Как образуются облака? Типы облаков с описанием и фото. Какие бывают облака На какой высоте находятся кучевые облака

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.

12. Облака «Morning Glory».

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.

Облако как явление природы (Реферат, сделанный школьником 10 класса)

В толковом словаре В. Даля дано короткое и в то же время достаточно точное определение облака: «Облако - туман в высоте». Как и туман, облако представляет собой взвесь в воздухе мелких и мельчайших капелек воды. Наряду с водяными капельками в облаке могут находиться также мелкие кристаллики льда. Облако может целиком состоять из таких кристалликов.

Различаются облака между собой ещё и своей видимой толщиной, высотой над землёй, площадью распространения и окраской. Словом, разнообразие их велико.

Классификация облаков

Согласно международной классификации облака по внешнему виду делятся на 10 основных форм, а по высотам – на 4 класса.

1. Облака верхнего яруса – располагаются на высоте от 6 км и выше, представляют собой тонкие белые облака, состоят из ледяных кристаллов, имеют маленькую водность, поэтому осадков не дают. Мощность мала – 200 – 600 м. К ним относятся:

перистые облака, имеющие вид белых нитей, крючков. Являются предвестниками ухудшения погоды, приближения теплого фронта (рис.2г);

перисто-кучевые облака – мелкие барашки, мелкие белые хлопья, рябь;

перисто-слоистые имеют вид голубоватой однородной пелены, которая покрывает все небо, виден расплывчатый диск солнца, а ночью - вокруг луны возникает круг гало.

2. Облака среднего яруса – располагаются на высоте от 2 до 6 км, состоят из переохлажденных капель воды в смеси со снежинками и ледяными кристаллами. К ним относятся:

высоко-кучевые , имеющие вид хлопьев, пластин, волн, гряд, разделенных просветами. Вертикальная протяженность 200 - 700 м., осадки не выпадают (рис.2 в);

высоко-слоистые представляют собой сплошную серую пелену, тонкие высоко-слоистые имеют мощность – 300 - 600 м, а плотные – 1 - 2 км. Зимой из них выпадают обложные осадки.

3. Облака нижнего яруса располагаются от 50 до 2000 м, имеют плотную структуру. К ним относятся:

слоисто-дождевые , имеющие темно-серый цвет, большую водность, дают обильные обложные осадки. Под ними в осадках образуются низкие разорванно-дождевые облака. Высота нижней границы слоисто-дождевых облаков зависит от близости линии фронта и составляет от 200 до 1000 м, вертикальная протяженность 2 - 3 км, сливаясь часто с высоко-слоистыми и перисто-слоистыми облаками;

слоисто-кучевые состоят из крупных гряд, волн, пластин, разделенных просветами. Нижняя граница 200 - 600 м, а толщина облаков 200 - 800 м, иногда 1 - 2 км. Это облака внутримассовые, в верхней части слоисто-кучевых облаков наибольшая водность. Осадки из этих облаков, как правило, не выпадают (рис 2 б);

слоистые облака представляют собой сплошной однородный покров, низко нависший над землей с неровными размытыми краями. Высота бывает 100-150 м и ниже 100 м, а верхняя граница – 300-800 м. Могут опускаться до земли и переходить в туман (рис 2 а);

разорванно-слоистые облака имеют нижнюю границу 100 м и ниже 100 м, образуются в результате рассеивания тумана. Осадки из них не выпадают.

4. Облака вертикального развития. Нижняя граница их лежит в нижнем ярусе, верхняя достигает тропопаузы. К ним относятся:

кучевые облака – плотные облачные массы, развитые по вертикали с белыми куполообразными вершинами и с плоским основанием. Нижняя граница их порядка 400 - 600 м и выше, верхняя граница 2 - 3 км, осадков не дают (рис 2,д);

мощно -кучевые облака представляют собой белые куполообразные вершины с вертикальным развитием до 4 - 6 км, осадков не дают;

кучево-дождевые (грозовые) являются самыми опасными облаками, представляют собой мощные массы клубящихся облаков с вертикальным развитием до 9 - 12 км. С ними связаны грозы, ливни, град (рис 2 е, ж).

Облака переносятся ветрами на огромные расстояния, в результате чего осуществляется постоянный влагообмен между различными областями нашей планеты. Крайне упрощенная схема влагообмена такова: вода из моря попадает в облака, образующиеся над поверхностью моря, затем ветры переносят эти облака на материк, где они изливаются дождями, наконец, через реки вода возвращается обратно в море.

Облачный покров нашей планеты достаточно велик. Облака покрывают в среднем около половины всего небосвода. В них содержится во взвешенном состоянии 10 12 кг воды (льда).

В зависимости от причин возникновения различают следующие виды облачных форм:

Кучевообразные . Причина их возникновения - термическая, динамическая конвекция и вынужденные вертикальные движения. К ним относятся: а) кучевые б) кучево-дождевые в) мощно-кучевые г) высоко-кучевые д) перисто-кучевые

Слоистообразные возникают в результате восходящих скольжений теплого влажного воздуха по наклонной поверхности холодного вдоль пологих фронтальных разделов. К этому виду относятся облака: а) слоисто-дождевые б) высоко-слоистые в) перисто-слоистые г) перистые

Волнистые возникают при волновых колебаниях на слоях инверсии и в слоях с небольшим вертикальным градиентом температуры. К ним относятся: а) слоисто-кучевые б) высоко-кучевые, волнистые в) слоистые г) разорванно-слоистые.

Существует еще одна важная характеристика – облачность , т.е. количество облаков – число условных частей неба, закрытых облаками. Раньше такое число выражалось в баллах (от 0 до 10), сейчас принято выражать в октантах (от 0 до 8).

На рисунке 1 перечисленные типы облаков схематически изображены все вместе, что позволяет представить себе в целом структуру облачного покрова. Все эти облака образуются в пределах нижнего слоя атмосферы, называемого тропосферой. В более высоких слоях атмосферы облаков почти нет; лишь на высотах около 30 км можно обнаружить перламутровые облака да на высотах около 80 км - серебристые облака. Перламутровые облака очень тонкие, они просвечивают; в сумерки вблизи солнца они окрашиваются в красный, золотистый и зеленоватый цвета. Серебристые облака также очень тонкие. Они светятся серебристым цветом ночью, вскоре после захода солнца или незадолго до восхода. Это рассеянный облаками солнечный свет.

Строение земной атмосферы. В известном смысле земную атмосферу можно уподобить слоеному пирогу, она состоит из ряда слоев или, точнее говоря, ряда вложенных одна в другую сфер. Разделение на слои (сферы) проводят, учитывая характер изменения температуры атмосферного воздуха с высотой. На рисунке 3 выделены четыре слоя атмосферы тропосфера, стратосфера, мезосфера, гермосфера - и изображена кривая, отражающая изменение температуры воздуха с высотой.

По мере подъема от поверхности земли температура воздуха сначала убывает. Это известно всем - ведь вершины высоких гор круглый год покрыты снегом и льдами. Тот, кто летал на авиалайнерах, неоднократно слышал сообщения бортпроводниц о том, что температура воздуха за бортом самолета 60-70 градусов мороза. Напомним, что современные авиалайнеры летают на высотах 8-10 км.

Оказывается, уменьшение температуры воздуха с высотой происходит лишь до определенных высот до 17 км над тропиками и 10 км над полярными областями. Эти числа как раз и определяют высоту верхней границы тропосферы (она зависит от географической широты). Температура воздуха на границе тропосферы составляет над тропиками около -75°С, а над полюсами около -60°С.

К тропосфере примыкает стратосфера. В стратосфере температура воздуха при подъеме сначала остается постоянной (до высот 25- 30 км), а затем начинает возрастать - вплоть до высоты 55 км, отвечающей верхней границе стратосферы; при этом температура достигает значений, близких к 0°С. В следующем атмосферном слое- мезосфере температура снова начинает уменьшаться по мере подъема; она падает до -100°С и даже до -150°С на уровне верхней границы мезосферы, имеющей высоту около 80 км. Еще выше начинается термосфера; здесь температура по мере подъема возрастает.

Итак, в тропосфере температура воздуха с высотой уменьшается, в стратосфере температура сначала не меняется, а затем растет, в мезосфере она снова уменьшается и, наконец, в термосфере снова начинает расти. Заметим, что слово «тропосфера» происходит от греческого «тропос», означающего «поворот»; над тропосферой совершается первый поворот температуры. Атмосфера действительно напоминает слоеный пирог: слои, где температура понижается, чередуются со слоями, где она повышается.

Происхождение такого «слоеного пирога» нетрудно объяснить. Ведь снизу атмосфера подогревается земной поверхностью, а сверху солнечным излучением; поэтому ее температура должна возрастать при приближении как к поверхности земли, так и к верхней границе атмосферы. В результате температурная кривая должна, казалось бы, иметь вид, показанный на рисунке 3 пунктиром. В действительности же температура изменяется с высотой не по пунктирной, а по непрерывной линии и обнаруживает некоторое увеличение в области стратосферы. Это повышение температуры вызвано поглощением ультрафиолетовой составляющей солнечного излучения в слое озона (О 3), который занимает интервал высот примерно от 20 до 60 км.

Для образования облаков надо, чтобы воздух был влажным (или, во всяком случае, не слишком сухим) и чтобы происходило достаточно сильное понижение температуры воздуха. Наиболее влажен воздух вблизи земной поверхности, в тропосфере. К тому же в тропосфере температура воздуха с высотой уменьшается. Поэтому неудивительно, что почти весь облачный покров Земли сосредоточен в пределах тропосферы. Серебристые облака образуются значительно выше тропосферы - вблизи верхней границы мезосферы. Существенно, что на этих высотах температурная кривая проходит через очередной и притом относительно сильный минимум. Отметим, что на высотах вблизи максимума температурной кривой (на границе стратосферы и мезосферы) облака никогда не наблюдаются.

Адиабатическое расширение газа

Одним из главных процессов, приводящих к образованию облака, является процесс адиабатического расширения воздуха при его подъеме над поверхностью земли.

Предположим, что некоторая масса газа (в частности, воздуха) расширяется. При этом газ совершает работу А против сил внешнего давления. Пусть Q - теплота, которую газ получает извне в процессе расширения. Совершенная газом работа А и полученная им теплота Q определяют изменение внутренней энергии газа ∆ U :

∆U = Q - A . (1)

Это есть первое начало термодинамики; оно представляет собой не что иное, как закон сохранения энергии для рассматриваемой массы газа.

Изменение внутренней энергии газа связано с изменением его температуры. Пусть Т 1 и Т 2 - соответственно начальная и конечная температуры газа. Будем полагать, что газ состоит из двухатомных молекул и что его молярная масса есть М (для воздуха можно принять М =0.029 кг/моль). Для такого газа

где m - масса газа, кг; R - универсальная газовая постоянная, R =8,3 · Дж/(моль·К); М – молярная масса, кг/моль.

Если Q > A , то ∆ U > 0. В этом случае Т 2 > Т 1 , следовательно, газ при расширении нагревается. Если Q = A , то ∆ U = 0. В этом случае Т 2 = Т 1 - температура расширяющегося газа остается неизменной (изотермическое расширение).

Для нас интересен случай, когда можно принять Q = 0, т.е. когда можно пренебречь теплообменом между газом и окружающей его средой. В данном случае соотношение (1) принимает вид

∆U = - А. (3)

Видно, что теперь ∆ U < 0 и, следовательно, Т 2 < T 1 -газ при расширении охлаждается.

Рассматриваемый процесс называют адиабатическим расширением газа. При таком расширении газ не получает теплоты извне и поэтому совершает работу только за счет собственной внутренней энергии (в результате чего и охлаждается). Подставляя (2) в (3), получаем формулу, связывающую уменьшение температуры адиабатически расширяющегося двухатомного газа и работу, совершенную газом:

Приведем без вывода формулу для работы адиабатически расширяющегося двухатомного газа:

Здесь p 1 и Т 1 - начальное давление и начальная температура газа, а p 2 - его конечное давление.

Используя две последние формулы найдем, что при адиабатическом расширении воздух при подъеме на 1 км охлаждается на 6 градусов. Адиабатический температурный градиент воздуха

γ а = 0.6 о С/100 м.

О бразование облаков.

Процесс образования облака начинается с того, что некоторая масса достаточно влажного воздуха поднимается вверх. По мере подъема будет происходить расширение воздуха. Это расширение можно считать адиабатным, так как воздух поднимается относительно быстро, и при достаточно большом его объеме (а в образовании облака принимает участие действительно большой объем воздуха) теплообмен между рассматриваемым воздухом и окружающей средой за время подъема попросту не успевает произойти.

Как мы уже знаем, при адиабатном расширении газа его температура понижается. Значит, поднимающийся вверх влажный воздух будет охлаждаться. Когда температура охлаждающегося воздуха понизится до точки росы, станет возможным процесс конденсации пара, содержащегося в воздухе. При наличии в атмосфере достаточного количества ядер конденсации (пылинок, ионов) этот процесс действительно начинается. Если ядер конденсации в атмосфере мало, конденсация начинается не при температуре, равной точке росы, а при более низких температурах.

Итак, достигнув некоторой высоты Н , поднимающийся влажный воздух охладится (в результате адиабатного расширения) настолько, что начнется конденсация водяных паров. Высота Н есть нижняя граница формирующегося облака (рис. 4а). Продолжающий поступать снизу воздух проходит сквозь эту границу, и процесс конденсации паров будет происходить уже выше указанной границы - облако начнет развиваться в высоту (рис. 4б). Вертикальное развитие облака прекратится тогда, когда воздух перестанет подниматься; при этом сформируется верхняя граница облака (рис. 4в).

Теперь рассмотрим, что же заставляет воздух подниматься вверх .

Во-первых , подъем воздушных масс может происходить вследствие конвекции - когда в жаркий день солнечные лучи сильно прогреют земную поверхность, и она передаст теплоту приземным слоям воздуха (рис.5,а). В этом случае говорят об облаках конвекционного происхождения. Кучевые облака имеют чаще всего именно такое происхождение.

Во-вторых , дующий по горизонтальному направлению, вдоль поверхности земли ветер может встретить на своем пути горы или иные природные возвышения. Обтекая их, ветер переместит вверх воздушные массы (рис.5,б). Это тоже внутримассовые облака. Такое происхождение могут иметь слоистые и слоисто-дождевые облака.

В-третьих , облака образуются на теплых и холодных фронтах. Если массы теплого воздуха, перемещаясь в горизонтальном направлении, теснят холодный воздух, возникает так называемый теплый фронт. Если же наступает холодный воздух, то говорят о холодном фронте. Теплый фронт изображен схематически на рисунке 6,а, где красными стрелками показаны перемещения теплого воздуха, а черными - холодного. Вблизи границы между теплой и холодной воздушными массами возникают восходящие потоки воздуха (как теплого, так и холодного). В результате могут образоваться облака горизонтального развития всех ярусов - слоисто-дождевые, высококучевые, перистые. На рисунке 6б показан холодный фронт. Здесь образуются восходящие потоки только теплого воздуха. При этом формируются, как и на теплом фронте, облака всех ярусов. Итак, на теплом фронте наступающий теплый воздух как бы «наваливается» на стелющийся понизу холодный воздух и по нему поднимается вверх. На холодном же фронте наступающий холодный воздух проникает под теплый воздух и как бы приподнимает его.

В-четвертых , вертикальные перемещения воздушных масс могут быть связаны с циклонической деятельностью, которая, в свою очередь, связана с взаимодействием теплых и холодных фронтов.

Циклоны и антициклоны представляют собой мощные атмосферные вихри диаметром до нескольких тысяч километров и высотой 10...20 км.

Циклоны. Вблизи поверхности земли ветры направляются от периферии к центру циклона, поскольку в центре циклона давление воздуха меньше, чем на его периферии. В Северном полушарии ветры «закручиваются» к центру циклона против часовой стрелки, а в Южном - по часовой стрелке. На рисунке 7а красным изображены изобары циклона у поверхности земли; синими стрелками показано направление ветров (для Северного полушария). Стекающиеся к центру циклона воздушные массы устремляются затем вертикально вверх (рис.76). Это приводит к образованию мощных слоистых и слоисто-дождевых облаков, выпадают осадки. В верхней тропосфере возникают горизонтальные ветры, направленные по спирали от центра циклона; они выносят к его периферии воздушные массы, захваченные циклоном. Зарождение или приход уже сформировавшегося циклона всегда приводит к значительному ухудшению погоды, сопровождается длительными дождями.

Приближение центральной области циклона мы чувствуем по понижению атмосферного давления. Мы говорим: «Давление упало - пойдут дожди, будет пасмурно».

Антициклоны. Для антициклонов характерна обратная картина процессов. В центре антициклона давление выше, чем на периферии. В верхней тропосфере ветры «закручиваются» к центру антициклона, а вблизи земной поверхности - от центра; в центре возникают мощные нисходящие потоки воздуха. Опускающийся вниз воздух нагревается, относительная влажность уменьшается, облачность исчезает - устанавливается ясная погода. Недаром повышение атмосферного давления мы справедливо связываем с улучшением погоды.

Физическая природа кучевого облака .

Остановимся немного подробнее на физике процессов, приводящих к образованию обычного кучевого облака конвекционного происхождения. Такое облако имеет значительные вертикальные размеры, указывающие на то, что конвекционные потоки могут подниматься на большую высоту - значительно выше нижней границы облака. Для объяснения обратимся к рисунку 8. На нем приведены (качественно) три зависимости температуры воздуха от высоты. Зависимость 1 относится к воздуху, не участвующему в образовании облака. Этот воздух окружает облако с боков; будем считать, что в нем нет вертикальных потоков. Падение температуры с высотой отражает в данном случае естественный ход температурной кривой в пределах тропосферы. Зависимость 2 относится к поднимающемуся (и, следовательно, адиабатически расширяющемуся) сухому воздуху. При адиабатическом расширении воздух охлаждается, поэтому температурная кривая 2 опускается более круто, чем кривая 1. Следует, однако, иметь в виду, что в действительности вверх поднимается не сухой, а влажный воздух; в результате охлаждения воздуха содержащийся в нем пар будет конденсироваться (начиная с некоторой высоты Н, фиксирующей нижнюю границу облака). При конденсации пара выделяется скрытая теплота парообразования. Количество выделившейся теплоты оказывается довольно заметным. Это приводит к тому, что температура поднимающегося влажного воздуха будет понижаться с высотой медленнее, чем даже температура неподвижного воздуха (температурная кривая 3). Данное обстоятельство является весьма важным. В самом деле, с учетом конденсации пара температура поднимающегося воздуха понижается, оставаясь в то же время выше температуры окружающего неподвижного воздуха. Тот факт, что охлаждающийся воздух остается более нагретым, чем окружающая его среда, обеспечивает способность продолжать подъем все выше и выше. В результате и происходит существенное развитие облака в вертикальном направлении.

Конечно, такое развитие не может быть неограниченным. По мере того как конденсируются водяные пары, воздух становится все менее влажным; он все более подсушивается. Поэтому температурная зависимость 3 уже не реализуется; происходит переход к зависимости 2, отвечающей сухому воздуху (этот переход условно показан на рисунке 8 штриховой стрелкой). Вследствие такого перехода температура поднимающегося воздуха на какой-то высоте сравняется с температурой окружающего воздуха и даже окажется немного ниже ее. В результате вертикальное развитие облака прекратится; холодные массы воздуха, отдавшего свою влагу в облако, начнут растекаться в стороны и опускаться вниз вокруг кучевого облака, формируя характерные для таких облаков барашки.

Макрофизика и микрофизика облаков

Различают макрофизику и микрофизику облаков. Макрофизика изучает перемещения воздушных масс, приводящие к образованию, росту и испарению облака в целом. Микрофизика рассматривает микроструктуру облака, исследует процессы образования, слияния, испарения водяных капель. В частности, микрофизика изучает условия формирования тех или иных осадков.

Облака могут состоять из капелек воды (водяные, или капельные облака), ледяных кристалликом (ледяные или кристаллические облака), а также одновременно из капель и из кристалликов (смешанные облака). Водяные облака существуют не только при плюсовой температуре, но и при температурах ниже нуля (примерно до -20 о С) это переохлажденные водяные облака. Например, при -10°С облака в 50% случаев водяные, в 30% смешанные и только в 20% ледяные.

Водяные капли в облаке имеют различные диаметры - от долей микрометра до нескольких миллиметров. Ледяные кристаллики облака чаще всего имеют форму шестигранных призм-столбиков длиной порядка 0,1 мм и шестиугольных пластинок размером 0,1...0,5 мм.

Как бы ни была мала ледяная капля, она все же существенно тяжелее воздуха. Поэтому возникает вопрос: каким образом водяные капли (а вместе с тем и облако в целом) удерживаются в воздухе? Одновременно возникает и другой вопрос: при каких условиях водяные капли перестают удерживаться в воздухе и падают на землю в виде дождя?

Начнем с наиболее мелких капелек, радиус которых составляет доли микрометра. Таким капелькам не дают падать вниз беспорядочные удары со стороны молекул воздуха, находящихся в хаотичном тепловом движении. Эти удары вынуждают капельку отскакивать в самых различных направлениях; в итоге она движется по причудливо изломанной траектории (броуновское движение).

Чем массивнее капля, тем труднее молекулам воздуха отбросить ее и, следовательно, тем меньше роль броуновского движения, но больше влияние земного притяжения. Когда радиус капли становится больше микрометра, ее движение перестает быть броуновским; капля начинает падать под действием силы тяжести. И тогда «вступает в игру» новый фактор, препятствующий падению капли вниз,- сопротивление воздушной среды.

Пусть в некоторой точке пространства водяная капля радиусом R (пусть, например, R =10 мкм). В этот момент времени на каплю действует только сила тяжести Р

где ρ 0 - плотность воды, g - ускорение свободного падения (– объем капли). Под действием силы тяжести капля начинает падать вниз, ее скорость начинает расти. Одновременно возникает и начинает расти действующая на каплю сила сопротивления воздухаF . Она направлена противоположно силе тяжести и пропорциональна скорости капли u :

F = 6πη Ru , (7)

где η - коэффициент вязкости воздуха. (Вязкость , или, иначе, внутреннее трение - свойство газов и жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой; по этой причине, например, скорость газового или жидкого потока в трубе уменьшается при переходе от оси трубы к ее стенкам.) По мере возрастания силы сопротивления F уменьшается разность Р - F , поэтому скорость падающей капли нарастает все медленнее. Когда сила сопротивления воздуха сравняется по модулю с силой тяжести, дальнейшее увеличение скорости капли прекратится, и далее капля будет падать равномерно (ведь теперь равнодействующая сила, приложенная к капле, равна нулю: Р - F = 0) . Скорость равномерного движения капли u определяется из условия Р - F = 0 с учетом (6) и (7):

Равномерно падающая капля может быть остановлена и даже подброшена вверх восходящим потоком воздуха, если вертикальная скорость потока больше скорости падения капли.

Совсем не просто ответить на вопрос, почему облако не падает на землю. Здесь надо учитывать многое: тепловое движение молекул воздуха, сопротивление воздуха, испарение капель. Надо принимать во внимание также и ряд других факторов. Так, следует иметь в виду, что с увеличением радиуса капли сила сопротивления воздуха начинает играть все более существенную роль из-за того, что относительно большие капли (радиусом более 100 мкм) при своем падении вызывают турбулентные движения в воздушной среде. Надо учитывать также, что в процессе падения радиус капли вовсе не остается неизменным: наряду с испарением происходит дополнительная конденсация пара на поверхности капли, увеличивающая ее радиус. Возможно также слияние данной капли с другими каплями или, напротив, раздробление ее на несколько более мелких капель. Одним словом, микрофизика облака оказывается достаточно сложной.

Понятие «облачность» подразумевает количество наблюдаемых в одном месте облаков. Облаками, в свою очередь, называются атмосферные явления, сформированные взвесью водяного пара. Классификация облаков насчитывает множество их видов, разделяемых по размерам, форме, природе образования и высоте расположения.

В бытовой сфере для измерения облачности используются специальные термины. Развернутые шкалы измерения данного показателя применяются в метеорологии, морском деле и авиации.

Метеорологи используют десятибалльную шкалу облачности, которая иногда выражается в процентах покрытия обозримого небесного пространства (1 балл - 10% покрытия). Кроме того, высота образования облаков разделяется на верхний и нижний ярусы. Такая же система используется и в морском деле. Авиационные метеорологи используют систему из восьми октант (частей обозримого неба) с более подробным указанием высоты расположения облаков.

Для определения нижней границы облаков используется специальный прибор. Но острую необходимость в нём испытывают только авиационные метеостанции. В остальных случаях производится визуальная оценка высоты.

Типы облачности

Облачность играет важную роль в формировании погодных условий. Облачный покров предотвращает нагрев поверхности Земли, и продлевает процесс её охлаждения. Облачный покров существенно снижает суточные колебания температуры. В зависимости от количества облаков в определённое время выделяется несколько типов облачности:

«Ясно или малооблачно» соответствует облачности в 3 балла в нижнем (до 2 км) и среднем ярусе (2 - 6 км) или любое количество облаков в верхнем (выше 6 км).
«Меняющаяся или переменная» - 1-3/4-7 баллов в нижнем или среднем ярусе.
«С прояснениями» - до 7 баллов суммарной облачности нижнего и среднего яруса.
«Пасмурно, облачно» - 8-10 баллов в нижнем ярусе или не просвечивающиеся облака в среднем, а также с атмосферными осадками в виде дождя или снега.

Виды облаков

Всемирная классификация облаков выделяет множество видов, каждый из которых обладает своим латинским названием. В ней учитывается форма, происхождение, высота образования и ряд других факторов. Основу классификации составляют несколько видов облаков:

Перистые облака представляют собой тонкие нити белого цвета. Располагаются на высоте от 3 до 18 км в зависимости от широты. Состоят из падающих кристаллов льда, которым и обязаны своим внешним видом. Среди перистых на высоте свыше 7км облака подразделяются на перисто-кучевые, высоко-слоистые, которые обладают невысокой плотностью. Ниже на высоте около 5км располагаются высоко-кучевые облака.
Кучевые облака это плотные образования белого цвета и значительной высоты (иногда более достигает 5 км). Располагаются чаще всего в нижем ярусе с вертикальным развитием в средний. Кучевые облака на верхней границе среднего яруса зовутся высококучевыми.
Кучево-дождливые, ливневые и грозовые облака, как правило, располагаются невысоко над поверхностью Земли 500-2000 метров, характерны выпадением атмосферных осадков в виде дождя, снега.
Слоистые облака представляют собой слой взвеси небольшой плотности. Они пропускают свет солнца и луны и находятся на высоте между 30 и 400 метров.

Перистые, кучевые и слоистые типы смешиваясь, образуют другие виды: перисто-кучевые, слоисто-кучевые, перисто-слоистые. Кроме основных видов облаков и существуют и другие, менее распространённые: серебристые и перламутровые, лентикулярные и вымеобразные. А облака, образованные пожарами или вулканами называются пирокумулятивными.

По международной классификации различают 10 главных видов облаков разных ярусов.

> ОБЛАКА ВЕРХНЕГО ЯРУСА (h>6км)
Перистые облака (Cirrus, Ci) - это отдельные облака волокнистой структуры и белесоватого оттенка. Иногда они имеют очень правильное строение в виде параллельных нитей или полос, иногда же наоборот, нх волокна спутаны и разбросаны по небу отдельными пятнами. Перистые облака прозрачны, так как состоят из мельчайших ледяных кристалликов. Часто появление таких облаков предвещает изменение погоды. Со спутников перистые облака порой трудноразличимы.

Перисто-кучевые облака (Cirrocumulus, Cc) - слой облаков, тонких и просвечивающихся, как перистые, но состоящих из отдельных хлопьев или мелких шариков, а иногда как бы из параллельных волн. Эти облака обычно образуют, образно говоря, «кучевое» небо. Часто они появляются вместе с перистыми облаками. Бывают видны перед штормами.

Перисто-слоистые облака (Cirrostratus, Cs) - тонкий, просвечипающийсн беловатый или молочного оттенка покров, сквозь который отчетливо виден диск Солнца или Луны. Покров этот может быть однородным, как слой тумана, либо волокнистым. На перисто-слоистых облаках наблюдается характерное оптическое явление - гало (светлые круги вокруг Луны или Солнца, ложное Солнце и др.). Как и перистые, перистослоистые облака часто указывают на приближение ненастной погоды.

> ОБЛАКА СРЕДНЕГО ЯРУСА (h=2-6 км)
Они отличаются от сходных облачных форм нижнего яруса большой высотой, меньшей плотностью и большей вероятностью наличия ледяной фазы.
Высококучевые облака (Altocumulus, Ac) - слой белых или серых облаков, состоящих из гряд или отдельных «глыб», между которыми обычно просвечивается небо. Гряды и «глыбы», образующие «перистое» небо, сравнительно тонкие и располагаются правильными рядами или в шахматном порядке, реже - в безпорядке. «Перистое» небо обычно является признаком довольно плохой погоды.

Высокослоистые облака (Altostratus, As) - тонкая, реже плотная вуаль сероватого или синеватого оттенка, местами неоднородная или даже волокнистая в виде белых или серых клочьев по всему небу. Солнце или Луна просвечиваются сквозь нее в виде светлых пятен, порой довольно слабых. Эти облака верный признак небольшого дождя.

> ОБЛАКА НИЖНЕГО ЯРУСА (h По мнению многих ученых, слоисто-дождевые облака отнесены к нижнему ярусу нелогично, так как в этом ярусе находится только их основания, а вершны достигают высоты нескольких километров (уровни облаков среднего яруса). Эти высоты более характерны для облаков вертикального развития, и потому некоторые ученые относят их к облакам среднего яруса.

Слоисто-кучевые облака (Stratocumulus, Sc) - облачный слой, состоящий из гряд, валов или отдельных их элементов, крупных и плотных, серого цвета. Почти всегда имеются более темные участки.
Слово "кучевые" (от латинского "куча", "груда") обозначает скупченность, нагроможденность облаков. Эти облака редко приносят дождь, лишь иногда они превращаются в слоисто-дождевые, из которых выпадает дождь или снег.

Слоистые облака (Stratus, St) - довольно однородный, лишенный правильной структуры слой низких облаков серого цвета, очень похожий на туман, поднявшийся нал землей на сотню метров. Слоистые облака закрывают большие пространства, имеют вид рваных лоскутов. Зимой эти облака часто удерживаются весь день, осадки на землю из них обычно не выпадают, иногда бывает морось. Летом они быстро рассеиваются, после чего наступает хорошая погода.

Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns, Frnb) - это темно-серые тучи, порой угрожающего вида. Часто ниже их слоя появляются низкие темные обрывки разорванно-дождевых облаков - типичные предвестники дождя или снегопада.

> ОБЛАКА ВЕРТИКАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ

Кучевые облака (Cumulus, Cu) - плотные, резко очерченные, с плоским, сравнительно темным основанием и куполообразной белой, как бы клубящейся, вершиной, напоминающей цветную капусту. Они зарождаются в виде небольших белых обрывков, но вскоре у них формируется горизонтальное основание, и облако начинает незаметно подниматься. При небольшой влажности и слабом вертикальном восхождении воздушных масс кучевые облака предвещают ясную погоду. В противном случае они накапливаются и течение дня и могут вызвать грозу.

Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb) - мощные облачные массы с сильным развитием по вертикали (до высоты 14 километров), дающие обильные ливневые осадки с грозовыми явлениями. Развиваются из кучевых облаков, отличаясь от них верхней частью, состоящей из ледяных кристаллов. С этими облаками связан шквалистый ветер, сильные осадки, грозы, град. Период жизни этих облаков короткий - до четырёх часов. Основание облаков имеет тёмный цвет, а белая вершина уходит далеко наверх. В тёплое время года вершина может достигать тропопаузы, а в холодный сезон, когда конвекция подавлена, облака более плоские. Обычно облака не образуют сплошного покрова. При прохождении холодного фронта кучево-дождевые облака могут формировать вал. Солнце сквозь кучево-дождевые облака не просвечивает. Кучево-дождевые облака образуются при неустойчивости воздушной массы, когда происходит активное восходящее движение воздуха. Эти облака также часто образуются на холодном фронте, когда холодный воздух попадает на тёплую поверхность.

Каждый род облаков, в свою очередь, подразделяется на виды по особенностям формы и внутренней структуры, например, fibratus (волокнистые), uncinus (когтевидные), spissatus (плотные), castellanus (башенкообразные), floccus (хлопьевидные), stratiformis (слоистооб-разные), nebulosus (туманнообразные), lenticularis (чечевицеобразные), fractus (разорван-ные), humulus (плоские), mediocris (средние), congestus (мощные), calvus (лысые), capillatus (волосатые). Виды облаков, далее, имеют разновидности, например, vertebratus (хребтовидные), undulatus (волнистые), translucidus (просвечивающие), opacus (непросвечивающие) и др. Далее различаются дополнительные особенности облаков, такие, как incus (наковальня), mamma (вымеобразные), vigra (полосы падения), tuba (хобот) и др. И, наконец, отмечаются эволюционные особенности, указывающие на происхождение облаков, например, Cirrocumulogenitus, Altostratogenitus и т.д.

Наблюдая за облачностью, важно на глаз определить по десятибалышй шкале степень покрытия неба. Чистое небо - 0 баллов. Ясно, на небе нет облаков. Если покрыто облаками не более грети небесного свода 3 балла, малооблачно. Облачно с прояснением 4 балла. Это значит, что облака покрывают половину небесного свода, но временами их количество уменьшается до «ясно». Когда небо закрыто наполовину, облачность 5 баллов. Если говорят «небо с просветами», имеют в виду, что облачность не менее 5, но и не более 9 баллов. Пасмурно - небо полностью покрыто облаками единого голубого просвета. Облачность 10 баллов.

С поверхности Земли кажется, что все облака находятся примерно на одинаковой высоте. Однако между ними могут быть огромные расстояния, равные нескольким километрам. Но каковы самые высокие и самые низкие из них? В этом посте есть вся необходимая информация, чтобы стать экспертом по облакам!

10. Слоистые облака (средняя высота - 300-450 м)

Информация Википедии: Слоистые облака - это низкоуровневые облака, характеризующиеся горизонтальной слоистостью с однородным слоем, в отличие от кучевообразных , которые формируются восходящими тёплыми потоками.

Если более конкретно, то термин "слоистые" используется для описания плоских, туманообразных облаков нижнего яруса, цвет которых варьируется от тёмно-серого до почти белого.

9. Кучевые облака (средняя высота - 450-2000 м)

Информация Википедии: "Cumulus" в переводе с латыни означает "куча, груда". Кучевые облака часто описываются как "тучные", "хлопкоподобные" или "пушистые" по своему внешнему виду и имеют плоскую нижнюю границу.

Будучи облаками нижнего яруса, они обычно бывают менее 1000 метров в высоту, только если не являются более вертикальной формой кучевых облаков. Кучевые облака могут появляться сами по себе, линиями или в виде скоплений.

8. Слоисто-кучевые облака (средняя высота - 450-2000 м)

Информация Википедии: Слоисто-кучевые облака принадлежат к разновидности облаков, характеризующихся большими тёмными, округлыми массами, как правило, в виде групп, линий или волн, отдельные элементы которых больше, чем у высококучевых облаков, образуясь на более низкой высоте, обычно ниже 2400 метров.

Слабые конвективные потоки воздуха создают неглубокие слои облаков из-за находящегося выше них более сухого, неподвижного воздуха, предотвращающего их дальнейшее вертикальное развитие.

7. Кучево-дождевые облака (средняя высота - 450-2000 м)

Информация Википедии: Кучево-дождевые облака - это плотные возвышающиеся вертикальные облака, связанные с грозами и атмосферной неустойчивостью, образующиеся из водяного пара, переносимого мощными восходящими воздушными потоками.

Кучево-дождевые облака могут формироваться в одиночку, в виде скоплений или в виде вала со шквалом вдоль холодного фронта. Эти облака способны производить молнии и другие опасные суровые погодные условия, такие как торнадо.

6. Слоисто-дождевые облака (средняя высота - 900-3000 м)

Информация Википедии: Слоисто-дождевые облака обычно порождают выпадение осадков над огромной территорией. Они имеют рассеянную основу, обычно расположенную где-нибудь у близлежащей поверхности на нижних уровнях и на высоте около 3000 метров на средних уровнях.

Несмотря на то, что обычно слоисто-дождевые облака бывают тёмного цвета у основания, они часто подсвечиваются изнутри, если смотреть с поверхности Земли.

5. Высокослоистые облака (средняя высота - 2000-7000 м)

Информация Википедии: Высокослоистые облака - это разновидность облаков среднего яруса, принадлежащих слоеобразной физической категории, которая характеризуется, как правило, однородным слоем, цвет которого варьируется от серого до голубовато-зелёного.

Они светлее, чем слоисто-дождевые облака, и темнее, чем высокие перисто-слоистые. Через тонкие высокослоистые облака можно увидеть Солнце, однако более толстые могут иметь более плотную, непрозрачную структуру.

4. Высококучевые облака (средняя высота - 2000-7000 м)

Информация Википедии: Высококучевые облака - это разновидность облаков среднего яруса, которые принадлежат, преимущественно, стратокучевообразной физической категории, характеризующейся сферическими массами или грядами в слоях или пластинах, отдельные элементы которых больше и темнее, чем у перисто-кучевых облаков, и меньше. чем у слоисто-кучевых облаков.

Однако если слои становятся хлопьевидными из-за повышенной неустойчивости воздушной массы, то высококучевые облака становятся более кучевообразными по своей структуре.

3. Перистые облака (средняя высота - 5000-13.500 м)

Информация Википедии: Перистые облака - это разновидность атмосферного облака, обычно характеризующегося тонкими, нитеобразными волокнами.

Нити облака иногда образуются в пучки характерной формы, известной под общим названием "кобыльи хвосты". Перистые облака обычно имеют белый или светло-серый цвет.

2. Перисто-слоистые облака (средний уровень - 5000-13.500 м)

Информация Википедии: Перисто-слоистые облака - это разновидность тонких, белесоватых слоистых облаков, состоящих из ледяных кристаллов. Их трудно обнаружить, и они способны формировать гало, когда принимают форму тонкого перисто-слоистого туманообразного облака.

1. Перисто-кучевые облака (средняя высота - 5000-13.500 м)

Информация Википедии: Перисто-кучевые облака - это одна из трёх основных разновидностей тропосферных облаков верхнего яруса (два других - перистые и перисто-слоистые облака). Как и кучевообразные облака более низких ярусов, перисто-кучевые облака означают конвекцию.

В отличие от других высоких перистых и перисто-слоистых, перисто-кучевые состоят из небольшого количества прозрачных капель воды, хотя они и находятся в переохлаждённом состоянии.