Обледенение предметов, связанное с переохлаждённой водой
Сублимация водяного пара на предметах, находящихся в переохлаждённом тумане, особенно в тихую погоду, приводит к покрытию их пушистой кристаллической изморозью. Чем предмет лучше обветривается (тонкие нити), тем быстрее и обильнее он покрывается изморозью. Серебристый узор деревьев и проводов — это, в ряде случаев, кристаллическая изморозь. Она обычно невелика, до 1 —2 см, имеет малую объёмную плотность (менее 0 1, иногда только 0.02 по отношении) к воде), легко осыпается и обычно не причиняет разрушений. При сильном морозе кристаллическая изморозь растёт и без тумана. Эта, характерная для Сибири, изморозь не достигает значительных величин. Иногда на поверхности предмета оледеневают сами капли тумана. Это происходит только с крупными каплями диаметром в десятки микрон (мелкокапельные туманы состоят из частиц диаметром в 10 микрон и меньше). Они достигают поверхности предмета по двум причинам: 1) вследствие большой инерции, позволяющей капле преодолеть сопротивление воздуха у поверхности предмета, и 2) вследствие большого запаса влаги, предохраняющего каплю от полного испарения на кристалл. Поэтому крупнокапельные туманы вызывают образование зернистой изморози. Внешне она похожа на кристаллическую изморозь, с которой часто и смешивается. В отличие от последней она не имеет различимых зеркальных граней кристаллов. Плотность зернистой изморози промежуточна, между сублимационным льдом и гололёдом; она заключается между 0.2 и 0.4 [3> 19]. Развивается плотная изморозь преимущественно при небольших морозах. Па вершинах гор, где капли проносящегося облака велики и скорости ветра большие, изморозь на хорошо обветриваемых телах (столбы, мачты, деревья и т. п.) достигает величин 1 м и более. Этот вид атмосферного льда довольно част и иногда разрушает линии связи и электропередачи, деревья и проч. Дождь или морось при морозе дают гололёд. Он бывает реже зернистой, плотной изморози, но не менее разрушителен. Если зернистая изморозь чаще бывает в горах, то гололёд так же часто бывает и на равнинах. Гололёд при крупнокапельном дожде и высокой температуре бывает стекловидно-прозрачным с плотностью 0.8 — 0-9, а при более мелкокапельном и при низкой температуре — мутным, имеющим меньшую плотность 0.4—0.7. Мокрый снег при положительной температуре воздуха, особенно от 0 до +1°, липок за счёт сил поверхностного натяжения воды, смачивающей предмет. Явление налепи сложное. Оно состоит из двух фаз. Первая фаза — налипание на предмет мокрого снега, — является, по существу, наслоением выпадающего льда, образованием покрова влажного снега. В этой фазе налепь вредна лишь воздействием на предметы силою тяжести налипшего снега. Ветер сдувает покров влажного снега с сучьев и проводов. На транспорте налепь вредна
Обледенение предметов вследствие замерзания воды
Атмосферная вода, находившаяся на земных предметах при положительной температуре, с наступлением мороза замерзает, переходя в наземный лёд. Хотя рассмотрение наземного льда не и ходит в нашу задачу, но близость его форм к явлениям атмосферного льда заставляет для уточнения последнего рассмотреть и лёд, образующийся от замерзания воды. Иногда замерзает роса, образуя ледяные шарики размером в один пли несколько миллиметров. Бывают случаи замерзания капель дождевой воды, висящих па проводах, ветвях и т. п., когда наступает резкая смена дождливой погоды на сухую морозную. Оба эти "явления замерзших росы и капель осадка имеют малое значение. Только одно из явлений замерзания воды достигает катастрофических размеров, когда оно связано с приносным атмосферным льдом, т. е. со снегом, Это — налипание на предметы мокрого снега в виде влажной налепи и его последующее замерзание. Дополнительное образование льда происходит во второй фазе, когда вода влажной налепи замерзает и образует ледяной покров замёрзшей налепи, прочно скреплённой с предметом. Прочность замерзшей налепи ведёт к тому, что к весовой нагрузке может прибавиться ветровая нагрузка. Последняя особенно велика для предметов, парусность которых сильно возрастает от обледенения. Замёрзшая налепь вызывает искривление стволов берёз, сосен и елей или даже их поломку, разрушение линий связи и т. п. Гибель хвойных лесов от неё, известная в народе и у лесоводов под именем «снеговала» и «снеголома», хотя н редка, но по производимому ею опустошению подобна пожару. Объёмная плотность налепи колеблется в широких пределах — от 0.2 до 0.8. При медленном равномерном похолодании и непрерывном снегопаде налепь имеет характерное наслоение с убывающей наружу плотностью: от прозрачного льда на предмете до совершенно пушистого снега снаружи. В зависимости от хода температуры и колебания интенсивности снегопада, строение покрова налепи бывает и несколько иным. Развитие льда на земных предметах тесно связано со свойствами самих предметов. Тонкие нити не покрываются радиационным инеем и налётом, но наиболее чувствительны к изморози. Изморозь мало развивается на больших плоскостях крупных предметов, обычно благоприятствующих развитию налёта и т. д. Обледенение наземных предметов — в основном вредное явление. Борьба с ним на линиях связи и электропередачи ведётся как пассивно—укреплением линий в районах больших отложений льда, избеганием ветреных участков и т. п., так и активно — стаиванием льда электроподогревом, механическим сбиванием изморози и проч. Изморозь же, выросшая на деревьях, опадает и тем увлажняет почву. В этом заключается её польза, особенно заметная на полезащитных лесных полосах.
Внутри переохлаждённого облака, если оно мелкокапельно, развиваются правильные, хотя иногда и весьма сложные, кристаллы сублимационного снега. Общее число форм последних достигает нескольких десятков. Но в каждом отдельном снегопаде резко преобладает только какая-нибудь одна из этих форм сублимационных кристаллов. Это удивительное свойство снегопадов показывает неслучайность форм снежинок, их закономерную связь с состоянием атмосферы. Сублимационный снег является аналогом кристаллической изморози. Рост чистых кристаллов и коагуляция их с облачными каплями обычно пространственно разграничены. Они происходят в разных частях облака, имеющих разные размеры капель. На правильном кристалле, попавшем в крупнокапельную часть облака, осемороси или дождя (диаметр более 0.1 мм). Эти крупные капли возникают из мелких капель облака посредством коагуляции. Оледенелый снег, хотя и является полностью атмосферным льдом, но тем не менее по процессу возникновения он подобен замёрзшей налепи, так как частично происходит от замерзания воды, имеющей температуру 0°С. Ледяной же дождь проходит стадию переохлаждения капли дождя. Крупные градины часто образуются коагуляцией более мелких. В центре частиц мелкого града, называемого ледяной крупой, легко различается матовое снеговидное ядро — остаток начальной снежинки. Во время выпадения обложных дождей — результата растаявшего снегопада, когда температура внизу облака выше 0°, а у поверхности земли ниже нуля, — капли дождя могут при падении замёрзнуть и достичь земли в- виде ледяных шариков ледяного дождя. При малой мощно-стиприземного холодного слоя воздуха дождь не успевает замёрзнуть налету и кристаллизуется уже на самой земле, давая гололёд. Снег, выпадающий из высоких, холодных частей облака, иногда не успевает полностью растаять внизу облака или под ним. Подтаявшая снежинка, попадая в приземный холодный слой воздуха, оледеневает и даёт оледенелый снег.
Осадки льда, возникшие вследствие сублимации пара вне облака
Сублимация без видимых следов облака приводит, обычно при температуре ниже —10°, к образованию ледяной ныли. Последняя медленно оседаег вниз, давая ничтожный осадок льда. Кристаллы ледяной пыли очень малы (порядка 0.1 мм) и являются зародышами снега, не получившими дальнейшего развития из-за малой мощности слоя их роста. Лишь в редких случаях кристаллы ледяной пыли превышают размер 1 мм, но при этом выпадают очень разреженно. Эти крайне слабые снегопады отличаются тем, что выпадают из ясного неба. В некоторых случаях водяное.переохлаждённое облако ко времени достижения снегом земли испаряется. Подобное явление особенно характерно для ливневых осадков, когда влажность воздуха мала, а облака проходят отдельными пятнами. Это явление не следует смешивать с выпадением ледяной пыли или отдельных снежинок.
Переход в лёд жидкой воды и водяного пара, находящихся в воздухе
Вода в капельно-жидкой фазе может находиться длительное время в переохлаждённом состоянии, имея иногда температуру на много градусов ниже 0 . Это усложняет образование атмосферного льда. Можно различить 4 пути перехода водяного пара и воды в лёд. Во-первых, лёд образуется замерзанием воды непосредственно при переходе температуры воздуха через 03 С. Так оледеневает мокрый снег, замерзают капли росы. Во-вторых, наблюдается более быстрое замерзание мелких капель сильно переохлаждённой воды. Так замерзают при ударе о снежный кристалл или предмет переохлаждённые капли облака или тумана, давая снежную крупу и плотную изморозь. При этом встречаются два случая: пересыщение в водяном переохлажденном тумане и пересыщение без тумана. Таким образом, в-третьих, наблюдается перекачка водяного пара с капель на кристалл. При этом из переохлаждённого водяного облака выпадают кристаллы сублимационного снега или в переохлаждённом водяном тумане растут сублимационные кристаллы изморози. Наконец, в-четвёртых, при сильном морозе из безоблачного неба оседает сверкающая в лучах солнца ледяная пыль. Характерной чертой сублимационных кристаллов атмосферного льда является их скелетность: звёзды, пустотелые воронки и т. п. Перечисленные четыре пути образования атмосферного льда разнообразятся метеорологической обстановкой, как это будет рассмотрено дальше.
Сублимация водяного пара на предметах, находящихся в переохлаждённом тумане, особенно в тихую погоду, приводит к покрытию их пушистой кристаллической изморозью. Чем предмет лучше обветривается (тонкие нити), тем быстрее и обильнее он покрывается изморозью. Серебристый узор деревьев и проводов — это, в ряде случаев, кристаллическая изморозь. Она обычно невелика, до 1 —2 см, имеет малую объёмную плотность (менее 0 1, иногда только 0.02 по отношении) к воде), легко осыпается и обычно не причиняет разрушений. При сильном морозе кристаллическая изморозь растёт и без тумана. Эта, характерная для Сибири, изморозь не достигает значительных величин. Иногда на поверхности предмета оледеневают сами капли тумана. Это происходит только с крупными каплями диаметром в десятки микрон (мелкокапельные туманы состоят из частиц диаметром в 10 микрон и меньше). Они достигают поверхности предмета по двум причинам: 1) вследствие большой инерции, позволяющей капле преодолеть сопротивление воздуха у поверхности предмета, и 2) вследствие большого запаса влаги, предохраняющего каплю от полного испарения на кристалл. Поэтому крупнокапельные туманы вызывают образование зернистой изморози. Внешне она похожа на кристаллическую изморозь, с которой часто и смешивается. В отличие от последней она не имеет различимых зеркальных граней кристаллов. Плотность зернистой изморози промежуточна, между сублимационным льдом и гололёдом; она заключается между 0.2 и 0.4 [3> 19]. Развивается плотная изморозь преимущественно при небольших морозах. Па вершинах гор, где капли проносящегося облака велики и скорости ветра большие, изморозь на хорошо обветриваемых телах (столбы, мачты, деревья и т. п.) достигает величин 1 м и более. Этот вид атмосферного льда довольно част и иногда разрушает линии связи и электропередачи, деревья и проч. Дождь или морось при морозе дают гололёд. Он бывает реже зернистой, плотной изморози, но не менее разрушителен. Если зернистая изморозь чаще бывает в горах, то гололёд так же часто бывает и на равнинах. Гололёд при крупнокапельном дожде и высокой температуре бывает стекловидно-прозрачным с плотностью 0.8 — 0-9, а при более мелкокапельном и при низкой температуре — мутным, имеющим меньшую плотность 0.4—0.7. Мокрый снег при положительной температуре воздуха, особенно от 0 до +1°, липок за счёт сил поверхностного натяжения воды, смачивающей предмет. Явление налепи сложное. Оно состоит из двух фаз. Первая фаза — налипание на предмет мокрого снега, — является, по существу, наслоением выпадающего льда, образованием покрова влажного снега. В этой фазе налепь вредна лишь воздействием на предметы силою тяжести налипшего снега. Ветер сдувает покров влажного снега с сучьев и проводов. На транспорте налепь вредна
Обледенение предметов вследствие замерзания воды
Атмосферная вода, находившаяся на земных предметах при положительной температуре, с наступлением мороза замерзает, переходя в наземный лёд. Хотя рассмотрение наземного льда не и ходит в нашу задачу, но близость его форм к явлениям атмосферного льда заставляет для уточнения последнего рассмотреть и лёд, образующийся от замерзания воды. Иногда замерзает роса, образуя ледяные шарики размером в один пли несколько миллиметров. Бывают случаи замерзания капель дождевой воды, висящих па проводах, ветвях и т. п., когда наступает резкая смена дождливой погоды на сухую морозную. Оба эти "явления замерзших росы и капель осадка имеют малое значение. Только одно из явлений замерзания воды достигает катастрофических размеров, когда оно связано с приносным атмосферным льдом, т. е. со снегом, Это — налипание на предметы мокрого снега в виде влажной налепи и его последующее замерзание. Дополнительное образование льда происходит во второй фазе, когда вода влажной налепи замерзает и образует ледяной покров замёрзшей налепи, прочно скреплённой с предметом. Прочность замерзшей налепи ведёт к тому, что к весовой нагрузке может прибавиться ветровая нагрузка. Последняя особенно велика для предметов, парусность которых сильно возрастает от обледенения. Замёрзшая налепь вызывает искривление стволов берёз, сосен и елей или даже их поломку, разрушение линий связи и т. п. Гибель хвойных лесов от неё, известная в народе и у лесоводов под именем «снеговала» и «снеголома», хотя н редка, но по производимому ею опустошению подобна пожару. Объёмная плотность налепи колеблется в широких пределах — от 0.2 до 0.8. При медленном равномерном похолодании и непрерывном снегопаде налепь имеет характерное наслоение с убывающей наружу плотностью: от прозрачного льда на предмете до совершенно пушистого снега снаружи. В зависимости от хода температуры и колебания интенсивности снегопада, строение покрова налепи бывает и несколько иным. Развитие льда на земных предметах тесно связано со свойствами самих предметов. Тонкие нити не покрываются радиационным инеем и налётом, но наиболее чувствительны к изморози. Изморозь мало развивается на больших плоскостях крупных предметов, обычно благоприятствующих развитию налёта и т. д. Обледенение наземных предметов — в основном вредное явление. Борьба с ним на линиях связи и электропередачи ведётся как пассивно—укреплением линий в районах больших отложений льда, избеганием ветреных участков и т. п., так и активно — стаиванием льда электроподогревом, механическим сбиванием изморози и проч. Изморозь же, выросшая на деревьях, опадает и тем увлажняет почву. В этом заключается её польза, особенно заметная на полезащитных лесных полосах.
Осадки льда, выпадающие из переохлаждённых облаков
Внутри переохлаждённого облака, если оно мелкокапельно, развиваются правильные, хотя иногда и весьма сложные, кристаллы сублимационного снега. Общее число форм последних достигает нескольких десятков. Но в каждом отдельном снегопаде резко преобладает только какая-нибудь одна из этих форм сублимационных кристаллов. Это удивительное свойство снегопадов показывает неслучайность форм снежинок, их закономерную связь с состоянием атмосферы. Сублимационный снег является аналогом кристаллической изморози. Рост чистых кристаллов и коагуляция их с облачными каплями обычно пространственно разграничены. Они происходят в разных частях облака, имеющих разные размеры капель. На правильном кристалле, попавшем в крупнокапельную часть облака, осемороси или дождя (диаметр более 0.1 мм). Эти крупные капли возникают из мелких капель облака посредством коагуляции. Оледенелый снег, хотя и является полностью атмосферным льдом, но тем не менее по процессу возникновения он подобен замёрзшей налепи, так как частично происходит от замерзания воды, имеющей температуру 0°С. Ледяной же дождь проходит стадию переохлаждения капли дождя. Крупные градины часто образуются коагуляцией более мелких. В центре частиц мелкого града, называемого ледяной крупой, легко различается матовое снеговидное ядро — остаток начальной снежинки. Во время выпадения обложных дождей — результата растаявшего снегопада, когда температура внизу облака выше 0°, а у поверхности земли ниже нуля, — капли дождя могут при падении замёрзнуть и достичь земли в- виде ледяных шариков ледяного дождя. При малой мощно-стиприземного холодного слоя воздуха дождь не успевает замёрзнуть налету и кристаллизуется уже на самой земле, давая гололёд. Снег, выпадающий из высоких, холодных частей облака, иногда не успевает полностью растаять внизу облака или под ним. Подтаявшая снежинка, попадая в приземный холодный слой воздуха, оледеневает и даёт оледенелый снег.
Осадки льда, возникшие вследствие сублимации пара вне облака
Сублимация без видимых следов облака приводит, обычно при температуре ниже —10°, к образованию ледяной ныли. Последняя медленно оседаег вниз, давая ничтожный осадок льда. Кристаллы ледяной пыли очень малы (порядка 0.1 мм) и являются зародышами снега, не получившими дальнейшего развития из-за малой мощности слоя их роста. Лишь в редких случаях кристаллы ледяной пыли превышают размер 1 мм, но при этом выпадают очень разреженно. Эти крайне слабые снегопады отличаются тем, что выпадают из ясного неба. В некоторых случаях водяное.переохлаждённое облако ко времени достижения снегом земли испаряется. Подобное явление особенно характерно для ливневых осадков, когда влажность воздуха мала, а облака проходят отдельными пятнами. Это явление не следует смешивать с выпадением ледяной пыли или отдельных снежинок.
Переход в лёд жидкой воды и водяного пара, находящихся в воздухе
Вода в капельно-жидкой фазе может находиться длительное время в переохлаждённом состоянии, имея иногда температуру на много градусов ниже 0 . Это усложняет образование атмосферного льда. Можно различить 4 пути перехода водяного пара и воды в лёд. Во-первых, лёд образуется замерзанием воды непосредственно при переходе температуры воздуха через 03 С. Так оледеневает мокрый снег, замерзают капли росы. Во-вторых, наблюдается более быстрое замерзание мелких капель сильно переохлаждённой воды. Так замерзают при ударе о снежный кристалл или предмет переохлаждённые капли облака или тумана, давая снежную крупу и плотную изморозь. При этом встречаются два случая: пересыщение в водяном переохлажденном тумане и пересыщение без тумана. Таким образом, в-третьих, наблюдается перекачка водяного пара с капель на кристалл. При этом из переохлаждённого водяного облака выпадают кристаллы сублимационного снега или в переохлаждённом водяном тумане растут сублимационные кристаллы изморози. Наконец, в-четвёртых, при сильном морозе из безоблачного неба оседает сверкающая в лучах солнца ледяная пыль. Характерной чертой сублимационных кристаллов атмосферного льда является их скелетность: звёзды, пустотелые воронки и т. п. Перечисленные четыре пути образования атмосферного льда разнообразятся метеорологической обстановкой, как это будет рассмотрено дальше.
