Почему долина наполняется туманом снизу? Приходите сюда летним вечером около девяти. Если день был ясным и безветренным, внизу происходит странное: туман не опускается с неба и не поднимается из реки, а заполняет долину снизу вверх — как вода в ванне.
Холодный воздух плотнее тёплого. Ночью земля быстро отдаёт дневное тепло в небо, воздух у её поверхности остывает и становится тяжелее. Он стекает по склонам вниз и собирается в самых низких точках долины. Именно там — у воды, на лугах — и появляется туман. Вершины холмов при этом остаются ясными.
Что сделать. Встаньте у края площадки и проследите взглядом, докуда поднимается туман. Граница видна резко — это верхняя кромка холодного слоя.
В холодном воздухе помещается меньше водяного пара, чем в тёплом. Когда стекающий воздух остывает до температуры, при которой его влажность становится предельной (её называют точкой росы), лишний пар выходит в виде мельчайших капель — это и есть туман.
Тот же закон плотности работает везде, где есть разница температур: холодная вода опускается на дно стакана со льдом, зимний сквозняк ползёт по полу, в глубоких карстовых воронках лёд сохраняется до августа. Одно правило, разные масштабы.
Учёные измеряют эту асимметрию термометрами на разной высоте: в тихие ясные ночи в нижней точке долины бывает на 5–10 градусов холоднее, чем на соседнем гребне.
Погода — это то, что вы надели сегодня. Климат — это то, что лежит в шкафу. Погода и климат — одна и та же атмосфера, рассмотренная через разные временные окна. Погода — то, что происходит сейчас. Климат — среднее из того, что происходит здесь много лет подряд. Один вечерний туман внизу — погода. Сколько таких туманов бывает в июле за тридцать лет — климат этой долины.
Когда тумана не будет. Радиационный туман требует трёх условий одновременно:
Ясное небо. Облака возвращают земное излучение обратно к поверхности — земля не остынет. Под облачностью ночь в долине теплее. — Слабый ветер, не более 1–2 м/с. Ветер перемешивает слои воздуха; расслоения по плотности не получится. — Достаточная влажность. Если воздух сухой, при остывании он не дойдёт до точки росы, и конденсации не будет.
Убери любое из трёх условий — тумана не будет. Это способ проверить, понят ли механизм: посмотрите прогноз на вечер и предскажите, увидите ли туман. Температурный профиль долины получают цепочкой термометров на разной высоте: в тихую ясную ночь они показывают инверсию — внизу холоднее, чем вверху, что противоположно обычной ситуации.
Почему именно 30 лет. Всемирная метеорологическая организация считает климатической нормой среднее за 30 лет. Окно должно быть достаточно длинным, чтобы отдельные аномальные годы сгладились (извержение вулкана охлаждает планету на 2–3 года, Эль-Ниньо длится 1–2 года), и достаточно коротким, чтобы за это время сам климат не успел заметно сдвинуться. Сейчас второе условие начинает нарушаться: средние 1961–1990 и 1991–2020 для большинства регионов уже заметно отличаются — поэтому климатологи переходят на «скользящие» нормы.
Границы этого объяснения — Ветер разрушает картину. Радиационный туман требует штиля или почти штиля: при скорости выше 2–3 м/с перемешивание не даёт приземному слою выхолодиться, и туман не образуется вовсе. При полном штиле, наоборот, получается тонкая роса вместо тумана — нужен слабый ветерок, 0,5–1 м/с. — Нужна ясная ночь. Облачность работает как одеяло: она возвращает тепловое излучение обратно к земле, и радиационное выхолаживание почти прекращается. Прогноз тумана — это прежде всего прогноз ночной облачности. — Точка росы важнее температуры. Туман появляется не при какой-то определённой температуре, а когда воздух остывает до своей точки росы. Сухой воздух может выстыть до нуля и остаться прозрачным. — Рельеф решает, где именно. Холодный воздух тяжелее и стекает по склонам в понижения, поэтому туман собирается в долинах и над поймами, а склоны в двадцати метрах выше остаются чистыми. Этот перепад называют температурной инверсией: наверху теплее, чем внизу, — обратно привычному.
О чём спорят
Прогноз тумана остаётся одной из самых слабых частей метеорологии. Модели с сеткой в километры не разрешают ни микрорельеф долины, ни влажность конкретного луга, а именно они решают дело. Одни группы делают ставку на сверхдетальные локальные модели, другие — на статистику по наблюдениям конкретной точки за много лет. Оправдываемость прогноза тумана на сутки вперёд до сих пор заметно ниже, чем прогноза дождя.
Открытый вопрос. Почему в горных долинах весенние заморозки убивают сады на дне долины, а на склонах нет? Тот же механизм: холодный воздух стекает вниз и скапливается в низине. И шире: если климат — это погода в длинном окне, то в каком окне живёт лес? Одно дерево чувствует погоду года, популяция деревьев — климат века, геологические слои под ногами — климат тысячелетий. У каждого процесса в природе есть своё «правильное» окно наблюдения.
Научно-популярный туризм