Туман часто образуется ночью и утром потому, что после захода солнца земная поверхность остывает, а вслед за ней охлаждается прилегающий к ней влажный воздух. Когда его температура приближается к точке росы, водяной пар конденсируется в мельчайшие капли, взвешенные у земли. Сильнее всего воздух обычно охлаждён под утро, поэтому именно перед рассветом и вскоре после него туман бывает наиболее густым.
Что представляет собой туман
Туман состоит не из водяного пара в строгом физическом смысле, а из огромного количества очень мелких капель жидкой воды. Сам переход пара в жидкость подробнее разобран в материале о том, что такое конденсация и сублимация. При отрицательной температуре в тумане также могут присутствовать переохлаждённые капли, а при сильном морозе – кристаллы льда. Эти частицы рассеивают свет и ухудшают видимость.
По устройству туман похож на облако, но находится у самой земной поверхности. Он возникает, когда воздух становится насыщенным влагой. Это может произойти двумя основными путями: воздух охлаждается до точки росы либо в него поступает дополнительный водяной пар. Ночью чаще действует первый механизм.
Точка росы – температура, до которой нужно охладить воздух при неизменном содержании водяного пара, чтобы относительная влажность достигла примерно 100 процентов. После этого дальнейшее охлаждение способствует конденсации влаги на мельчайших частицах пыли, морской соли и других аэрозолях. Так появляются капли, из которых складывается туман.
Как ночное охлаждение создаёт туман
Днём поверхность получает энергию от Солнца и нагревает нижний слой атмосферы. После захода солнца приток солнечной энергии прекращается, но земля продолжает отдавать тепло в виде инфракрасного излучения. В результате трава, почва, крыши и другие поверхности постепенно становятся холоднее.
Воздух непосредственно над землёй охлаждается при соприкосновении с ней. Если он достаточно влажный, разница между его текущей температурой и точкой росы сокращается. Допустим, вечером температура воздуха составляет 12 °C, а точка росы – 9 °C. Ночью достаточно охлаждения всего на несколько градусов, чтобы нижний слой достиг насыщения и в нём начали образовываться капли.
Такой туман называют радиационным. Название связано не с радиоактивностью, а с потерей тепла поверхностью посредством теплового излучения. Он особенно характерен для суши, поскольку почва и растительность ночью остывают заметнее, чем большие водоёмы.
Туман не обязательно появляется сразу после заката. Земле и прилегающему воздуху требуется время, чтобы охладиться до точки росы. Поэтому сначала может возникнуть тонкий слой дымки над полем, а через несколько часов он становится выше и плотнее.
Почему туман бывает гуще перед рассветом
Ночь длится несколько часов, и всё это время поверхность в подходящих условиях теряет тепло. Минимальная суточная температура часто наблюдается не в полночь, а незадолго до восхода солнца или вскоре после него. К этому моменту нижний слой воздуха успевает охладиться сильнее всего.
Если насыщение наступило ещё ночью, дальнейшее охлаждение вызывает образование новых капель. Туманный слой может становиться плотнее и распространяться выше. Небольшое перемешивание воздуха переносит охлаждение от самой поверхности в соседние слои, поэтому туман уже не ограничивается несколькими сантиметрами над травой.
После восхода Солнца прогрев начинается не мгновенно. Лучи могут падать под малым углом, а сам туман ослабляет поступление солнечной энергии к земле. Поэтому ещё некоторое время температура остаётся близкой к ночному минимуму. Именно этим объясняется густой туман во время ранней утренней поездки, хотя Солнце уже показалось над горизонтом.
Какие условия помогают ночному туману
Одного наступления ночи недостаточно. Для образования радиационного тумана должно совпасть несколько условий.
Прежде всего воздуху нужна влага. Вероятность тумана повышается после дождя, над влажной почвой, рядом с рекой, озером, болотом или обильно политым полем. В сухом воздухе температура может заметно снизиться, но до точки росы она так и не дойдёт.
Ясное или малооблачное небо усиливает ночное охлаждение. Облака поглощают часть уходящего от земли инфракрасного излучения и излучают энергию обратно вниз. Они действуют как своеобразное покрывало, уменьшающее потерю тепла поверхностью. При ясном небе охлаждение обычно происходит быстрее.
Ветер должен быть слабым. Сильный ветер перемешивает холодный приземный воздух с более тёплым или сухим воздухом выше и мешает тонкому нижнему слою достичь насыщения. Однако абсолютный штиль тоже не всегда идеален: в неподвижном воздухе охлаждение может затронуть лишь совсем узкий слой, а значительная часть влаги осядет на траве в виде росы. Лёгкое движение воздуха помогает распространить охлаждение на некоторую высоту и сформировать более объёмный туман.
Благоприятна и устойчивая атмосфера, в которой нет сильных восходящих потоков. Такие условия часто складываются в области повышенного давления. Но само высокое давление не создаёт туман автоматически – важны влажность, облачность, ветер и температура в конкретном месте.
Почему низины и долины затягивает чаще
Ночью воздух у склонов охлаждается, становится плотнее и стекает вниз под действием силы тяжести. В долинах и котловинах он скапливается, словно вода в чаше. Этот механизм отдельно объясняет, почему туман чаще скапливается в низинах: там холодный приземный слой быстрее приближается к точке росы.
В низинах нередко находится и источник влаги: река, ручей, заболоченная почва или мокрая растительность. Сочетание холодного воздуха, слабого ветра и высокой влажности создаёт подходящие условия для долинного тумана. Поэтому с холма местность иногда видна ясно, а ниже лежит плотное белое «море», скрывающее дорогу и дома.
Рельеф также помогает холодному воздуху сохраняться. Если над ним располагается более тёплый слой, возникает температурная инверсия, которая ослабляет вертикальное перемешивание. В глубокой долине при зимней устойчивой погоде туман из-за этого способен держаться не несколько утренних часов, а значительно дольше.
Почему туман появляется не каждое утро
Даже после прохладной ясной ночи туман может не возникнуть. Если воздух сухой, его температура останется выше точки росы. При плотной облачности поверхность будет остывать медленнее. Сильный ветер разрушит холодный приземный слой, а приток более сухого воздуха уменьшит влажность.
Разница между температурой и точкой росы помогает понять вероятность явления. Чем меньше эта разница вечером и чем сильнее ожидаемое ночное охлаждение, тем больше шансов на насыщение. Но этого простого сравнения не всегда достаточно: ветер, облака, рельеф и изменение влажности в течение ночи способны изменить результат.
Иногда вместо тумана образуется только роса. Это происходит, когда поверхность и находящиеся на ней предметы охлаждаются ниже точки росы, но слой воздуха над ними не становится насыщенным на достаточной высоте. Водяной пар тогда конденсируется преимущественно на траве, листьях, автомобилях и других холодных поверхностях, а не остаётся в воздухе в виде заметной пелены.
Куда исчезает туман после восхода солнца
Утром солнечные лучи нагревают землю, а от неё прогревается прилегающий воздух. С повышением температуры относительная влажность уменьшается, если количество водяного пара существенно не меняется. Воздух перестаёт быть насыщенным, и капли тумана начинают испаряться.
Одновременно усиливаются восходящие потоки и перемешивание нижних слоёв атмосферы. Туман редеет снизу, распадается на отдельные участки или немного приподнимается и на время превращается в низкую слоистую облачность. Родственная температурная граница помогает понять, почему облака снизу кажутся плоскими. При достаточном прогреве туман обычно исчезает.
Но выражение «утренний туман всегда быстро рассеивается» не является правилом без исключений. Зимой Солнце поднимается невысоко, поверхность прогревается слабо, а день короток. В долине или под устойчивой температурной инверсией холодный влажный воздух может сохраняться много часов. Плотная пелена сама уменьшает прогрев земли, поэтому иногда поддерживает собственное существование.
Всякий ли туман связан с ночью
Ночью и утром особенно часто наблюдается именно радиационный туман, но существуют и другие механизмы. Адвективный туман возникает, когда тёплый влажный воздух перемещается над холодной землёй или водой. Он может образоваться в любое время суток и сохраняться даже при заметном ветре.
Паровой туман появляется, когда холодный воздух проходит над более тёплой водой и в него поступает влага с поверхности. Склоновый туман формируется при подъёме влажного воздуха по рельефу и его охлаждении. Туман также может возникать в зоне фронта, когда испаряющиеся осадки насыщают прохладный воздух у земли.
Поэтому связь с ночным охлаждением нельзя распространять на каждую белую пелену у поверхности. Вопрос о том, почему туман чаще образуется ночью, прежде всего относится к распространённому радиационному типу. На побережье, в горах или возле тёплого водоёма главная причина может быть другой.
Главное
Ночной и утренний туман чаще всего появляется из-за охлаждения влажного воздуха у земной поверхности до точки росы. Этому способствуют ясное небо, слабый ветер, влажная почва и расположение в низине. Максимальной плотности туман нередко достигает перед рассветом, когда охлаждение наиболее продолжительное. После восхода поверхность прогревается, капли испаряются, и видимость улучшается, хотя зимой и в долинах туман может задержаться надолго.
