ГОСТ Р 53613-2009 (МЭК 60721-2-2:1988) Воздействие природных внешних условий на технические изделия. Общая характеристика. Осадки и ветер (Переиздание)

     4 Общие положения

Атмосфера земли находится в непрерывном движении. В ней происходят местные нагревы, охлаждения и увлажнения. В результате перепадов плотности возникают области высокого и низкого давления. Ветра, уравнивающие вышеуказанные разности давлений, направлены не непосредственно от области высокого к области низкого давления, а распределяются в соответствии с силой Кориолиса, зависящей от вращения Земли.

В результате сравнительно медленных горизонтальных перемещений могут возникнуть обширные восходящие потоки над большими пространствами. Другой причиной восходящих потоков, но над меньшими пространствами может явиться местный нагрев земной поверхности, вызывающий вертикальные тепловые потоки.

В результате воздушные массы попадают в область более низких давления и температуры. Так как в этих условиях предельное влагосодержание воздуха понижается, излишняя влага выпадает в виде осадков. Например, при температуре 20°С предельное влагосодержание воздуха составляет 17,3 г/м, а при 0°С - 4,8 г/м.

Примечание - Влагосодержание - количество воды, содержащейся в воздухе в виде отдельных молекул.

4.1 Осадки

Конкретный вид осадков - дождь, град или снег - зависит от процессов, происходящих в облаках. Температура в облаке меняется в вертикальном направлении. Уровень, на котором температура составляет 0°С, считают уровнем замерзания. Выше уровня замерзания температура ниже 0°С, а ниже уровня замерзания - температура выше 0°С.

В части облака, находящегося выше уровня замерзания, по мере увеличения высоты влагосодержание уменьшается и вода выделяется в виде мельчайших капель, которые могут между собой сливаться. Однако ввиду отсутствия центров кристаллизации образующиеся капли не превращаются в лед, а существуют в виде переохлажденной воды в основном диапазоне температур от 0°С до минус 13°С, но в экстраординарных случаях температура может достигать минус 50°С.

Образование форм существования воды в виде капель дождя или кристаллов льда зависит от различных условий (например, вертикальных воздушных потоков, разности температур) и окончательного направления перемещения капель или кристалликов льда внутри облака.

Если при движении вниз переохлажденные капли или кристаллики льда проходят через участок с температурой выше 0°С и приобретают температуру выше 0°С, они могут превратиться в обычные капли и пролиться на землю в виде дождя. При падении, в зависимости от условий, капли могут увеличиваться в размере. Скорость падения растет вместе с диаметром капель (см. рисунок 1). Скорость капель диаметром 5-6 мм составляет 9 м/с; эти капли падают на меньшие, так что в дальнейшем происходит увеличение размера падающих капель. В результате размер капель находится в пределах 5-6 мм.

Из таких капель может образоваться град. В одном случае это происходит в результате прохождения капель через слои атмосферы с температурой ниже 0°С и их замерзания. В другом случае капли в виде переохлажденной воды проходят через всю атмосферу, но мгновенно превращаются в лед в момент удара о поверхность. Еще один случай образования града: восходящие воздушные потоки переносят капли в области температуры ниже 0°С, в результате чего капли замерзают и выпадают в виде града. Эти частицы града могут в дальнейшем увеличиваться за счет инея, образующегося на их поверхности. Возможно чередование процессов замораживания и таяния, в результате чего частицы града могут достигать значительных размеров. Наибольший зафиксированный размер частиц града - 140 мм (Коффивилл, Канзас, 3 сентября 1970 г.). Однако такие размеры являются исключением.

Если температура воздуха остается ниже 0°С в течение всего времени падения капель, то ледяные кристаллы остаются в твердом состоянии и выпадают в виде снега. В зависимости от условий кристаллы могут образовывать большое число различных, но всегда правильных форм и превращаются в снежинки, размер которых в диаметре может достигать 1 см, но они остаются легкими.

Рисунок 1 - Конечная скорость капель дождя в чистом воздухе при атмосферных условиях: 101,3 кПа, 20°С