхом випромінювання радіації земна поверхня охолоджується, а від неї охолоджується і прилегле повітря. Тумани, які виникають у цьому випадку, називаються радіаційними. Крім того повітря охолоджується при його перенесенні з теплішої земної поверхні на холоднішу. Ці тумани називають адвентивними. Якщо повітря охолоджується внаслідок дії двох причин, то тумани називаються адвективно-радіаційними.

Радіаційні тумани виникають тихої ясної ночі, але при наявності слабкого вітру. Слабкий вітер створює турбулентне перемішування повітря, а отже розповсюджує охолодження повітря вверх. У багатьох випадках формуються приземні радіаційні тумани. Вони розповсюджуються вверх на десятки метрів і мають плямисту структуру, тобто формуються у балках, поблизу боліт, на лісових галявинах. Ці тумани виникають у приземному шарі інверсії температури. Через невеликий проміжок часу після сходу Сонця вони випаровуються. Приземні тумани спостерігаються лише над суходолом.

В холодний період року у стійких антициклонах утворюються високі радіаційні тумани. Вони розповсюджуються до висоти кількох сотень метрів. Це результат тривалого поступового охолодження повітря в нижніх шарах антициклону протягом кількох днів. Такі тумани охоплюють величезні площі і можуть зберігатись багато днів підряд, розсіюючись інколи в середині дня на кілька годин.

Адвективні тумани виникають при адвекції теплого повітря на холодну підстильну поверхню. Це спостерігається при перенесені повітря з південних районів у північні, або взимку з теплого моря на охолоджений суходіл, або влітку з теплого суходолу на холодне море, або з теплих течій на холодні. У помірних широтах на суходолі адвективні тумани бувають часто в кінці осені та взимку. На морі вони виникають частіше весною та влітку.

Адвективні тумани охоплюють величезні райони і розповсюджуються вверх на сотні метрів. Вони можуть виникати і при значній швидкості вітру. Тепле повітря вихолоджується при контакті з холодною підстильною поверхнею, а велике турбулентне переміщування розповсюджує вихолоджування до значної висоти. При цих туманах також існує інверсійний розподіл температури, але інверсія уже адвективна. При значній турбулентності відбувається коагуляція крапель туману і найбільші краплі падають на земну поверхню у вигляді мряки.

Адвективно-радіаційні тумани утворюються при незначній адвекції тепла і при наступному радіаційному вихолоджуванні земної поверхні при проясненні вночі.

Тумани випаровування бувають рідше, ніж тумани охолодження і охоплюють вони менші ділянки земної поверхні. На суходолі вони виникають у вечірні години та вночі при стіканні повітря з навколишніх пагорбів на теплу водну поверхню річок, озер, ставків. Інколи вони виникають увечері під час спокійного дощу на нагріту земну поверхню чи після його закінчення, коли з вологої теплої поверхні інтенсивно випаровується волога, а температура повітря знижується. Над внутрішніми морями тумани випаровування спостерігаються зимою при адвекції холодного повітря із суходолу. В Арктиці тумани випаровування утворюються тоді, коли холодне повітря з крижаного покриву переноситься на ділянки моря без криги.

Усі перелічені види туманів виникають в середині повітряних мас поза межами атмосферних фронтів. Однак існує ще один вид туманів випаровування – перед теплим фронтом. Атмосферні опади у вигляді дощу зволожують земну поверхню. Інтенсивне випаровування із земної поверхні та безпосередньо з крапель дощу насичує повітря водяною парою і утворюється туман. Це суцільна смуга туману перед фронтом.

Найчастіше тумани виникають при найбільшому охолодженні земної поверхні, тобто вранці. У горах тумани утворюються будь-якої частини доби, але усе-таки дещо частіше вони появляються у після полуденні години. Справа в тому, що в цей час виникають висхідні рухи повітря, воно адіабатично охолоджується і на схилах утворюється туман. Правда, для спостерігача, який перебуває в долині – це звичайні хмари.