Как часто облака могут сказать вам, на какой стадии развития находятся погодные условия, когда вы не имеете официального прогноза. В этом случае, некоторые облака могут рассказать о приходящей погоде. Обычно, порядок смены облаков в определенной последовательности, лучше для прогноза, чем просто определение типа облаков. Не всегда просто определить тип облаков. Почти постоянно имеется несколько их типов одновременно на небе, и они меняют свою форму со временем.
Облака характеризуются их высотой и формой. Имеются высокие облака. Облака среднего уровня и низкие облака. Внутри каждой высотной характеристики различаются округлые, массивные облака – кучевые (Cumulus), легкие, дымчатые или полосками – перистые (Cirrus) и монотонные слои облаков – слоистые (Stratus). С практической точки зрения, чаще всего полезно классифицировать облака по принципу – или они лежат слоями, что является результатом относительной стабильности воздуха, или выглядят как отдельные, округлой формы, представляющие вертикальное движение и нестабильность воздушных масс. Ценным, например для прогноза погоды в горах, будет установить особенности воздушной массы, основываясь на природе облаков, которые мы наблюдаем. Для распознавания облаков также является важным наличие облачных волн в них и знание разницы, что могут рассказать высокие облака, а что низкие. К тому же облака характеризуются состоянием воды в них – то ли это капельки воды (в низких облаках), то ли ледяные кристаллы (в высоких), или же их смесь с водой (в основном в облаках среднего уровня). Это важно для шквальных формирований, где можно ожидать молний, дождя, снега и т.д.
Имеется 12 основных типов облаков. Их определение, значимость, идентификация и разграничение, является необходимым для практического применения в предсказании погоды:
«Высокие» – означает расположенные выше высоты 5 — 6 км. Это зона «струйных течений», или как мы говорим, ветра наверху. Иногда эти ветра называют «пути штормов». Их свойством является большая скорость – более 50 узлов, и постоянное направление – западное. Именно эти потоки воздуха наверху и приносят все изменения погоды в средних широтах.
Поскольку температура воздуха падает с высотой (6 град.С на 1км), высокие облака более важно характеризовать температурой. Водяной пар на этой высоте замерзает, поэтому все облака этого уровня сформированы из ледяных кристаллов. В отличие от низких облаков, состоящих из капелек воды. Все высокие облака – облака перистого типа — «хвосты», слоистые, обрывки неправильной формы или тонкие просвечивающиеся, кучевые. Слово «перистые» (cirrus) в названиях облаков, применимо только к высоким облакам, тогда как «кучевые»(сumulus) или «слоистые» (stratus), может быть применено к облакам любых уровней высоты.
«Низкие» облака расположены ниже высоты 2 км. Непросто оценить высоту облаков на море, тогда как на суше, вы можете сравнить ее, скажем, с известной высотой вершины соседней горы. «Кучевые облака хорошей погоды» обычно расположены в верхней части этого уровня, т.е. от 1200 до 2000 метров от земли. Когда вы видите эти хорошо сформированные, относительно небольшие, мягкой формы белые облака в небе – они могут вам служить подсказкой в определении высоты: все облака на этой и меньшей высоте — есть низкие облака, а выше – средние и высокие. Низкие облака иногда лежат на земле. Это могут быть слоистые облака и туман. Основания облаков могут формироваться на точке росы, поскольку, по определению эта точка есть температура, при которой невидимый водяной пар конденсируется в видимые облака. Возьмите температуру воздуха у поверхности минус точку росы, разделите это на 4 и умножьте на 300 метров. Полученный результат будет высотой, на которой температура воздуха равна точке росы, и там образуются облака. В сухие дни кучевые облака расположены выше, чем в во влажные. Направление движения низких кучевых облаков почти такое же, как и приземного ветра. Это направление может немного отличаться вправо, вследствие того, что более высокий ветер не испытывает трения о землю. Встав лицом к ветру, вы увидите низкие кучевые облака, бегущие от направления около 30 градусов вправо. Над водой это отклонение меньше – около 15 градусов, потому, что трение воздуха о воду меньше.
Облака среднего уровня всегда расположены между высокими и низкими облаками. В их названиях используется префикс «alto», что в терминологии облаков определяет именно эти облака среднего уровня. Хотя их называют, например, «высоко-слоистыми», это слоистые облака среднего уровня в отличие от «перисто-слоистых» (высоких облаков) и просто «слоистых» (низких облаков).
Но существуют типы облаков, которые относятся к довольно редким явлениям природы. Они имеют очень необычные формы, цвета и мало понятные особенности, какую погоду могут принести подобные облака?
1. Находятся на высоте около 15 — 25 км в стратосфере и тропосфере. Необычна их расцветка – переливающаяся, радужная. Такие облака можно встретить зимой в условиях Крайнего севера: на Аляске, в скандинавских странах, в Северной Канаде. Отличаются от других облаков тем, что ярко выделяются на закатном небе уже после захода солнца.
2. «Вымяобразные» облака (Трубчатые ). Эти облака имеют причудливую форму, напоминающую вымя. При низкой высоте Солнца над горизонтом они могут приобретать серо-голубой, серо-розовый, золотистый и даже красноватый цвет. Появление этих облаков всегда предвещает грозовые штормы, причем сами облака могут находиться за несколько километров от очага грозы.
3. Высококучевые облака Castelanus .Облака-медузы, названные так за сходство с обитателями моря, формируются на стыке влажного воздуха Гольфстрима и сухого воздуха атмосферы. Середина облака становится похожей на тело медузы, а «щупальца» облака формируют испарившиеся дождевые капли.
4. . Крайне редкие формации. Серебристые облака — очень тонкий, почти прозрачный слой облаков на высоте 82-102 км, заметный вследствие их слабого свечения на фоне ночного неба. Считается, что серебристые облака состоят из ледяных кристаллов и частиц вулканической и метеорной пыли, рассеивающих солнечный свет. Их блеск в ночном небе объясняется тем, что они отражают невидимый на «ночной» стороне Земли свет Солнца. Увидеть их можно только в сумерках, когда они подсвечены солнцем из-за горизонта. Днем они не видны.
5. Грибовидные облака – облака дыма в форме гриба, сформировавшиеся в результате соединения мельчайших частиц воды и земли, или в результате мощного взрыва. Чаще всего они ассоциируются с атомным взрывом, однако любой относительно мощный взрыв может произвести такой же эффект.
Эти тонкие спиралевидные завитки – самые редко встречающиеся в природе облака. Продолжительность их «жизни» равна одной-двум минутам, именно поэтому увидеть их воочию – большая удача.
7. «Чечевицевидные» облака () обладают столь странной формой, что стороннему наблюдателю напомнят об НЛО. Особенность их том, что при самом сильном ветре они остаются неподвижными. Эти облака – прекрасные предсказатели приближающегося атмосферного фронта, шторма или бури. Особенно хорошо знакомы с этими «предсказателями» жители горных районов. Эти облака, известные, как высоко кучевые облака, имеющие постоянную форму, которая формируются крайне высоко, обычно выравниваются под правильными углами к направлению ветра.
Лентикулярые облака образуются на гребнях воздушных волн или между двумя слоями воздуха. Характерной особенностью этих облаков является то, что они не двигаются, сколь бы ни был силен ветер. В них происходит беспрерывный процесс – воздух поднимается выше уровня конденсации, сгущаются водяные пары, на нисходящем пути водяные капли испаряются, и облако кончается. Поэтому-то чечевицеобразные облака и не меняют своего положения в пространстве, а стоят в небе, как приклеенные. Появление линзовидных облаков свидетельствует, что в атмосфере – сильные горизонтальные токи воздуха, образующие волны над горными препятствиями, что в воздухе достаточно высокое содержание влаги. Это связано обычно с приближением атмосферного фронта или с энергичным переносом воздуха из отдаленных районов
Облако над Аю-Дагом в Крыму
Это низкие, горизонтальные облака, словно закрученные в трубки. Являются предвестниками сильных порывов ветра, гроз, холодного фронта. Издалека они весьма напоминают столб торнадо, только не вертикальный, а горизонтальный.
Эти низкие и неоднородные облака не предвещают дождь, а скорее говорят о хорошей погоде. Особенность их состоит в том, что они располагаются на небе в виде правильных рядов или волн.
Низкое, горизонтальное, имеющее форму трубы, облако шквалового воротника, связанное с фронтом грозы, или иногда с холодным фронтом. Они могут также быть признаком возможной деятельности микровзрыва.
Это единственные облака, которые имеют имя собственное. «Morning Glory» — это как бы катящееся облако длиной до 1000 км, высотой 1-2 км, передвигающееся со скоростью до 40 км/ч. Возникают эти облака, в основном, у берегов Австралии, в местах с повышенной влажностью и повышенным атмосферным давлением. Солнце нагревает переднюю часть облака и в нем возникает движение воздуха вверх, которое и закручивает облако. Представьте себе мощную волну, которая имеет единственный гребень и перемещается, не изменяя скорость или форму – именно так выглядит это облако.
Перистые облака (Cirrus, Ci) имеют толщину от сотен метров до нескольких километров.Они состоят из ледяных кристаллов в форме игл, столбиков, пластинок.Сквозь них просвечивают светила.Различаются такие виды перистых облаков:нитевидные, когтевидные, башенкообразные, плотные, хлопьевидны, перепутанные, радиальные, хребтовидные, двойные.
Перисто-кучевые облака (Cirrocumulus, Cc) характеризуются небольшой шириной - 200–400 м. Структура облаков комковая.Они прозрачные. Различаются волнистые, кучевообразные с башенками, хлопьевидные разновидности перисто-кучевых облаков.
Перисто-слоистые облака (Cirrostratus, Cs) имеют вид белой или голубоватой полупрозрачной пелены.Их толщина колеблется от 100 м до нескольких километров.
Высоко-кучевые облака (Altocumulus, Ac) выглядят как белые,иногда сероватые волны, состоящие из пластин или хлопьев,разделенных просветами голубого неба,но могут сливаться и в сплошной покров. Толщина слоя высоко-кучевых облаков около 200–700 м.Из них выпадает дождь,снег.
Высоко-слоистые облака (Altostratus, As) образуют сплошной серый или синеватый "ковер" на небе с нижней границей обычно на высоте 3–5 км. Толщина облачных слоев 1–2 км.
Высоко-слоистые просвечивающие (Altostratus translucidus, As trans)
Слоисто-кучевые облака (Nimbostratus, Ns) - это серые облака, состоящие из крупных гряд, волн, пластин, разделенных просветами или сливающимися в сплошной серый волнистый покров. Состоят преимущественно из капель. Толщина слоя от 200 до 800 м. Осадки, как правило, не выпадают. Слоисто-кучевые облака бывают волнистые, кучевообразные, рассекающиеся, вымеобразные.
Слоистые облака (Stratus, St) представляют из себя однородный серый или серо-желтый покров.различаются виды: туманообразные, волнистые и разорванные.Под пеленой слоистых облаков нередко наблюдаются разорванно-дождевые облака.
Слоисто-дождевые облака выглядят как сплошная серая пелена, закрывающий все небо в виде гряд и валов.Они состоят из водяных капель,редко в смеси со снежинками.Нижнее основание облаков может опуститься ниже 100 м, а верхнее- простираться выше 5 км. Из такого вида облаков выпадают обложные осадки.
Кучевые облака (Cumulus, Cu) одразделяют на кучевые, кучевые средние и кучевые мощные.Толщина 1-2 км, иногда 3-5 км. Верхние части кучевых облаков имеют вид куполов или башен с округлыми очертаниями.
Кучево-дождевые облака (Cumulonimbus, Cb) - очень мощные облачные скопления; они бывают «лысые» и «волосатые», с грозовым дугообразным валом спереди.
встречаются редко,чаще всего в тропиках. Их появление связано с образованием тропических циклонов.
тоже очень редкое явление.
В зависимости от высоты расположения нижней границы и внешнего вида все облака подразделяются на четыре группы - морфологическая классификация :
I. Облака верхнего яруса - нижняя граница более 6 км:
Перистые, Cirrus (Ci) - , ;
Перисто - слоистые, Cirrostratus (Cs) - , ;
Перисто - кучевые, Cirrocumulus (Cс) - .
II. Облака среднего яруса - нижняя граница от 2 до 6 км:
Высоко - слоистые, Altostratus (As) - (плотные), (тонкие);
Высоко - кучевые, Altocumulus (Ac) - (тонкие),
(распространяющиеся по небу), (плотные),
(чечевицеобразные), (башенкообразные или хлопьевидные);
III. Облака нижнего яруса - нижняя граница менее 2 км:
Слоисто - дождевые, Nimbostratus (Ns) - ;
Разорвано - дождевые, Fractonimbus (Fr nb) - ;
Слоисто - кучевые, Stratocumulus (Sc) - ;
Слоистые, Stratus (St) -;
Разорвано - слоистые, Fractostratus (Fr st) - .
IV. Облака вертикального развития - нижняя граница менее 2 км, верхняя граница - в среднем или верхнем ярусе:
Кучевые, Cumulus (Cu) - ;
Мощно - кучевые, Cumulus congestus (Cu cong) - ;
Кучево - дождевые, Cumulonimbus (Cb) - (лысые),
(с наковальней).
По условиям образования - генетическая классификация - облака подразделяются на три группы:
I. Кучевообразные облака
Причина образования - различные виды конвекции. К ним относятся: кучевые, мощно - кучевые, кучево - дождевые, высоко - кучевые башенкообразные или хлопьевидные и перисто - кучевые облака.
Кучевые облака - это небольшие облачные массы белого цвета, разбросанные по небу в виде куч. Нижнее основание облаков плоское на высоте 800…1500 м, вершина - выпуклая на высоте 2…3 км. Состоят из капель воды, осадков не дают. Над континентом кучевые облака образуются преимущественно в тёплое время года. Обычно они появляются в 10…12 часов, в 14…15 достигают максимального развития и к вечеру размываются. Малоразвитые по вертикали, плоские кучевые облака называются «облаками хорошей погоды». Полет под облаками и в облаках сопровождается слабой болтанкой, т.к. скорость восходящих потоков 2…5 м/с. Облака располагаются ниже нулевой изотермы, поэтому обледенение в них не наблюдается.
Мощно - кучевые облака - образуются из кучевых облаков. При большой влажности воздуха (б > 10 г./м) и благоприятных условиях для развития конвекции кучевые облака развиваются по вертикали, переходят через нулевую изотерму и становятся мощно - кучевыми. Нижнее основание облаков плоское, слегка сероватое или синеватое на высоте 600…1000 м, вершина - куполообразная, белого цвета на высоте 4…6 км. Мощно - кучевые облака могут располагаться в виде отдельных редких облаков или в виде значительного скопления, закрывающего почти все небо. Облака капельно - жидкие, но выше изотермы 0°С капли воды находятся в переохлажденном состоянии. Осадки из мощно - кучевых облаков не выпадают. В облаках преобладают восходящие потоки, скорость которых достигает 10…15 м/с. Полёты внутри мощно - кучевых облаков запрещены руководящими документами из - за сильной болтанки по всему облаку и интенсивного обледенения выше нулевой изотермы.
Кучево-дождевые облака - огромные горообразные облачные массы с тёмными основаниями и ярко - белыми вершинами, которые, как правило, имеют волокнистое строение. По вертикали кучево - дождевые облака могут развиваться до тропопаузы, а иногда пробивают тропопаузу и вклиниваются в нижнюю стратосферу. Образуются из мощно - кучевых облаков при абсолютной влажности воздуха более 13 г./м или упругости водяного пара более 15 гПа. При благоприятных условиях для развития конвекции и большом влагосодержании воздуха мощно - кучевые облака продолжают расти вверх, и достигают вершинами высот, где температура воздуха настолько низкая, что в облаках начинают образовываться ледяные кристаллы. Таким образом, микроструктура кучево - дождевого
облака смешанная - имеются как капли воды, так и кристаллы льда. Процесс перерастания мощно - кучевого облака в кучево - дождевое происходит очень быстро, иногда в течение 15…20 минут. Признаком такого перерастания может служить изменение формы мощно - кучевого облака. Пока развивающееся облако состоит только из капель воды, оно осадков не дает и имеет резко очерченные контуры. Вершина облаков выглядит подобно головке цветной капусты. Как только верхняя часть облака приобретает кристаллическое строение, оно теряет свои резкие очертания, его края начинают лохматиться, а вершина принимает вид перевернутой метлы (наковальни). Ледяные кристаллы, находясь в соседстве с переохлажденными каплями воды, быстро увеличиваются и начинают выпадать из облака. С момента выпадения осадков облака становятся кучево - дождевыми. Из кучево - дождевых облаков выпадают ливневые осадки в виде дождя, снега, крупы, града. Скорость восходящих
потоков в облаке может достигать 30…40 м/с; за счёт ливневых осадков в кучево - дождевых облаках возникают нисходящие потоки со скоростью 10…15 м/с. Развитие кучево - дождевых облаков, и выпадение ливневых осадков часто сопровождается грозами (), шквалами () и смерчами ().
В зависимости от причин образования, кучево - дождевые облака бывают внутримассовыми и фронтальными. Полет внутри всякого Cb облака опасен и запрещается руководящими документами по следующим причинам:
Сильная болтанка () от нижней границы облака (НГО) до верхней границы облака (ВГО);
Интенсивное обледенение () на всех высотах выше нулевой изотермы;
Возможен разряд молнии через ВС;
Ливневые осадки () ухудшают видимость на взлёте и при заходе на посадку, а град может повредить отдельные части ВС в полёте;
При полёте в сильных ливневых осадках (видимость менее 1000 м) может произойти срыв потока;
Кучево - дождевые облака часто сопровождаются шквалами и смерчами.
Высоко - кучевые хлопьевидные или башенкообразные облака имеют вид крупных хлопьев, разделённых просветами голубого неба, или башенок, посаженных на одно общее основание. Образуются в тёплое время года, как правило, в утренние часы, когда в средней тропосфере наблюдается неустойчивое равновесие воздуха. НГО составляет 3…5 км, толщина - 200…500 м. Непосредственно на полёт влияния не оказывают, но являются хорошим признаком образования грозы в дневные часы. При этом, чем больше башенок или хлопьев, тем ближе по времени гроза.
Перисто - кучевые облака - белые тонкие облака, имеющие вид очень мелких волн, хлопьев, барашков. Образуются на высоте выше 6 км, состоят из кристаллов льда, толщина облаков 200…300 м. На полёт влияния не оказывают.
II. Слоистообразныеоблака
Причина образования - восходящее скольжение. К ним относятся: слоисто - дождевые, разорвано - дождевые, высоко - слоистые, перисто - слоистые и перистые облака.
Слоисто - дождевые облака имеют вид тёмно - серого облачного покрова, как правило, закрывающего всё небо. Высота НГО 300…500 м и менее. Вертикальная мощность колеблется от нескольких сотен метров до нескольких километров. Это смешанные облака с водностью 0,6…1,3 г/м. Из них выпадают обложные осадки - продолжительные, средней интенсивности, занимающие большие площади: 200…300 км по ширине и до тысячи километров по длине. Полёт в таких облаках проходит спокойно, но, выше нулевой изотермы, в облаках, а зимой и в осадках наблюдается обледенение ВС, интенсивность которого зависит от водности облака и температуры воздуха. В осадках НГО размывается и может располагаться на высоте 100 м и ниже, что затрудняет их пробивание при заходе на посадку. Во все сезоны года при полёте в облаках могут возникать значительные электростатические заряды.
Разорванно - дождевые облака представляют собой бесформенные чёрные полосы на общем сером фоне слоистообразной облачности. Причиной их образования является насыщение холодного воздуха (ХВ) обложными осадками, выпадающими из слоисто - дождевых облаков, и динамическая турбулентность, возникающая при движении ХВ по неровностям подстилающей поверхности. Состоят из переохлаждённых капель, иногда ледяных кристаллов. НГО 50…100 м, толщина 100…200 м. Разорванно - дождевые облака затрудняют или исключают взлёт, посадку и визуальные полёты ВС.
Высоко - слоистые облака представляют собой однородную серую пелену толщиной 1…2 км и имеют большую горизонтальную протяжённость. Солнце и Луна просвечивают через них, как сквозь матовое стекло. Это смешанные облака. Из них могут выпадать обложные осадки, которые до земли доходят только зимой в виде снега. Поэтому зимой ширина зоны осадков увеличивается до 400…500 км. При полётах в высоко - слоистых облаках наблюдается обледенение ВС, интенсивность которого зависит от водности облака и температуры воздуха. Вероятность обледенения в этих облаках больше в тёплое время года. Видимость в облаках плохая - несколько десятков метров. При длительном полете в них ВС заряжаются статическим электричеством.
Перисто - слоистые облака имеют вид однородной белой или голубоватой пелены, закрывающей всё небо. Толщина облаков от нескольких сотен метров до нескольких километров. Облака состоят из ледяных кристаллов. Солнце и Луна просвечивают через них, образуя белые или радужные круги - гало. Оно служит признаком последующего ухудшения погоды. При полётах в облаках происходит электризация ВС. Видимость хорошая.
Перистые облака - параллельные полосы с загнутыми к верху передними краями в виде крючков или коготков, поэтому они называются крючковидными или когтевидными. Облака кристаллические, осадки из них не выпадают. Толщина облаков от нескольких сотен метров до нескольких километров. Они располагаются впереди линии фронта на расстоянии 800…1000 км и являются предвестниками плохой погоды. Полёт спокоен, видимость хорошая, но при длительном полёте возможна электризация ВС.
III. Волнистообразные облака
Образуются за счёт: динамической турбулентности, волновых движений слоёв инверсии и изотермии, радиационного выхолаживания подстилающей поверхности. К ним относятся: слоистые, разорвано - слоистые, слоисто - кучевые, высоко - кучевые и перисто - кучевые облака. По внешнему виду они представляют собой, распространённый по горизонтали, слой облаков в виде гряд или отдельных валов, вертикальное развитие которых характеризуется многослойностью.
Слоистые облака - характерны для холодного времени года. Они образуются под слоем инверсии и имеют вид сплошной серой пелены или разорванных облачных масс. Нижнее основание находится на высоте 100…300 м. Облака могут опускаться до земли и переходить в туман. Из них выпадают моросящие осадки. Полёт в облаках и осадках сопровождается обледенением, интенсивность которого зависит от водности облака и температуры воздуха. Из-за малой высоты слоистые облака затрудняют или исключают взлёт, посадку и визуальные полёты.
Слоисто-кучевые облака имеют вид волнистого тонкого либо плотного облачного слоя. Высота НГО 600…1000 м, а зимой - 300…600 м. Толщина - несколько сотен метров. В холодное время из них могут выпадать осадки в виде слабого снега. В облаках можно встретить слабое или умеренное обледенение и слабую болтанку, которая усиливается к ВГО.
Высоко-кучевые и перисто-кучевые облака располагаются, соответственно, в среднем и верхнем ярусах, особого влияния на полёты не оказывают.
Осадками называют капли воды и кристаллы льда, выпадающие из облаков или оседающие из воздуха на земную поверхность. Основными формами осадков являются: дождь, снег, морось, мокрый снег, снежная или ледяная крупа, снежные зерна, град, ледяной дождь, ледяные иглы. К осадкам, оседающим из воздуха, относятся: роса, иней, изморозь, твердый и жидкий налёт на наветренной стороне вертикально расположенных предметов.
По характеру выпадения осадки делятся на: обложные , выпадающие из системы фронтальных слоисто - дождевых и высоко - слоистых облаков; ливневые , выпадающие из кучево-дождевой облачности; моросящие , выпадающие из слоистых и слоисто - кучевых облаков.
Вопросом «Что такое облако?» люди задавались ещё в те далёкие времена, когда по небу летали только птицы и сами облака. Википедия тогда ещё не существовала, да и «Детской энциклопедии» ещё никто не придумал, и не издал. Поэтому что только не придумывали некоторые фантазёры, чтобы объяснить это явление природы.
Из-за того, что снизу облака кажутся такими мягкими и пушистыми, было время, когда люди думали, что они состоят из пуха.
Встречались и более забавные предположения о том из чего сделаны эти небесные образования. Говорили даже, что строительным материалом белых громадин, плывущих по небу, является сладкая вата.
Конечно же, это выдумки. Из чего состоит облако, учёные узнали в конце XVIII века. Произошло это, когда человечество нашло способ подняться в небо. Тогда-то и удалось ответить на вопрос: из чего состоит облако? Выяснилось, что кажущиеся снизу белыми и плотными облака – это на самом деле обычный туман. Так что прогулки в туманную погоду представляют собой путешествие сквозь облако.
В те же годы люди узнали из чего состоят тучи. Ведь до этого их природу объясняли тоже по-разному. Но обо всём этом будет рассказано чуть позже.
Вообще облака могут состоять не только из капелек воды, как обычный туман, но и из кристалликов льда. Всё зависит от того, на какой высоте они образуются.
Чаще всего появляются облака на высоте от 6 до 20 км от поверхности нашей планеты. Эта часть атмосферы носит название тропосфера. Как раз здесь и образуются облака, состоящие из водяных капелек. Температура внутри таких образований обычно выше -10 0 С. Облака, которые образуются на этой высоте, могут иметь разную структуру и форму.
Есть и такие облака, которые появляются на свет значительно выше. Например, так называемые, перламутровые облака рождаются в 20-25 км от Земли. Однако рекордсменами являются практически невидимые без специального оборудования серебристые облака. Их колыбель находится на высоте от 70 до 80 км над уровнем моря.
Но как образуются облака? Для детей это очень важный вопрос. Чтобы на него ответить, надо познакомиться с ещё одним интересным физическим явлением – конденсацией. Что же это такое?
Все мы не раз видели, как из носика кипящего чайника идёт пар. Если же подставить под эту струйку холодное блюдечко, то на его поверхности появятся капельки воды. Это явление и называется конденсацией.
В верхних слоях атмосферы происходят примерно такие же процессы. Водяной пар, поднимаясь всё выше и выше, охлаждается и начинает конденсироваться в капельки жидкости, из которых и формируются облака. Размер этих капелек невероятно мал – в 100, а иногда и в 1000 раз меньше 1 мм. Если же пару удастся подняться очень высоко, то он перейдёт не в жидкое, а в твёрдое состояние. Поэтому в самых верхних слоях атмосферы облака и состоят из мельчайших кусочков льда.
Но чтобы пар начал конденсироваться только понижения температуры недостаточно. Центром каждой капельки или кристаллика является мельчайшая пылинка, вокруг которой и собралась влага.
Кстати, именно по этой причине над городами, где много машин или больших заводов часто можно наблюдать очень большие облака. Ведь в таких местах разных загрязняющих воздух частиц в атмосфере значительно больше, чем в малозаселённых районах нашей планеты.
С поверхности Земли облака кажутся такими лёгкими и воздушными. На самом деле они могут весить много тонн. Как же целое облако воды, состоящее из огромного скопления водяных капелек держаться в воздухе? Всё очень просто. Размер каждой капельки настолько мал, что даже небольшого поток воздуха, поднимающийся от Земли, останавливает их падение.
Учёные подсчитали, что скорость восходящего потока для удержания облака может быть всего 50 см в секунду. Если перевести это число в более понятную форму, то получится очень маленькая величина – 1,8 км/ч. А это гораздо меньше скорости пешехода.
Красивые белые горы, плывущие по ярко-голубому небу, всегда радуют глаз. Но почему они кажутся именно такими?
Оказывается, чем больше солнечного света проходит сквозь облака, тем белее они кажутся нам с Земли. Серое пасмурное небо означает только то, что облачный слой очень плотный и лучи солнца сквозь него практически не проходят. А вот чёрные тучи чаще всего просто содержат много пыли. Облачные образования такого цвета часто появляются опять же над промышленными районами, где загрязнение воздуха наиболее сильное.
Но облака различаются не только по цвету, но и по форме. Общепринятое название облаков, как правило, и описывает их внешний вид. Хотя учёные и придумали очень сложную классификацию облачности, чётко можно выделить только три вида облаков.
Именно этот вид скопления водяных паров в небе мы чаще всего и называем облаками. Это те самые ослепительно белые громадины, плавно меняющие свою форму. Именно за ними люди любят наблюдать, представляя, на кого они похожи. Такая облачность совершенно не напрягает. И это не удивительно, ведь кучевые облака – спутники хорошей погоды.
Слоистые облака уже не так прекрасны. Чаще всего они серого цвета самых разных оттенков. Такие облака достаточно плотны и состоят исключительно из готовых к падению на Землю капель. Плавают они не так уж и высоко над поверхностью. В этом случае высота облаков над землей примерно 1-2 км.
Если небо покрыли слоистые облака вперемешку с кучевыми, то ничего страшно – погода вряд ли испортится. Такой вид облачности часто ещё называют слоисто-кучевые облака. Кстати, именно подобный вид облаков предстаёт перед мысленным взором, когда нужно ответить на вопрос: «Что такое облачность?». А вот сплошное серое покрывало всегда наводит на мысль о долгом и нудном дожде.
А этот вид облаков располагается достаточно высоко. Их можно наблюдать примерно на семи километровой высоте. Похожи они на барашки или размазанные в небе мазки масляной краски.
Такая облачность говорит о скорой перемене погоды не в лучшую сторону. Кстати, наиболее фотогеничны именно перистые облака. Фото, на которых они присутствуют, выглядят невероятно эффектно.
Облака очень тяжёлые. В среднем их вес составляет около 10 тонн. Кроме того, они ещё имеют и огромные размеры. Одно облако может тянуться на расстояние более 10 км, а грозовые облака могут простираться на такое же расстояние в высоту.
Продолжительность «жизни» облаков зависит от влажности воздуха. При нормальной влажности облако может существовать очень продолжительное время. А вот при низкой, капельки воды, из которой состоит облако, начнут быстро испаряться и прожить оно может не более 15 минут.
Трудно представить, глядя на проплывающие по небу облака, что это чудо природы можно создать в домашних условиях. Хотя на самом деле настоящее облако можно сделать искусственно. Правда, для этого понадобится специальное оборудование. Придумал, как сделать облака голландский художник Бернднаут Смильде. Его самодельные облака живут недолго, около 10 секунд. Но за это время их можно сфотографировать или снять момент рождения маленького облачка на видео.
Такое явление как облачность наблюдается не только на Земле, но и на нескольких других планетах Солнечной системы. Облака были обнаружены в атмосфере Венеры и Марса, а также на спутниках Сатурна – Титане и Нептуна – Тритоне.
В 2004 году несколько метеорологов и физиков объединились в составе международной организации «Общество любителей облаков». Они не только сами любуются этими причудливыми созданиями земной атмосферы, но и призывают всех поднять глаза к небу, чтобы полюбоваться прекрасными и разнообразными облаками.
Удивительно, но все про облака не знают даже учёные. Их изучение продолжается до сих пор. И в России, и в США до сих пор работают программы по выяснению всех свойств этих красивых, белоснежных, воздушных островов.
Как правило, осадки выпадают из облаков, которые хотя бы в некотором слое имеют смешанный состав (кучево-дождевые, слоисто-дождевые, высоко-слоистые). Слабые моросящие осадки (в виде мороси, снежных зёрен или слабого мелкого снега) могут выпадать из однородных по составу облаков (капельных или кристаллических) - слоистых, слоисто-кучевых.
Кроме всего прочего, облака - известный лирический образ, используемый многими поэтами (Державин, Пушкин) в своих произведениях, писатели часто обращаются к этому образу, если требуется описать нечто высокое, мягкое или недосягаемое. Они ассоциируются с покоем, мягкостью и безмятежностью. Облака часто олицетворяют, придавая им мягкие черты характера.
Облака на закате
Классификация облаков
Обычно облака наблюдаются в тропосфере . Тропосферные облака подразделяются на виды, разновидности и по дополнительным признакам в соответствии с международной классификацией облаков. Изредка наблюдаются другие виды облаков: перламутровые облака (на высоте 20-25 км) и серебристые облака (на высоте 70-80 км).
Перистые облака. Виктория, Австралия
Состоят из отдельных перистообразных элементов в виде тонких белых нитей или белых (или в большей части белых) клочьев и вытянутых гряд. Имеют волокнистую структуру и/или шелковистый блеск. Наблюдаются в верхней тропосфере, иногда на высотах тропопаузы или непосредственно под нею (в средних широтах их основания чаще всего лежат на высотах 6-8 км, в тропических от 6 до 18 км, в полярных от 3 до 8 км). Видимость внутри облака - 150-500 м. Построены из ледяных кристаллов, достаточно крупных для того, чтобы иметь заметную скорость падения; поэтому они имеют значительное вертикальное протяжение (от сотен метров до нескольких километров). Однако сдвиг ветра и различия в размерах кристаллов приводят к тому, что нити перистых облаков скошены и искривлены. Хорошо выраженных явлений гало перистые облака обычно не дают вследствие своей расчленённости и малости отдельных облачных образований. Данные облака характерны для переднего края облачной системы теплого фронта или фронта окклюзии , связанной с восходящим скольжением. Они часто развиваются также в антициклонической обстановке, иногда являются частями или остатками ледяных вершин (наковален) кучево-дождевых облаков.
Различаются виды: нитевидные (Cirrus fibratus, Ci fibr.), когтевидные (Cirrus uncinus, Ci unc.), башенкообразные (Cirrus castellanus, Ci cast.), плотные (Cirrus spissatus, Ci spiss.), хлопьевидные (Cirrus floccus, Ci fl.) и разновидности: перепутанные (Cirrus intortus, Ci int.), радиальные (Cirrus radiatus, Ci rad.), хребтовидные (Cirrus vertebratus, Ci vert.), двойные (Cirrus duplicatus, Ci dupl.).
Иногда к этому роду облаков, наряду с описанными облаками, относят также перисто-слоистые и перисто-кучевые облака.
Их часто называют «барашки». Очень высокие небольшие шаровидные облака, вытянутые в линии. Похожи на спины скумбрий или рябь на прибрежном песке. Высота нижней границы - 6-8 км, вертикальная протяжённость - до 1 км, видимость внутри - 5,5-10 км. Являются признаком повышения температуры. Нередко наблюдаются вместе с перистыми или перисто-слоистыми облаками. Часто являются предшественниками шторма . При этих облаках наблюдается т. н. «иридизация» - радужное окрашивание края облаков.
Парусоподобные облака верхнего яруса, состоящие из кристалликов льда. Имеют вид однородной, белесоватой пелены. Высота нижней кромки - 6-8 км, вертикальная протяжённость колеблется от нескольких сотен метров до нескольких километров (2-6 и более), видимость внутри облака - 50-200 м. Перисто-слоистые облака относительно прозрачны, так что солнце или луна могут быть отчётливо видны сквозь них. Эти облака верхнего яруса обычно образуются когда обширные пласты воздуха поднимаются вверх за счёт многоуровневой конвергенции.
Перисто-слоистые облака характеризуются тем, что часто дают явления гало вокруг солнца или луны. Гало являются результатом преломления света кристаллами льда, из которых состоит облако. Перисто-слоистые облака, однако, имеют склонность уплотняться при приближении тёплого фронта, что означает увеличение образования кристаллов льда. Вследствие этого гало постепенно исчезает, и солнце (или луна) становятся менее заметными.
Формирование высоко-кучевых облаков
Высоко-кучевые облака (Altocumulus, Ac) - типичная облачность для теплого сезона. Серые, белые, или синеватого цвета облака в виде волн и гряд, состоящих из хлопьев и пластин, разделённых просветами. Высота нижней границы - 2-6 км, вертикальная протяжённость - до нескольких сотен метров, видимость внутри облака - 50-80 м. Располагаются, как правило, над местами, обращёнными к солнцу. Иногда достигают стадии мощных кучевых облаков. Высоко-кучевые облака обычно возникают в результате поднятия теплых воздушных масс, а также при наступлении холодного фронта, который вытесняет теплый воздух вверх. Поэтому наличие высоко-кучевых облаков теплым и влажным летним утром предвещает скорое появление грозовых облаков или перемену погоды.
Имеют вид однородной или слабовыраженной волнистой пелены серого или синеватого цвета, Солнце и Луна, обычно, просвечивают, но слабо. Высота нижней границы - 3-5 км, вертикальная протяжённость - 1-4 км, видимость в облаках - 25-40 м. Эти облака состоят из ледяных кристаллов, переохлажденных капель воды и снежинок. Высоко-слоистые облака могут приносить обложной дождь или снег.
Высоко-слоистые просвечивающие облака. Волнистая структура облака заметна, солнечный круг солнца вполне различим. На земле иногда могут возникать вполне различимые тени. Отчётливо видны полосы. Пелена облаков, как правило, постепенно закрывает всё небо. Высота основания - в пределах 3-5 км, толщина слоя облаков As trans в среднем около 1 км, изредка до 2 км. Осадки выпадают, но в низких и средних широтах летом редко достигают земли.
Слоистые облака образуют однородный слой, сходный с туманом, но расположенный на некоторой высоте (чаще всего от 100 до 400 м, иногда 30-90 м). Обычно они закрывают всё небо, но иногда могут наблюдаться в виде разорванных облачных масс. Нижний край этих облаков может опускаться очень низко; иногда они сливаются с наземным туманом . Толщина их невелика - десятки и сотни метров. Иногда из этих облаков выпадают осадки , чаще всего в виде снежных зёрен или мороси .
|
Слоистые туманообразные облака |
Слоистые облака |
Слоисто-дождевые облака и сильные воздушные течения |
Серые облака, состоящие из крупных гряд, волн, пластин, разделенных просветами или сливающимися в сплошной серый волнистый покров. Состоят преимущественно из капель воды. Высота нижней границы обычно в пределах от 500 до 1800 м. Толщина слоя от 200 до 800 м. Солнце и луна могут просвечивать только сквозь тонкие края облаков. Осадки, как правило, не выпадают. Из слоисто-кучевых не просвечивающих облаков могут выпадать слабые непродолжительные осадки.
Кучевые облака - плотные, днём ярко-белые облака со значительным вертикальным развитием. Высота нижней границы обычно от 800 до 1500 м, иногда 2-3 км и более. Толщина 1-2 км, иногда 3-5 км. Верхние части кучевых облаков имеют вид куполов или башен с округлыми очертаниями. Обычно кучевые облака возникают как облака конвекции в холодных или нейтральных воздушных массах.
Слоисто-дождевые облака тёмно-серые, в виде сплошного слоя. При осадках он кажется однородным, в перерывах между выпадением осадков заметна некая неоднородность и даже некоторая волнистость слоя. От слоистых облаков отличаются более тёмным и синеватым цветом, неоднородностью строения и наличием обложных осадков. Высота нижней границы - от 100 до 1900 м, толщина - до нескольких километров.
Кучевые облака. Вид сверху
Кучево-дождевые - мощные и плотные облака с сильным вертикальным развитием (несколько километров, иногда до высоты 12-14 км), дающие обильные ливневые осадки с мощным градом и грозовыми явлениями. Кучево-дождевые облака развиваются из мощных кучевых облаков. Они могут образовывать линию, которая называется линией шквалов. Нижние уровни кучево-дождевых облаков состоят в основном из капелек воды, в то время как на более высоких уровнях, где температуры намного ниже 0 °C, преобладают кристаллики льда. Высота нижней границы обычно ниже 2000 м, то есть в нижнем ярусе тропосферы.
Кучево-дождевые облака (Cumulonimbus capillatus incus)
Серебристые облака формируются в верхних слоях атмосферы . Эти облака находятся на высоте приблизительно 80 км. Их можно наблюдать непосредственно после заката или перед восходом Солнца. Серебристые облака были обнаружены только в XX веке.
Перламутровые облака образуются в небе на больших высотах (около 20-30 км) и состоящие, по-видимому, из кристалликов льда или переохлаждённых капель воды.
Вымеобразные или трубчатые облака - облака, основание которых имеет специфическую ячеистую или сумчатую форму. Встречаются редко, преимущественно в тропических широтах, и связаны с образованием тропических циклонов.
Лентикулярные (линзовидные) облака образуются на гребнях воздушных волн или между двумя слоями воздуха. Характерной особенностью этих облаков является то, что они не двигаются, сколь бы ни был силён ветер. Поток воздуха, проносящийся над земной поверхностью, обтекает препятствия, и при этом образуются воздушные волны. Обычно зависают с подветренной стороны горных хребтов, за хребтами и отдельными вершинами на высоте от двух до пятнадцати километров.
Пирокумулятивные облака или пирокумулюс - конвективные (кучевые или кучево-дождевые) облака, вызванные пожаром или вулканической активностью. Эти облака получили своё название оттого, что огонь создает конвективные восходящие потоки, которые по мере подъёма при достижении уровня конденсации приводят к образованию облаков - сначала кучевых, а при благоприятных условиях - и кучево-дождевых. В этом случае возможны грозы; удары молнии из этого облака тогда вызывают новые возгорания.
Первыми непосредственными наблюдателями за облаками стали воздухоплаватели, поднимавшиеся на воздушных шарах , которыми был установлен факт, что все наблюдаемые формы облаков по своему строению распадаются на две группы:
Подъемами на воздушных шарах и наблюдениями при восхождениях на горы был констатирован другой факт, что строение облаков первой группы, когда наблюдатель окружен таким облаком со всех сторон, ничем не отличается от обыкновенного тумана , наблюдаемого вблизи земной поверхности; что наблюдателю внизу казалось облаками, держащимся на склоне горы или на некоторой высоте в атмосфере, то наблюдателю, попавшему в такое облако, представлялось туманом. Со времен Галлея и Лейбница было уже известно и подтверждено непосредственным наблюдением, что отдельные частицы тумана, а, следовательно, и облака, имеют шарообразную форму. Для объяснения того, почему эти шарики держатся в воздухе в равновесии, была предложена гипотеза, что эти шарообразные частицы тумана состоят из воздушных пузырьков, окруженных тончайшей водяной оболочкой (везикюлей - как такие пузырьки были названы); при достаточных размерах пузырьков и достаточно тонкой оболочке (расчёт, сделанный Клаузиусом показал, что толщина водяной оболочки должна быть не более 0,0001 мм) сопротивление воздуха их падению должно быть настолько значительно, что падение везикюлей может совершаться очень медленно, и они должны представляться плавающими в воздухе, а при самом слабом восходящем потоке их падение может перейти даже в восходящее движение. Гипотеза эта приобрела широкое распространение, после того, как Клаузиусу удалось, основываясь на предполагаемой необычайно тонкой водяной оболочке везикюлей , дать объяснение голубому цвету неба. Одновременно с везикюлярной гипотезой существовало и другое мнение, считавшее водяные шарики туманов состоящими сплошь из жидкой воды. Трудность рассматривания под микроскопом водяных шариков привела к тому, что подобные наблюдения над ними удалось сделать в достаточно надежной форме только в 1880 году , когда впервые Динес (Dines), наблюдая водяные шарики, из которых состоят туманы в Англии , пришел к заключению, что наблюдаемые им частицы тумана суть настоящие капельки воды, размеры которых колеблются от 0,016 до 0,127 мм. Позднее подобные же наблюдения были сделаны Ассманом на вершине Брокена , которая - особенно в холодное время года - находится в области наиболее энергичного образования облаков различных форм, образующихся то несколько выше, то немного ниже, то как раз на её высоте. Ассман убедился, что все наблюденные им формы облаков, содержащих жидкую воду, состоят из настоящих капелек, размеры которых меняются между 0,006 мм (в верхних частях облаков) и 0,035 мм (в нижних его частях). Капельки эти наблюдались жидкими даже при температуре −10°С; только прикасаясь к какому-нибудь твёрдому телу (например, предметное стеклышко микроскопа) они моментально превращались в ледяные иголочки. Наконец, Обермайер и Будде показали, что если исходить из явлений капиллярных , существование везикюлей не может быть допущено. Таким образом эта гипотеза ушла в прошлое. Исследования Стокса и расчёты, сделанные Максвеллом , доказали, что слабого потока, подымающегося со скоростью не более 0,5 метров в секунду, достаточно, чтобы остановить падение водяных капелек. Относительно второй группы облаков, образующихся обыкновенно на больших высотах - как перистые и перисто-слоистые - наблюдения воздухоплавателей показали, что эти формы состоят исключительно из воды в твердом состоянии. Мириады ледяных кристалликов и иголочек, подобных тем, которые наблюдаются нередко в нижних слоях атмосферы падающими в тихие, морозные дни зимой, - часто даже при безоблачном небе, - образующих правильные гексагональные пластинки или шестисторонние призмы от микроскопически малых до видимых простым глазом, держатся в верхних слоях атмосферы и образуют то отдельные волокна или перистые пучки, то однообразным слоем распространены на большие пространства, придавая небу белесоватый оттенок при перисто-слоистой облачности.
Для образования облаков необходим переход пара в капельножидкое состояние. Однако, теоретические изыскания Бецольда, основанные на опытах Эйткена, показали, что этот переход есть явление весьма сложное. Весьма остроумными опытами Эйткен констатировал, что одного охлаждения воздушных масс ниже температуры их насыщения водяными парами ещё недостаточно, чтобы пар перешел в капельножидкое состояние: для этого необходимо присутствие хотя бы мельчайших твёрдых частиц, на которых и начинает собираться в капли конденсирующийся в жидкость пар . Когда воздух, переполненный водяными парами, совершенно чист, пары, даже перейдя через температуру насыщения, не обращаются, однако, в жидкость, оставаясь пересыщенными. Некоторые газообразные тела, как, например озон и азотистые соединения, также могут содействовать образованию водяных капелек. Что твёрдые тела действительно играют роль при образовании облаков, это можно было видеть уже из наблюдений, установивших существование грязных дождей. Наконец, чрезвычайно яркие зори, наблюдавшиеся вслед за извержением вулкана Кракатау в 1883 году , показали присутствие мельчайших частиц выброшенной извержением пыли на весьма больших высотах. Все это объяснило возможность поднятия сильными ветрами микроскопически мелких частиц пыли весьма высоко в атмосферу и мнение Эйткена и Бецольда о необходимости присутствия твердых частиц для образования облаков получило обоснование.
В начале 1930-х годов в Ленинградском институте экспериментальной метеорологии (ЛИЭМ) под руководством В. Н. Оболенского были начаты экспериментальные и теоретические работы по исследованию облаков. В марте 1958 года по инициативе Н. С. Шишкина был создан самостоятельный «Отдел физики облаков» в Главной геофизической обсерватория имени А. И. Воейкова .
С целью исследования облачного покрова Земли и изучения образования и «эволюции» облаков НАСА в 2006 году запустило два специализированных спутника CloudSat и CALIPSO .
В апреле 2007 года НАСА осуществило запуск на полярную орбиту спутника AIM (The Aeronomy of Ice in the Mesosphere), предназначенного для изучения серебристых облаков.
Помимо Земли облака наблюдаются на всех планетах-гигантах , на Марсе , Венере , спутниках Титане и Тритоне . Внеземные облака имеют разную природу, например, на Венере наиболее мощный облачный слой состоит преимущественно из серной кислоты ; облака Титана являются источником метановых дождей при температуре −180°С.
