PRECIPITATIILE ATMOSFERICE

PrecipitaTiile atmosferice

Produsele de condensare sau sublimare ale apei din atmosfera care cad din nori si ajung pe suprafata Pamantului formeaza precipitatiile atmosferice. Acestea sunt ploile si zapezile.

Pentru a se putea produce precipitatiile trebuie ca in nori sa se produca niste fenomene care vor duce la cresterea diametrului picaturilor componenete. Datorita turbulentei ce exista in fiecare nor picaturile de apa se pot contopi prin ciocnire, se pot alipi prin actiunea incarcaturii electrostatice diferite sau pot sa creasca prin evaporarea picaturilor de dimensiuni mici. Totusi aceste fenomene nu sunt intotdeauna suficiente pentru producerea precipitatiilor abundente.

Norii formeaza sisteme coloidale. Daca norul pluteste in aer si nu ajunge pe Pamant el formeaza un sistem coloidal stabil. Din altfel de nori se pot produce precipitatii neinsemnate. S-a observat ca un astfel de nor este format din picaturi de apa, avand toate aceiasi dimensiune. Concluzionand, vom spune ca un nor este un sistem coloidal stabil, cand este format din aceeasi faza si particulele constituente au aceeasi dimensiune. Initial picaturile de apa si cristalele de gheata ce constituie norul, sunt foarte mici, cu diametrul cuprins intre 10^-4mm si 10^-3mm. Daca dimensiunile picaturilor de apa si ale cristalelor de gheata cresc de la 10 ori pana la 100 de ori, se produc burnitele si ploile marunte.In cazul ploilor obisnuite, diametrul picaturilor este cuprins intre 2 mm si 5mm, iar pentru aversele de ploaie, picaturile au un diametru de 6 mm. Picaturile nu pot avea dimensiuni mai mari deoarece ele sunt sparte de fortele de rezistenta la cadere ale aerului. Uneori picaturile nu mai ajung la Pamant, deoarece la trecerea prin unele straturi cu temperaturi inalte se evapora. Fenomenul se numeste virga.

Teoria lui Thor Bergeron (1930-1933), potrivit careia un nor poate produce precipitatii se bazeaza pe structura mixta a norului (picaturi de apa si cristale de gheata). Cristalele de gheata trebuie sa provina din sublimarea directa a vaporilor de apa. Pentru sublimare este necesara neaparat o temperatura de -10⁰C, concomitent cu o suprasaturare de vapori. Tensiunea de saturatie a vaporilor de apa in contact cu gheata este mai mica decat in contact cu picaturile de apa. Din aceasta cauza picaturile de apa nu se pot mentine si se evapora, iar vaporii sublimeaza in jurul cristalelor care devin centrii de sublimare. Astfel norul prezinta conditii prielnice pentru precipitatii abundente. Cristalele isi pot mari volumul si greutatea, prin sublimare, si la un moment dat pornesc spre Pamant. La trecerea prin stratul de aer cu temperaturi pozitive, cristalele de gheata se topesc transformandu-se in picaturi. Prin ciocnirea cu picaturi mai mici decat ele, le inglobeaza pe acestea, marindu-si volumul prin coalescenta. Pe Pamant precipitatiile ajung fie sub forma lichida, fie sub forma solida. Formarea cristalelor de zapada, este dependenta de viteza lor de crestere. Daca aceasta este mica, cristalele au forme de prisme hexagonale, iar daca coborarea este mai rapida iau forma unor stelute cu sase colturi.

Conform teoriei lui Bergeron, valabila si astazi, formarea cristalelor de gheata, patrunderea lor in zona picaturilor supraracite precum si existenta curentilor de convectie si a unor turbulente puternice sunt conditii indispensabile pentru producerea precipitatiilor.

In afara de ploaie si zapada precipitatiile mai pot cadea sub forma de burnita, lapovita, mazariche si grindina.

Burnitele sunt precipitatii lichide, cu picaturi foarte mici, sub 400µm. Sunt tipice maselor de aer cald, de origine maritima sau oceanica, provenind din nori de tip Stratus, Nimbostratus sau uneori Stratocumulus. In perioadele reci, poate cadea cu totul exceptional sub forma de graunte extrem de fine de zapada.

Lapovita este un amestec de picaturi de ploaie si fulgi de zapada. La latitudini mijlocii, apare la inceputul si sfarsitul perioadei reci, provenind din nori de tip Nimbostratus.

Mazarichea este precipitatia formata din cristale de gheata ce au un diametru cuprins intre 2 si 5 mm. Este specifica anotimpului rece. Se produce prin sublimarea vaporilor de apa in jurul cristalelor de gheata. Cade din nori in care exista miscari turbulente.

Grindina apare in urma maselor de aer rece, de origine oceanica, in perioada calda.

Grindina este o precipitatie formata din portiuni de gheata, de diferite forme si dimensiuni.

Precipitatiile se pot clasifica dupa mai multe criterii:

a)     conditii de formare - precipitatii de convectie, frontale, relief

b)     stare de agregare - precipitatii lichide, solide, mixte

c)     caracterul lor - precipitatii slabe, moderate, torentiale.

a.1. Precipitatiile de convectie sunt precipitatiile care se formeaza in urma maselor cu miscare ascensionala si destindere adiabatica. Ele iau nastere in interiorul maselor de aer, caracterizate printr-o pronuntata instabilitate termica. Cad din norii de tip Cumulonimbus, pe suprafete nu prea intinse, in cantitati mari, intr-un interval de timp de 1-3 ore. Deasupra uscatului cad deobicei dupa amiaza, iar desupra marilor cad seara si dimineata.

a.2. Precipitatiile de relief sau orografice se formeaza oride cate ori o masa de aer este fortata la o miscare ascensionala, determinata de un obstacol; deal sau munte. Precipitatiile se formeaza in partea pe care are loc escalada.

a.3. Precipitatiile frontale se datoreaza fronturilor calde si reci, fiind generate de miscarea ascensionala fortata a aerului cald. Pentru frontul cald, apar precipitatii de slaba intensitate dar de durata mare la o distanta de frontul cald 300-700 km, iar pentru frontul rece apar precipitatii abundente de scurta durata, intindandu-se pe o distanta de pana la 60 km fata de frontul rece.

c. Dupa durata si abundenta lor, precipitatiile se impart in:

c.1. precipitatii de lunga durata si abundente (ploile mocanesti).

Conditia dupa Hesse, pentru acest tip de ploaie, este ca ea sa tina cel putin 6 ore si sa asigure 0,5l/m² intr-o ora.

c.2. Precipitatiile de lunga durata si putin abundente (burnitele). se produc in general in jumatatea rece a aerului.

c.3. Precipiatatii intrerupte prin pauze sub o ora, dar cu persistenta timpului umed si a cerului acoperit. Daca intreruperea este mai mare de o ora precipitatia este considerata nou formata.

c.4. Precipitatii de scurta durata si putin abundente; apar pe intinderi mici si produc burele de ploaie sau fulguielile.

c.5. Precipitatii de scurta durata si abundente; sunt aversele, ce se produc din nori cumulonimbus, vara ele incep si se sfarsesc foarte brusc.

Precipitatiile se caracterizeaza dupa intensitate, i=, unde q este cantitatea de precipitatii exprimata in mm si t este durata exprimata in minute. Ploiele sunt considerate torentiale, cand intensitatea lor depaseste o anumita limita, in functie de durata. Aceasta limita nu este universala, ea fiind stabilita in fiecare tara. Pentru Romania, limitele sunt date in tabelul urmator:

Tabel 25.

Limitele de torentialitate ale ploilor

Durata in minute	I mm/min.	P mm	Durata in minute	i mm/min	P mm

Variatia zilnica a precipitatiilor, poate fi abordata din trei puncte de vedere: cantitativ, temporal si intensiv.

a) cantitativ: in interiorul continentelor, la latitudini medii apare un maxim principal foarte accentuat in anotimpul cald dupa masa, si un minim principal spre dimineata sau dimineata.

In regiunile ecuatoriale sau musonice, diferenta intre cantitatile orare maxime si minime sunt foarte mari.

Pe insule si pe tarmurile continentelor maximul de dupa masa dispare indiferent de anotimp si apare un maxim spre dimineata sau dimineata.

b)     din punct de vedere al duratei, apar doua maxime dimineata si dupa amiaza si doua minime noaptea si inaintea amiezii.

c)     din punctul de vedere al intensitatii, precipitatiile zilnice prezinta doua maxime dupa amiaza si noaptea, si doua minime situate intre orele 10-12 si 12-24.

Regimul pluviometric al unei localitati este determinat de cantitatea anuala de precipitatii si dispunerea lunara a acestora.

A.Angot a propus acceptarea unui coeficient pluviometric, considerand ca in fiecare zi ar fi cazut aceasi cantitate de precipitatii.

Astfel, coeficientul pluviometric al unei luni, se exprima matematic prin formula:

k_p=

unde q este raportul dintre cantitatea reala de precipitatii din luna rspectiva si cantitatea care ar fi trebuit sa cada, iar Q este cantitatea anuala de precipitatii si n este numarul de zile ale luni respective. Valoarea ideala pentru k_p este 1, deci daca k_p>1 luna este ploioasa, iar daca k_p<1 luna este secetoasa.

Din studiul acestor coeficienti multianuali, se pot preciza mai multe tipuri de regiuni, pluviometrice, dependente de latitudine:

regimul ecuatorial, cu doua maxime in aprilie si noiembrie, si doua minime in iulie si ianuarie. Amplitudinea este mica.

regimul tropical, situat intre 10⁰-30⁰ latitudine nordica si sudica, are un maxim vara si un minim iarna.

regimul subtropical, cu un maxim iarna si un minim vara.

regimul latitudinilor mijlocii, care prezinta trei tipuri:

a) tipul continental, cu un maxim vara si un minim iarna

b) tipul maritim, cu un maxim toamna si un

minim vara 

d)     tipul mixt, cu doua maxime primavara si toamna si doua minime iarna si vara

regimul polar, care este asemanator cu cel al latitudinilor mijlocii, continetal.

Pentru studiul amanuntit al precipitatiilor se introduc marimile: zile cu precipitatii, frecventa precipitatiilor, probabilitatea unei zile cu precipitatii, cantitea de apa care cade mijlociu intr-o zi cu precipitatii.

zilele cu precipitatii, sunt zilele in care s-a colectat cel putin 0,1 mm de precipitatii in 24 h.

frecventa precipitatiilor reprezinta numarul zilelor cu precipitatii din fiecare luna sau an.

probabilitatea unei zile cu precipitatii este raportul dintre numarul anual al zilelor cu precipitatii si numarul total de zile din an.

cantitatea de apa ce cade mijlociu intr-o zi, este raportul dintre cantitatea anuala medie si numarul anual mediu de zile cu precipitatii.

In meteorologie se intelege prin perioada de uscaciune, intervalul de minim 5 zile consecutive in care nu s-au produs precipitatii masurabile, iar prin perioada de seceta se intelege un interval de cel putin 10 zile consecutive in care nu au cazut precipitatii, in lunile aprilie-septembrie, si de 14 zile consecutive in lunile octombrie-martie.

Stratul de zapada, ce acopera in anotimpul rece solul, este foarte important pentru agricultura. Temperatura solului acoperit cu zapada, este mult mai mica decat temperatura suprafetei superioare a zapezii, diferenta de temperaturi putand ajunge la 15-20⁰C. Stratul de zapada este caracterizat de inaltime si densitate. Zapada se topeste sub influenta maselor de aer cald, a radiatiei solare directe si a ploilor. Cea mai importanta influenta o are aerul cald.

O preocupare permanenta a stiintei este producerea ploii artificiale. Z.L.Turketi a calculat ca pentru a produce 40 km³ de apa dintr-o atmosfera stabila, in care 1m³ de aer produce 10 g de apa este nevoie de o cantitate de energie de 5x10¹⁶cal, adica energia produsa prin arderea a unei cantitati mai mari de 10⁹ kg petrol.

Se cunosc doua situatii in care dintr-un nor nu se produce ploaie in mod natural:

norul are o temperatura mai mica decat 0⁰C, dar nu are in competenta nici un cristal de gheata.

norul are o temperatura mai mare decat 0⁰C, dar nu exista stare de turbulenta.

In prima situatie, norul poate sa dureze un timp lung. Este nevoie sa se introduca in el nuclee de condensare, in cantitate insemnata. In cea dea a doua situatie, datorita lipsei de turbulenta nu apar diferente de temperatura in masa norului, deci nu este posibila aparitia ploii. Trebuie deci, introduse in nor picaturi de apa racite, cu diametrul mai mare decat a celor din nor, pentru a se putea realiza marirea si caderea picaturilor.

Experientele realizate, unele au reusit, altele nu, dar preturile de cost sunt imense.

In ceea ce priveste variatia precipitatiilor cu inaltimea, putem spune ca pe pantele muntilor expuse vanturilor apare un exces de precipitatii fata de cele opuse. Daca precipitatiile sunt perpendiculare pe lantul muntos, pe versantul expus vanturilor se observa un maxim de precipitatii la inaltimea de 500-700m, apoi o descrestere a lor si din nou o crestere astfel ca in intervalul 800-1200m sa apara un maxim secundar.

Reprezentarea pe harti a precipitatiilor se face prin izohiete, adica prin linii ce unesc cantitatile anuale sau lunare de precipitatii din localitati. Din observarea izohietelor, se constata ca in zona ecuatoriala (0-20⁰N) cad cele mai mari cantitati de apa, adica 2000-3000 mm anual. In insulele din Pacific, cad cantitati chiar de 5000-6000 mm anual. La latitudini mai mari de 30⁰, atat nord cat si sud, apar zone uscate, intretaiate de regiuni mai ploioase cu precipitatii ce nu trec de 250mm. La latitudini cuprinse intre 30-40⁰N, precipiatatiile variaza intre 400-800 mm la campie si 700-800 mm la altitudini mari. Dincolo de cercurile polare precipitatiile nu depasesc 200 mm anual. Anual asupra Pamantului cad 511.100 km³ de precipitatii, care se distribuie astfel: 99.500km³ desupra uscatului, iar restul de 411.600km³ deasupra marilor si oceanelor. De remarcat este faptul ca aceaasi cantitate de apa se evapora anual de pe suprafata Pamantului realizandu-se astfel o stare de macroechilibru. Cantitatile maxime anuale de precipitatii cad in India, la Charapundji 12.655 mm si la Canan 12.100, in insulele Hawai. Cele mai mici cantitati de apa cad in Sahara (nici 5mm anual) si in Antofagosta, in Chile, sub 1 mm intr-un an.

Celula vegetala nu poate functiona normal decat in stare de turgescenta. Proteinele vegetale din protoplasma sunt coloide hidrofile, marindu-si volumul prin imbibarea cu apa. Apa este necesara pentru producerea numeroaselor reactii biochimice, de hidrolioza, oxidari, reduceri, etc. Prin procesele de transpiratie si evaporare, apa este si un regulator termic.

Precipitatiile influenteaza vegetatia atat prin actiunea asupra solului cat si direct asupra plantelor.

Actiunea asupra solului se manifesta prin efecte mecanice si chimice. Ploaia sparge glomerulele solului, spala stratul de sol fertil de pe pante, producand eroziunea de suprafata, si in timp eroziunea de adancime.

Efectele chimice consta in dizolvarea fosfatilor, carbonatilor, silicatilor alcalini din sol, aducerea in sol a nitratilor si a sarurilor amoniacale, creind in sol un mediu favorabil desfasurarii proceselor de amonificare si nitrificare.

Asupra plantelor, ploaia are ca efect favorizarea sau inhibarea germinatiei, spalarea pulberilor de pe frunze, deci favorizarea transpiratiei, respiratiei si a asimilarii clorofiliene, inhibarea proceselor de fecundare (ploi abundente), intarzierea maturatiei, dezradacinarea puietilor, scuturarea florilor si a fructelor.

In functie de cerintele fata de apa, plantele se impart in trei categorii:

a.      plante xerofite, care cresc in regiuni secetoase;

b.     plante mezofite, care cer cantitati mijlocii de apa;

c.      plante hidrofite care necesita mari cantitati de apa.

In ceea ce priveste plantele cultivate, meiul, nautul, pepenele verde, vita de vie sunt plante rezistente la seceta, pe cand graul, secara, orzul, porumbul, floarea soarelui, sfecla de zahar, lucerna au o rezistenta mijlocie la seceta, iar orezul, ovazul, fasolea, soia, mazarea, cartoful, inul, trifoiul si legumele nu suporta seceta.

Tipul precipitatiilor influenteaza puternic solul si plantele. Astfel, ploile mocanesti, sunt cele mai eficace, deoarece in sol patrunde o mare cantitate de apa. Ele nu batatoresc solul, spre deosebire de averse. Zapada, prin topire, patrunde treptat in sol si constituie totodata un scut termic foarte eficient. Cele mai pagubitoare precipitatii sunt grindinile.

Provocand cresterea umiditatii aerului precipitatiile creaza conditii prielnice dezvoltarii ciupercilor parazite. In anii foarte ploiosi atacul de Plasmopara viticola se manifesta asupra ciorchinilor tineri, fiind cea mai grava manifestare a bolii.

In ceea ce priveste interactiunea padure-precipitatii, exista doua probleme fundamentale:

este - padurea un stimulator a precipitatiilor?

ce cantitate din cantitatea totala de precipitatii este retinuta de coronament?

Referitor la prima chestiune, primele pareri au fost ca padurea creste cantitatea de precipitatii cu pana la 15I. Din pacate experientele de colectare a apei pluvionare in padure, nu sunt similare cu cele din camp deschis. In padure, directia de cadere a picaturilor de ploaie este verticala, deoarece luminisurile unde au fost amplasate pluviometrele sunt ferite de curentii de advectie, pe cand campul deschis este supus miscarilor de advectie iar directia de cadere este oblica.

Pe de alta parte, surplusul de vapori de apa generat de padure si scaderea temperaturii in padure sunt prea mici pentru o crestere atat de importanta a cantitatii de precipitatii. Nici ascensiunea aerului si turbulenta generata de coronament nu sunt semnificative comparativ cu procesul de convectie si destinderea adiabatica, capabil sa produca nori. Importanta padurii din acest punct de vedere consta in cantitatile importante de apa obtinute prin roua, chiciura si ceata.

Important este faptul ca o mare cantitate de precipitatii este retinuta in coronament si litiera.

La inceput ploaia uda coronamentul; daca ploaia este slaba, apa nu ajunge la sol. In cazul ploilor puternice, dupa udarea coronamentului, apa incepe sa patrunda prin acesta, o parte se prelinge de pe frunze, o parte curge pe trunghiuri si ajunge la sol, iar o parte se evapora si ajunge din nou in atmosfera (MARCU, M., 1983).

Din precipitatiile care ajung la sol, o parte patrunde in sol, o parte curge pe sol si o parte se evapora.

Fractiunea de precipitatii retinute de coronament, depinde de specie, si de cantitatea totala de precipitatii. Astfel intr-o padure de rasinose cu varsta de 60 de ani, la o ploaie de intensitate slaba sub 5 l/m² coronamentul a retinut pana la 3-3,3 l/m², adica pana la 2/3 din intreaga cantitate (Geiger, R., 1960).

S-a constatat ca pe trunchiuri se pot scurge pana la 5I din totalul de apa.

Daca precipitatiile cresc pana la valori mai mari de 10 l/m², atunci aproximativ 50I din cantitatea de precipitatii ajunge la sol. Chiar si la cele mai puternice ploi, un procent de 20I este retinut de coronament.

Considerand cazul unei paduri de foioase, se constata ca retinerea de apa de catre coronament este mai mica decat in padurile de rasinoase.

Explicatia consta in faptul ca picaturile de apa raman agatate de acele frunzelor prin fenomenul de tensiune superficiala, pe cand in padurile de foioase, picaturile se unesc pe frunze si cad pe suprafata solului. Cantitatea de precipitatii care patrunde prin coronament depaseste 50I iar pe trunchiuri se scurg aproximativ 20I

Dintre rasinoase, molidul si bradul retin intre 40-80I din precipitatii in coronament, pe cand laricele si pinul retin intre 15-25I

Generalizand, putem spune ca rasinoasele retin mai multa apa decat foioasele.

In ceea ce priveste insectele, acestea se dezvolta cel mai bine in conditii de precipitatii moderate. Stratul de zapada, constituie un adapost prielnic pentru hibernarea majoritatii insectelor. Acestea pier in numar mare, in anii gerosi, lipsiti de zapada.