Вода на Земле движется в любом агрегатном состоянии. Водяной пар, будучи газом, движется с большой скоростью – его переносят земные ветры. Жидкая вода движется медленнее всего: ее запасы на поверхности Земли пополняются сверху. Ледяной покров движется постоянно, дрейфуя под собственным весом вниз и в сторону моря. Тающий лед восполняется идущим сверху снегом, и система сохраняет баланс. Это движение воды в различных агрегатных состояниях, постоянный обмен между океаном и воздухом, называется гидрологическим циклом, или круговоротом воды в природе. Пресная вода перерабатывается и возобновляется благодаря следующим процессам: испарение, транспирация, конденсация, выпадение осадков, инфильтрация и водослив.
• Испарение: вода в жидкой форме переходит в газ или водяной пар (например, когда высыхает лужа).
• Транспирация: это испарение не из водоемов, а из листьев растений.
• Конденсация: переход воды из газообразного состояния в жидкое; ее можно наблюдать ежедневно – так образуются облака.
• Выпадение осадков: конденсация приводит к выпадению осадков: дождь, снег, град или изморось – вода выпадает на поверхность Земли в жидком или твердом виде.
• Инфильтрация: вода просачивается в почву, где либо поглощается, либо пробивается дальше через камни, что порой приводит к образованию подводных озер и водоносных пластов.
• Водослив: вода переносится по поверхности земли, образуя резервуары-озера или попадая в реки, которые со временем впадают в море.
В целом можно считать, что вся вода, которая льется с неба – это дождь. На этом можно бы и остановиться, но есть причины разграничивать типы осадков, например, различать дождь и ливень. Фундаментальная разница состоит в типах облаков, которые приводят к образованию дождя. Посмотрите на небо, и вы увидите самые разные облака. Выделяют около девяти различных типов на основании их формы, структуры и высоты, хотя обычно все эти типы не встречаются в одно и то же время.
Нас будут интересовать два основных вида облаков: слоистые и кучевые. Слоистые облака образуются при слиянии и конденсации двух воздушных масс, из которых одна холоднее другой. По сравнению с кучевыми эти облака не отличаются большой глубиной. Образование слоистых облаков связано с горизонтальным движением воздуха, известным как адвекция и создающим вереницу из множества облаков, которые могут струиться, но не поднимаются высоко. Слоистые облака обычно плотно затягивают небо на десятки, а то и сотни километров во всех направлениях. В них постепенно накапливаются и растут облачные капельки, и со временем облака проливаются дождем. Собственно говоря, это и есть дождь с метеорологической точки зрения. Небо кажется налитым тяжелыми сгущающимися тучами, дождь идет продолжительное время, солнечные лучи не пробиваются. Иногда дождь сильный, иногда прерывистый, а после ухода облаков устанавливается более сухая погода, и небо становится более ясным.
Ливневые облака образуются иначе. Они называются кучевыми облаками и могут перерастать в значительно более мощные и крупные грозовые, или кучево-дождевые облака. Это огромные величественные создания, которые словно взрываются в небе, доходя вверх до невидимого потолка тропосферы. Такое облако кажется гигантской наковальней в небе.
Кучевые облака образуются в результате вертикальных движений воздуха – так называемых термиков, потоков, которые поднимаются от локальных очагов разогретой земли, а не благодаря столкновению воздушных масс разной температуры, образующему слоистые облака. Этот процесс называется конвекцией. Воздух поднимается вверх, потому что он теплее, а следовательно, и легче окружающей среды. Теплый воздух поднимается, если он окружен более холодным. Верно и обратное: холодный воздух не может подниматься вверх, если его окружает более теплый воздух.
Метеорологи не без оснований проводят различие между дождем и ливнем: дело в индивидуальном восприятии влажной погоды. Дождь обычно начинается медленно, обретает интенсивность и медленно заканчивается – эта модель действует не всегда, но чаще всего. Облака затягивают небо так, что Солнце исчезает. Ливневый же дождь – это более короткий период влажной погоды, сопровождаемый шквалистым ветром и временным понижением температуры. При этом Солнце виднеется на небосводе. Итак, дождь продолжителен, ливень краток и силен. Иногда ливень следует за дождем, как в классической норвежской модели циклонов[8]: сперва появляются слоистые облака (дождевые), а за ними идут кучевые (ливневые). От толстого слоя облаков, затянувших все небо, до свободной конвекции, когда каждое облако отделено от соседей, так что остаются свободные участки голубого неба. Отсюда и английское выражение sunshine and showers – грибной дождь.
8
Норвежская модель циклона – теория, согласно которой циклоны развиваются по мере продвижения вверх и вдоль фронтальной границы, в конечном счете перекрывая фронт и достигая баротропно холодной среды.