یادداشت

آیا در یک صبح تابستانی با پای برهنه روی یک چمن راه رفته اید و علف های خیس را زیر پای خود احساس کرده اید؟ آیا تا به حال فکر کرده اید که چگونه آن قطرات درخشان شبنم می توانند در یک شب روشن تابستانی تشکیل شوند؟ یا چرا روی چمن ها شکل می گیرند اما روی بوته هایی که چندین متر بالاتر از زمین قرار دارند، شکل نمی گیرند؟ در این فصل ابتدا تشکیل شبنم و یخبندان را بررسی می کنیم. سپس به بررسی انواع مه می پردازیم. فصل با شناسایی و مشاهده ابرها به پایان می رسد.

تشکیل شبنم و یخبندان

 در شب‌های صاف و آرام، اجسام نزدیک به سطح زمین با انتشار تشعشعات فروسرخ به سرعت خنک می‌شوند. زمین و اجسام روی آن اغلب بسیار سردتر از هوای اطراف می شوند. هوایی که با این سطوح سرد در تماس است با رسانایی خنک می شود. در نهایت، هوا تا نقطه شبنم خنک می شود - دمایی که در آن اشباع اتفاق می افتد. همانطور که سطوحی مانند شاخه ها، برگ ها و تیغه های چمن در زیر این دما سرد می شوند، بخار آب شروع به متراکم شدن روی آنها می کند و لکه های قابل رویت کوچکی از آب به نام شبنم را تشکیل می دهد (● شکل 5.1 را ببینید). اگر دمای هوا به انجماد یا کمتر از آن کاهش یابد، شبنم یخ می زند و به دانه های ریز یخی تبدیل می شود که به آن شبنم یخ زده می گویند. از آنجایی که خنک‌ترین هوا معمولاً در سطح زمین است، شبنم بیشتر بر روی تیغه‌های چمن ایجاد می‌شود تا اجسام چند متری از سطح. این پوشش نازک شبنم نه تنها پاهای برهنه را مرطوب می کند، بلکه منبع ارزشمندی از رطوبت برای بسیاری از گیاهان در دوره های کم بارش است. به طور متوسط ​​برای یک سال کامل در عرض های جغرافیایی متوسط، شبنم پوششی از آب به ضخامت 12 تا 50 میلی متر (0.5 و 2 اینچ) تولید می کند.

 شبنم در شب‌هایی که صاف و آرام است بیشتر از شب‌های ابری و بادخیز تشکیل می‌شود. شب های صاف به اجسام نزدیک زمین اجازه می دهد تا با انتشار تشعشعات مادون قرمز به سرعت سرد شوند و بادهای آرام به این معنی است که سردترین هوا در سطح زمین قرار می گیرد. این شرایط جوی معمولاً با سیستمهای بزرگ با آب و هوای منصفانه و فشار بالا همراه است. از سوی دیگر، هوای ابری و بادی که از خنک شدن سریع در نزدیکی زمین و تشکیل شبنم جلوگیری می کند، اغلب نشان دهنده نزدیک شدن به یک سیستم طوفانی باران زا است. این مشاهدات الهام بخش قافیه عامیانه زیر است:

 وقتی شبنم روی چمن است،

باران هرگز نخواهد آمد

وقتی چمن در نور صبح خشک می شود،

 قبل از شب به دنبال باران باشید!

 یخبندان سفید قابل مشاهده در صبح های سرد، صاف و آرام زمانی که دمای نقطه شبنم زیر صفر یا زیر صفر است، تشکیل می شود. هنگامی که دمای هوا تا نقطه شبنم (که اکنون نقطه یخبندان نامیده می‌شود) سرد می‌شود و سرد شدن بیشتر اتفاق می‌افتد، بخار آب می‌تواند مستقیماً به یخ تبدیل شود بدون اینکه ابتدا به مایع تبدیل شود - فرآیندی به نام رسوب.* بلورهای ظریف و سفید یخ که در به این روش، سرمازدگی، یخبندان سفید، یا به سادگی یخبندان گفته می شود. فراست دارای الگوی انشعاب درختی است که به راحتی آن را از دانه های تقریباً کروی شبنم یخ زده متمایز می کند.

در صبح‌های سرد زمستان، یخ‌زدگی ممکن است در داخل شیشه پنجره به همان شکل بیرون ایجاد شود، با این تفاوت که شیشه سرد هوای داخل خانه را در مجاورت آن سرد می‌کند. هنگامی که دمای داخل پنجره به زیر صفر می رسد، بخار آب در اتاق یک رسوب سبک و پر از یخ تشکیل می دهد (● شکل 5.2 را ببینید).

 در هوای بسیار خشک، دمای هوا ممکن است کاملاً سرد شود و بدون رسیدن به نقطه یخبندان به زیر صفر برسد و یخبندان قابل مشاهده ای تشکیل نشود. یخ زدگی و یخبندان سیاه کلماتی هستند که بیانگر این وضعیت هستند. این شرایط می تواند به شدت به محصولات زراعی آسیب برساند (به فصل 3، صفحات 71-73 مراجعه کنید).

 بنابراین، شبنم، شبنم یخ زده، و یخبندان در لایه نسبتا کم عمق هوا در نزدیکی زمین در شب های صاف و آرام تشکیل می شوند. اما با سرد شدن لایه عمیق تر در مجاورت زمین چه اتفاقی برای هوا می افتد؟ ما در فصل 4 دیدیم که اگر هوا بدون تغییر در محتوای بخار آب سرد شود، رطوبت نسبی در

*به یاد بیاورید که وقتی یخ بدون ذوب شدن دوباره به بخار تبدیل می شود، به این فرآیند تصعید می گویند.

● شکل 5.1 شبنم در شب‌های صاف زمانی که اجسام روی سطح تا دمای زیر نقطه شبنم خنک می‌شوند، تشکیل می‌شود. اگر این دانه های آب یخ بزنند، تبدیل به شبنم یخ زده می شوند

شکل 5.2 اینها الگوهای کریستال یخی ظریفی هستند که یخبندان در یک صبح سرد زمستانی روی پنجره نشان می دهد.

Have you walked barefoot across a lawn on a summer morning and felt the wet grass under your feet? Did you ever wonder how those glistening droplets of dew could form on a clear summer night? Or why they formed on grass but not on bushes several meters above the ground? In this chapter, we will investigate first the formation of dew and frost. Then we will examine the different types of fog. The chapter concludes with the identification and observation of clouds.

The Formation of Dew and Frost

 On clear, calm nights, objects near the earth’s surface cool rapidly by emitting infrared radiation. The ground and objects on it often become much colder than the surrounding air. Air that comes in contact with these cold surfaces cools by conduction. Eventually, the air cools to the dew point — the temperature at which saturation occurs. As surfaces such as twigs, leaves, and blades of grass cool below this temperature, water vapor begins to condense upon them, forming tiny visible specks of water called dew (see ● Fig. 5.1). If the air temperature should drop to freezing or below, the dew will freeze, becoming tiny beads of ice called frozen dew. Because the coolest air is usually at ground level, dew is more likely to form on blades of grass than on objects several meters above the surface. This thin coating of dew not only dampens bare feet, but is also a valuable source of moisture for many plants during periods of low rainfall. Averaged for an entire year in middle latitudes, dew yields a blanket of water between 12 and 50 mm (0.5 and 2 in.) thick.

 Dew is more likely to form on nights that are clear and calm than on nights that are cloudy and windy. Clear nights allow objects near the ground to cool rapidly by emitting infrared radiation, and calm winds mean that the coldest air will be located at ground level. These atmospheric conditions are usually associated with large fair-weather, high-pressure systems. On the other hand, the cloudy, windy weather that inhibits rapid cooling near the ground and the forming of dew often signifies the approach of a rain-producing storm system. These observations inspired the following folk rhyme:

 When the dew is on the grass,

rain will never come to pass.

When grass is dry at morning light,

 look for rain before the night!

 Visible white frost forms on cold, clear, calm mornings when the dew-point temperature is at or below freezing. When the air temperature cools to the dew point (now called the frost point) and further cooling occurs, water vapor can change directly to ice without becoming a liquid first — a process called deposition.* The delicate, white crystals of ice that form in this manner are called hoarfrost, white frost, or simply frost. Frost has a treelike branching pattern that easily distinguishes it from the nearly spherical beads of frozen dew.

On cold winter mornings, frost may form on the inside of a windowpane in much the same way as it does outside, except that the cold glass chills the indoor air adjacent to it. When the temperature of the inside of the window drops below freezing, water vapor in the room forms a light, feathery deposit of frost (see ● Fig. 5.2).

 In very dry weather, the air temperature may become quite cold and drop below freezing without ever reaching the frost point, and no visible frost forms. Freeze and black frost are words denoting this situation. These conditions can severely damage crops (see Chapter 3, pp. 71–73).

 So, dew, frozen dew, and frost form in the rather shallow layer of air near the ground on clear, calm nights. But what happens to air as a deeper layer adjacent to the ground is cooled? We’ve seen in Chapter 4 that if air cools without any change in water-vapor content, the relative humidity in-

*Recall that when the ice changes back into vapor without melting, the process is called sublimation.

● FIGURE 5.1 Dew forms on clear nights when objects on the surface cool to a temperature below the dew point. If these beads of water should freeze, they would become frozen dew

FIGURE 5.2 These are the delicate ice-crystal patterns that frost exhibits on a window during a cold winter morning.