Научный сотрудник британского Университета Рединга, доктор метеорологии Роб Томпсон отмечает, что за последние несколько недель в Соединенном Королевстве было так много дождей, что поверить в продолжающуюся засуху на большей части страны ее жителям очень сложно.
В 2022-м разговоры о погоде и главным образом о дожде были особенно популярны среди англичан. Но в отношении дождя есть несколько вещей, неизвестных даже британцам.
Форма капель дождя – не слеза
Самые маленькие дождинки (около 1 мм) обладают сферической формой. Чем они крупнее, тем более сплющиваются, пока не приобретают форму булочки для гамбургера и падают всегда плоской стороной вниз. Если капли дождя становятся крупнее 5 мм, то распадаются на более мелкие.
Их форма вызвана взаимодействием двух сил: поверхностного натяжения воды и внутреннего давления, возникающего в результате падения каждой капли через толщу воздуха. Поверхностное натяжение заставляет дождинку принимать форму с наименее возможной площадью поверхности – шар. Эта форма доминирует у мелких капель, поскольку им приходится расталкивать меньше воздуха при падении, чем более крупным каплям.
Крупные капли дождя имеют большую площадь для столкновения с воздухом и падают быстрее, что дополнительно увеличивает эффект давления на каждую такую каплю. В результате ее «дно» сплющивается и в его центре формируется углубление, которое, в конце концов, разрушает каплю.
Это знание о дождевых капель очень важно, так как их размер и форма влияют на электромагнитные сигналы, проходящие через пелену дождя, а значит помогает при использовании технологий прогнозирования погоды. Современные технологии погодных прогнозов позволяют анализировать ожидаемое количество осадков на основе информации о форме дождинок и дают возможность эффективнее предсказывать внезапные паводки.
В Великобритании не так дождливо, как многие думают
Среднее количество осадков в мире составляет около 1000 мм в год. В целом по Великобритании уровень осадков чуть выше, около 1150 мм, однако на юго-востоке королевства их существенно меньше.
На британских островах наблюдаются огромные перепады по осадкам: менее 550 мм вблизи устья Темзы, но более 3000 мм на холмах западной Шотландии и более 2000 мм в горах Уэльса и Озерном крае (графство Камбрия). На западе Британии значительно больше дождей, чем на востоке. Также на периодичность дождей влияет холмистость местности. Воздух, вынужденный подниматься над холмами и горами, теряет влагу, проливающуюся дождями. Поэтому на равнинах осадков чаще всего меньше, чем в предгорьях.
На Земле есть пустыни, где почти нет осадков, и тропические районы, где осадки выпадают в огромном количестве. В индийском городке Маусинрам ежегодно льют дожди практически на уровне 12 000 мм осадков.
Гринвичская обсерватория (Лондон) в год собирает в среднем 562 мм осадков. Это меньше, чем на Мальте (592 мм) и в Риме (586 мм), однако близко к Барселоне (520 мм). Дожди в Лондоне составляют примерно половину среднегодового объема осадков, тогда как в Сиднее (1222 мм), Орландо или Нью-Йорке (1175 мм и 1059 мм соответственно) уровни дождевых осадков значительно выше.
В британском королевстве чаще случаются небольшие дожди и изморось. Т.е. дождливых дней много, но осадков от них мало. При небольшом дожде уровень осадков менее 0,5 мм в час, а при сильном ливне – свыше 10 мм в час.
Замеры дождя ведутся тысячи лет
В числе самых первых научных приборов был дождемер. В Индии это устройство использовали еще 2500 лет назад. В 1441 году дождемеры были впервые стандартизованы, когда император Седжон в Корее приказал разослать дождемеры в каждую деревню, чтобы вести замеры потенциальных урожаев среди фермеров и устанавливать адекватные налоговые ставки.
Дождемер из опрокидывающегося ковша и контейнера в форме трубки с воронкой был изобретен в 1662 году двумя титанами науки, Кристофером Реном и Робертом Гуком. Если прежде показания дождемера требовалось считывать человеку-оператору, то опрокидывающий ковш позволял частично автоматизировать процесс сбора данных по осадкам. Каждый сброс воды ковшом приводил в действие шестеренки часового механизма, медленно двигающие карандаш по бумаге для фиксации количества осадков.
Стандартный дождемер, применяемый сегодня повсеместно, практически полностью совпадает с конструкцией, созданной в Корее времен династии Чосон.
Замеры осадков, выполняемые дождемером, учитываются только для того места, где прибор установлен. Следует правильно выбрать место, поскольку перемещение прибора на какие-то несколько метров может дать совсем другой объем осадков.
Сегодня интенсивность дождей замеряется также радарами, действующими в радиусе до 250 км от своего расположения. В Великобритании и Ирландии, например, действует сеть из 18 радаров, собирающая данные каждые пять минут и сообщающая об интенсивности дождей в любом месте королевства, а не только там, где установлены дождемеры. Тем не менее сбор климатических данных в мире базируется главным образом на показаниях дождемеров.
Источник большей части английских дождей – лед
Дождь падает на нас с высоты нескольких километров. На этих высотах, где температура ниже точки замерзания, накапливается много замерзшей влаги. Мелкие частицы льда, из которых на самом деле состоят «британские» облака, становятся дождем.
Для Великобритании теплый дождь, возникающий при температуре облаков выше точки замерзания, по большой части необычен. Такой дождь идет в тропиках. Когда частицы льда, выпавшие из облаков, достигают температуры выше нуля, они начинают таять. Вертикальная дистанция, на протяжении которой происходит этой таяние, варьируется от уровня земли примерно до 4 км высоты.
По этой причине прогнозировать снег в Великобритании довольно сложно. В большей части планеты снегопады происходят при значительно более низких температурах воздуха. Т.е. если там уличная температура -5℃, то ее погрешность в 2℃ значения не имеет. А в британском королевстве большая часть снега выпадает при температуре воздуха около нуля по Цельсию. И в результате каких-то 2 ℃ градуса решают, пойдет дождь, мокрый или обычный снег.
Размер дождевой капли имеет значение
Если обратить внимание на капли дождя, бьющие по лобовому стеклу авто, то видно, что мокрые пятна от дождинок разного размера.
Каждый дождь состоит из капель разного размера, от мелких (менее миллиметра) до крупных (более 5 мм). Чем выше интенсивность дождя, тем больше в нем крупных капель (при этом количество миллиметровых дождинок практически не меняется).
В моросящем дожде, как правило, больше всего крошечных капель (менее 1 мм). Вы также могли заметить, что первым признаком сильного ливня является разреженное постукивание огромных дождевых капель. Так бывает потому, что самые большие капли падают быстрее прочих и поэтому достигают земли первыми.
Размер дождевых капель влияет на качество сигнала мобильных телефонов, телевизоров и любых электромагнитных волн. Большие капли блокируют электромагнитные волны в большей степени, в результате сигналы слабеют и иногда даже пропадают, если дождь достаточно сильный.
В следующий раз, когда пойдет дождь, выгляните в окно, предлагает Роб Томпсон. Если есть время, то выйдите на улицу и ощутите, как дождинки падают на вашу руку. Почувствуйте физику, происходящую вокруг вас и, возможно, это отвлечет вас от негативных мыслей о сырой погоде.