Туман — это видимый аэрозоль, состоящий из крошечных капелек воды или кристаллов льда , взвешенных в воздухе на поверхности Земли или около нее . [1] [2] Туман можно считать типом низкорасположенных облаков, обычно напоминающих слоистые , и на него сильно влияют близлежащие водоемы, топография и ветровые условия. В свою очередь, туман влияет на многие виды деятельности человека, такие как судоходство , путешествия и военные действия .
Туман появляется, когда водяной пар (вода в газообразной форме) конденсируется. Во время конденсации молекулы водяного пара объединяются, образуя крошечные капельки воды, которые висят в воздухе. Морской туман , который появляется вблизи водоемов с соленой водой , образуется, когда водяной пар конденсируется на частицах соли. Туман похож на дымку, но менее прозрачен, чем дымка .
Термин «туман» обычно отличается от более общего термина « облако» тем, что туман располагается низко, а влага в тумане часто образуется локально (например, из близлежащего водоема, такого как озеро или океан, или из близлежащей влажной земли или болот ). [3]
По определению, туман снижает видимость до менее чем 1 км (0,62 мили), тогда как дымка вызывает меньшее ухудшение видимости. [4]
Для целей авиации в Соединенном Королевстве видимость менее 5 км (3,1 мили), но более 999 м (3278 футов) считается дымкой, если относительная влажность составляет 95% или более; ниже 95% сообщается о дымке . [5] [ необходима полная цитата ]
Туман образуется, когда разница между температурой воздуха и точкой росы составляет менее 2,5 °C (4,5 °F ). [6] [7]
Туман начинает образовываться, когда водяной пар конденсируется в крошечные капельки воды, которые взвешены в воздухе. Некоторые примеры способов конденсации водяного пара включают конвергенцию ветра в области восходящего движения; [8] осадки или вирга, падающие сверху; [9] дневное нагревание, испаряющее воду с поверхности океанов, водоемов или влажных земель; [10] транспирация от растений; [11] прохладный или сухой воздух, движущийся над более теплой водой; [12] и подъем воздуха над горами. [13] Водяной пар обычно начинает конденсироваться на ядрах конденсации, таких как пыль, лед и соль, чтобы сформировать облака. [14] [15] Туман, как и его возвышенный родственник stratus , представляет собой устойчивый слой облаков, который имеет тенденцию образовываться, когда прохладная, устойчивая воздушная масса оказывается в ловушке под теплой воздушной массой. [16]
Туман обычно возникает при относительной влажности около 100%. [17] Это происходит либо из-за дополнительной влаги в воздухе, либо из-за падения температуры окружающего воздуха. [17] Однако туман может образовываться и при более низкой влажности, а иногда может не образовываться при относительной влажности 100%. При относительной влажности 100% воздух не может удерживать дополнительную влагу, поэтому при добавлении дополнительной влаги воздух станет перенасыщенным .
Туман обычно производит осадки в виде мороси или очень легкого снега. Морось появляется, когда влажность тумана достигает 100% и мельчайшие капли облака начинают объединяться в более крупные капли. [18] Это может произойти, когда слой тумана поднимается и достаточно охлаждается, или когда он принудительно сжимается сверху нисходящим воздухом. Морось становится замерзающей моросью, когда температура на поверхности падает ниже точки замерзания.
Толщина слоя тумана в значительной степени определяется высотой границы инверсии, которая в прибрежных или океанических районах также является верхней частью морского слоя , выше которой воздушная масса теплее и суше. Граница инверсии изменяет свою высоту в первую очередь в ответ на вес воздуха над ней, который измеряется в терминах атмосферного давления. Морской слой и любая туманная гряда, которую он может содержать, будут «раздавлены», когда давление высокое, и наоборот, могут расширяться вверх, когда давление над ним понижается.
Туман может образовываться разными способами, в зависимости от того, как произошло охлаждение, вызвавшее конденсацию .
Радиационный туман образуется при охлаждении земли после захода солнца инфракрасным тепловым излучением в безветренных условиях с ясным небом. Затем охлаждающаяся земля охлаждает прилегающий воздух за счет проводимости , в результате чего температура воздуха падает и достигает точки росы, образуя туман. В условиях полного безветрия слой тумана может быть толщиной менее метра, но турбулентность может способствовать образованию более толстого слоя. Радиационный туман возникает ночью и обычно не длится долго после восхода солнца, но может сохраняться весь день в зимние месяцы, особенно в районах, ограниченных возвышенностями. Радиационный туман чаще всего встречается осенью и в начале зимы. Примерами этого явления являются туман туле . [19]
Приземный туман — это туман, который закрывает менее 60% неба и не распространяется до основания верхних облаков. [20] Однако этот термин обычно является синонимом неглубокого радиационного тумана; в некоторых случаях глубина тумана составляет порядка десятков сантиметров над определенными типами местности при отсутствии ветра.
Адвективный туман возникает, когда влажный воздух проходит над прохладной поверхностью посредством адвекции (ветра) и охлаждается. [21] Это обычное явление, когда теплый фронт проходит над областью со значительным снежным покровом. Это наиболее распространено в море, когда влажный воздух сталкивается с более прохладными водами, включая области подъема холодной воды , такие как вдоль побережья Калифорнии ( см. туман Сан-Франциско ). Достаточно сильная разница температур над водой или голой землей также может вызвать адвективный туман.
Хотя сильные ветры часто перемешивают воздух и могут рассеивать, фрагментировать или предотвращать возникновение многих видов тумана, заметно более теплый и влажный воздух, дующий над снежным покровом, может продолжать генерировать адвективный туман с повышенной скоростью до 80 км/ч (50 миль/ч) и более. Этот туман будет находиться в турбулентном, быстро движущемся и сравнительно неглубоком слое, наблюдаемом как несколько сантиметров/дюймов в глубину над ровными фермерскими полями, ровной городской местностью и т. п., и/или образовывать более сложные формы там, где рельеф отличается, например, вращающиеся области с подветренной стороны холмов или больших зданий и т. д.
Туман, образующийся в результате адвекции вдоль побережья Калифорнии, перемещается на сушу одним из нескольких процессов. Холодный фронт может сдвинуть морской слой к побережью, что наиболее типично весной или поздней осенью. В летние месяцы ложбина низкого давления, образующаяся из-за интенсивного нагревания внутри страны, создает сильный градиент давления, втягивая плотный морской слой. Кроме того, летом сильное высокое давление наверху над пустыней на юго-западе, обычно в связи с летним муссоном , создает поток с юга на юго-восток, который может перемещать прибрежный морской слой вверх по береговой линии; явление, известное как «южный всплеск», обычно следует за периодом прибрежной жары. Однако, если муссонный поток достаточно турбулентный, он может вместо этого разбить морской слой и любой туман, который он может содержать. Умеренная турбулентность обычно преобразует туманный слой, поднимая его и разбивая на мелкие конвективные облака, называемые слоисто-кучевыми .
Туман испарения или паровой туман образуются над водоемами, покрытыми гораздо более холодным воздухом; эта ситуация также может привести к образованию паровых дьяволов , которые выглядят как их пылевые аналоги . [22] Туман эффекта озера относится к этому типу, иногда в сочетании с другими причинами, такими как радиационный туман. Он имеет тенденцию отличаться от большинства адвективных туманов, образующихся над сушей, тем, что он, как и снег эффекта озера , является конвективным явлением, приводящим к туману, который может быть очень плотным и глубоким и выглядит пушистым сверху.
Фронтальный туман образуется примерно так же, как и слоистые облака вблизи фронта, когда капли дождя, падающие из относительно теплого воздуха над фронтальной поверхностью, испаряются в более холодный воздух вблизи поверхности Земли и вызывают его насыщение. Этот тип тумана может быть результатом опускания очень низкого фронтального слоистого облака до уровня поверхности при отсутствии какого-либо подъемного агента после прохождения фронта.
Ледяной туман образуется при очень низких температурах и может быть результатом других механизмов, упомянутых здесь, а также выдыхания влажного теплого воздуха стадами животных. Он может быть связан с алмазной пылью , в которой образуются и медленно падают очень маленькие кристаллы льда. Это часто происходит в условиях голубого неба, что может вызывать множество типов гало и другие результаты преломления солнечного света кристаллами в воздухе.
Замерзающий туман , который образует изморозь , состоит из капель переохлажденной воды , которые замерзают на поверхности при контакте. [23]
Туман с осадками (или фронтальный туман ) образуется, когда осадки выпадают в более сухой воздух под облаком, жидкие капли испаряются в водяной пар. Водяной пар охлаждается и в точке росы конденсируется, и образуется туман.
Градинный туман иногда возникает вблизи значительных скоплений града из-за пониженной температуры и повышенной влажности, что приводит к насыщению в очень мелком слое у поверхности. Чаще всего это происходит, когда поверх града находится теплый влажный слой и когда ветер слабый. Этот приземный туман имеет тенденцию быть локализованным, но может быть чрезвычайно плотным и резким. Он может образоваться вскоре после выпадения града; когда град успел охладить воздух и когда он поглощает тепло при таянии и испарении . [24]
Туман на склоне образуется, когда влажный воздух поднимается вверх по склону горы или холма (орографический подъем), где он конденсируется в туман из-за адиабатического охлаждения и, в меньшей степени, падения давления с высотой.
Замерзающий туман возникает, когда капли жидкого тумана замерзают на поверхности, образуя белыймягкийилитвердый иней.[25]Это очень распространено на вершинах гор, которые подвергаются воздействию низких облаков. Это эквивалентнозамерзающему дождюи по сути то же самое, что и лед, который образуется внутри морозильника, который не относится к типу «безморозный» или «безморозный». Термин «замерзающий туман» может также относиться к туману, где водяной пар переохлаждается,заполняя воздух маленькими ледяными кристаллами, похожими на очень легкий снег. Кажется, что это делает туман «осязаемым», как будто его можно «схватить горстью».
На западе США замерзающий туман может называться погонип . [26] Он обычно случается во время холодных зимних периодов, как правило, в глубоких горных долинах. Слово погонип происходит от шошонского слова paγi̵nappi̵h , что означает «облако». [26] [27] В « Альманахе старого фермера» в календаре на декабрь регулярно появляется фраза «Остерегайтесь погонип». В своей антологии « Смоук Беллью » Джек Лондон описал погонип, который окружил главных героев, убив одного из них.
Это явление также чрезвычайно распространено во внутренних районах Тихоокеанского Северо-Запада, где температура колеблется от 10 до 30 °F (от −12 до −1 °C). Колумбийское плато испытывает это явление большую часть лет из-за температурных инверсий , иногда длящихся до трех недель. Туман обычно начинает формироваться в районе реки Колумбия и расширяется, иногда покрывая землю на расстояниях до Ла-Пайна, штат Орегон , почти 150 миль (240 км) к югу от реки и в южной части центрального Вашингтона.
Замороженный туман (также известный как ледяной туман ) — это любой вид тумана, в котором капли замерзают в чрезвычайно мелкие кристаллы льда в воздухе. Как правило, для этого требуются температуры на уровне или ниже -35 °C (-31 °F), что делает его распространенным только в Арктике и Антарктике и вблизи них . [ 28 ] Чаще всего его можно увидеть в городских районах, где он создается путем замерзания водяного пара, присутствующего в выхлопных газах автомобилей и продуктах сгорания от отопления и выработки электроэнергии. Городской ледяной туман может стать чрезвычайно плотным и будет сохраняться днем и ночью, пока температура не повысится. Чрезвычайно небольшое количество ледяного тумана, падающего с неба, образует тип осадков, называемых ледяными кристаллами , о которых часто сообщают в Уткьягвике, Аляска . Ледяной туман часто приводит к визуальному явлению световых столбов .
Туман на склоне или туман на холме образуется, когда ветры поднимают воздух вверх по склону (так называемый орографический подъем ), адиабатически охлаждая его по мере подъема и заставляя влагу в нем конденсироваться. Это часто приводит к замерзанию тумана на вершинах гор, где потолок облаков в противном случае не был бы достаточно низким.
Туман в долинах образуется в горных долинах , часто зимой. По сути, это радиационный туман, ограниченный местной топографией , и может сохраняться в течение нескольких дней в безветренных условиях. В Центральной долине Калифорнии туман в долинах часто называют туманом туле .
На морской туман (также известный как haar или fret ) сильное влияние оказывают морские брызги и микроскопические соляные кристаллы в воздухе. Облакам всех типов требуются мельчайшие гигроскопичные частицы, на которых может конденсироваться водяной пар. Над поверхностью океана наиболее распространенными частицами являются соль из соляных брызг, образующихся при разбивании волн. За исключением штормовых зон, наиболее распространенные области разбивания волн расположены вблизи береговых линий, поэтому там самая большая плотность соляных частиц в воздухе.
Конденсация на частицах соли наблюдается при влажности всего 70%, поэтому туман может возникать даже в относительно сухом воздухе в подходящих местах, таких как побережье Калифорнии. Обычно такому туману с более низкой влажностью предшествует прозрачная дымка вдоль береговой линии, поскольку конденсация конкурирует с испарением, явление, которое обычно заметно любителям пляжного отдыха во второй половине дня. Еще одним недавно обнаруженным источником ядер конденсации для прибрежного тумана являются водоросли ламинарии . Исследователи обнаружили, что в условиях стресса (интенсивный солнечный свет, сильное испарение и т. д.) ламинарии выделяют частицы йода , которые, в свою очередь, становятся ядрами конденсации водяного пара, вызывая туман, рассеивающий прямой солнечный свет. [29]
Морской дым , также называемый паровым туманом или туманом испарения , является наиболее локализованной формой и создается холодным воздухом, проходящим над более теплой водой или влажной землей. [25] Он часто вызывает замерзающий туман, а иногда и иней .
Арктический морской дым похож на морской дым , но возникает, когда воздух очень холодный. Вместо того, чтобы конденсироваться в капли воды, образуются колонны замерзающего, поднимающегося и конденсирующегося водяного пара. Водяной пар производит туман морского дыма , и обычно он туманный и дымоподобный. [30]
Туман Гаруа у побережья Чили и Перу [ 31] возникает, когда типичный туман, образующийся на море, перемещается вглубь страны, но внезапно встречается с областью горячего воздуха. Это заставляет частицы воды тумана сжиматься за счет испарения, образуя «прозрачный туман». Туман Гаруа почти невидим, но все равно заставляет водителей использовать дворники из-за осаждения жидкой воды на твердых поверхностях. Каманчака — похожий, плотный туман.
В зависимости от концентрации капель видимость в тумане может варьироваться от дымки до почти нулевой видимости. Ежегодно во всем мире погибает множество людей из-за аварий на автомагистралях, связанных с туманом, включая столкновения нескольких транспортных средств .
На индустрию авиаперевозок влияет суровость туманных условий. Несмотря на то, что современные компьютеры автоматической посадки могут посадить самолет без помощи пилота, персонал, работающий на вышке управления аэропортом , должен иметь возможность видеть, находятся ли самолеты на взлетно-посадочной полосе в ожидании взлета. Безопасные операции затруднены в густом тумане, и гражданские аэропорты могут запрещать взлеты и посадки до тех пор, пока условия не улучшатся.
Решение для посадки возвращающихся военных самолетов, разработанное во время Второй мировой войны, называлось Fog Investigation and Dispersal Operation (FIDO). Оно включало сжигание огромного количества топлива вдоль взлетно-посадочных полос для испарения тумана, что давало пилотам возвращающихся истребителей и бомбардировщиков достаточно визуальных ориентиров для безопасной посадки своих самолетов. Высокие энергетические потребности этого метода препятствуют его использованию для рутинных операций.
Тени отбрасываются туманом в трех измерениях. Туман достаточно плотный, чтобы освещаться светом, проходящим через щели в конструкции или дереве, но достаточно тонкий, чтобы пропускать большое количество этого света, чтобы освещать точки дальше. В результате тени объектов выглядят как «лучи», ориентированные в направлении, параллельном источнику света. Эти объемные тени создаются так же, как сумеречные лучи , которые являются тенями облаков. В тумане тени отбрасывают твердые объекты.
Звук обычно распространяется быстрее и дальше всего через твердые тела, затем через жидкости, затем через газы, такие как атмосфера. Звук подвергается влиянию в условиях тумана из-за небольших расстояний между каплями воды и разницы температур воздуха.
Молекулярный эффект: хотя туман по сути является жидкой водой, множество капель разделены небольшими воздушными зазорами. Высокочастотные звуки имеют высокую частоту, что, в свою очередь, означает, что они имеют короткую длину волны. Для передачи высокочастотной волны воздух должен двигаться вперед и назад очень быстро. Коротковолновые высокочастотные звуковые волны отражаются и преломляются многими разделенными каплями воды, частично подавляя и рассеивая их энергию (процесс, называемый « затуханием »). Напротив, низкочастотные ноты с низкой частотой и большой длиной волны перемещают воздух менее быстро и реже и теряют меньше энергии при взаимодействии с небольшими каплями воды. Низкочастотные ноты меньше подвержены влиянию тумана и распространяются дальше, поэтому туманные горны используют низкий тон. [32]
Температурный эффект: Туман может быть вызван температурной инверсией , когда холодный воздух скапливается у поверхности, что помогло создать туман, в то время как более теплый воздух находится над ним. Инвертированная граница между холодным и теплым воздухом отражает звуковые волны обратно к земле, позволяя звуку, который обычно излучается, выходя в верхние слои атмосферы, вместо этого отскакивать назад и распространяться вблизи поверхности. Температурная инверсия увеличивает расстояние, на которое могут распространяться низкочастотные звуки, отражая звук между землей и слоем инверсии. [33]
Особенно туманные места включают [ нужна цитата ] Гамильтон, Новая Зеландия и Гранд-Бэнкс у побережья Ньюфаундленда (место встречи холодного Лабрадорского течения с севера и гораздо более теплого Гольфстрима с юга). Некоторые очень туманные районы суши в мире включают Арджентию (Ньюфаундленд) и Пойнт-Рейес (Калифорния), каждый из которых имеет более 200 туманных дней в году. [ нужна цитата ] Даже в в целом более теплой южной Европе , густой туман и локальный туман часто встречаются в низинах и долинах, таких как нижняя часть долины реки По и долины Арно и Тибра в Италии; долина Эбро на северо-востоке Испании; а также на Швейцарском плато , особенно в районе Зеландия , поздней осенью и зимой. [ нужна цитата ] Другие особенно туманные районы включают прибрежное Чили (на юге); прибрежное Намибия ; Норд, Гренландия ; и острова Северная Земля . [ нужна цитата ]
Леса секвойи в Калифорнии получают приблизительно 30–40% своей влаги из прибрежного тумана посредством капель тумана . Изменение климатических условий может привести к относительной засухе в этих районах. [34] Некоторые животные, включая насекомых, зависят от влажного тумана как от основного источника воды, особенно в пустынном климате, как, например, вдоль многих прибрежных районов Африки. Некоторые прибрежные сообщества используют сети тумана для извлечения влаги из атмосферы, где откачка грунтовых вод и сбор дождевой воды недостаточны. Туман может быть разного типа в зависимости от климатических условий.
Искусственный туман — это искусственный туман, который обычно создается путем испарения жидкости на основе воды и гликоля или глицерина . Жидкость впрыскивается в нагретый металлический блок и быстро испаряется. Возникающее давление выталкивает пар из вентиляционного отверстия. При контакте с холодным наружным воздухом пар конденсируется в микроскопические капли и выглядит как туман. [35] Такие дымовые машины в основном используются в развлекательных целях .
Наличие тумана часто играло ключевую роль в исторических событиях, таких как стратегические сражения. Одним из примеров является битва при Лонг-Айленде (27 августа 1776 года), когда американский генерал Джордж Вашингтон и его команда смогли избежать неминуемого плена британской армией, используя туман для сокрытия своего побега. Другим примером является день «Д» (6 июня 1944 года) во время Второй мировой войны , когда союзники высадились на пляжах Нормандии, Франция, в условиях тумана. В ходе этого сражения обе стороны сообщали как о положительных, так и об отрицательных результатах из-за ухудшения видимости. [36]
Международное определение тумана представляет собой взвешенное скопление капель воды или кристаллов льда вблизи поверхности Земли...Перепечатка из Pure and Applied Geophysics . 164 (6–7). 2007.
{{cite journal}}: CS1 maint: безымянное периодическое издание ( ссылка )В разделе "[ ^ "Федеральный метеорологический справочник номер 1: Глава 8 – Текущая погода" (PDF). Офис федерального координатора по метеорологии. 1 сентября 2005 г. стр. 8–1, 8–2. Получено 9 октября 2010 г. ] " ….
На самом деле воспользуйтесь следующей ссылкой - http://www.ofcm.gov/publications/fmh/FMH1/FMH1.pdf и перейдите к главе 8 и т. д.
{{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )