Облака представляют собой результат конденсации водяного пара. Их можно увидеть как с поверхности Земли, так и из космоса. Отличаются по составу, высоте образования, размеру, форме и другим параметрам. Они играют важную роль в процессах перераспределения влаги на Земле.
Состав облаков
В зависимости от состава делятся на 3 группы:
- Водяные – полностью состоят из капель воды (выше -10 ℃). При минусовых температурах капли переохлаждаются.
- Ледяные или кристаллические – полностью состоят из ледяных кристаллов (ниже -15 ℃).
- Смешанные – смесь ледяных кристаллов и капель воды (от -10 до -15 ℃).
Капли воды и кристаллы называются облачными элементами. Размеры капель существенно колеблются. Их определяют при помощи метода микрофотографирования (создание фото с высоким увеличением).
Когда облако только начинает образовываться, диаметр капель в нем варьируется в пределах 5-50 мкм (1 мкм = 0,001 мм). На этапе развития облака капли становятся крупнее – от 50 до 200 мкм в диаметре. Они начинают понемногу падать, при этом в метеорологии говорят о мелком дожде – измороси. В дальнейшем капли могут преобразовываться в дождевые – диаметром от 500 до 5000 мкм.
Кристаллы имеют разную форму и размер в зависимости от влажности и температуры воздуха. Большинство называются полными и по форме напоминают шестигранную призму. Если высота такого кристалла по сравнению с основанием небольшая – это пластина. Кристаллы противоположной формы – это ледяные столбики. Также встречаются элементы сложной формы, иглообразные.
Таким образом, капли воды отличаются малым размером, но их плотность в составе облака равна нескольким сотням в 1 см³. Кристаллы, наоборот, более крупные, но отличаются меньшей плотностью – до 100 в 10 см³.
Еще одной важной характеристикой является водность – это количество воды, которое содержится в 1м³ облака. Средние показатели водности:
- облака с мелкими каплями – до 1 г/м³;
- кучевые – 2 г/м³;
- кучево-дождевые – 4-5 г/м³;
- кристаллические – до 0,02 г/м³;
- смешанные – 0,2-0,3 г/м³.
Как образуются облака?
Образование облака – сложный процесс, все этапы которого тесно связаны между собой. Облака могут формироваться на любой широте.
Образование облака
Облако возникает вследствие перехода водяного пара в жидкое либо твердое состояние – конденсации. Она происходит по двум причинам: снижение температуры и увеличение абсолютной влажности воздуха. Чаще всего присутствуют оба фактора одновременно.
Понижение температуры объясняется подъемом воздушных масс, а также их перемещением по горизонтали (адвекцией). Таким образом, теплый воздух оказывается над холодной поверхностью земли. Воздушные массы поднимаются вверх по нескольким причинам:
- конвекция;
- рельеф местности;
- циклоны;
- образование атмосферных фронтов.
Когда земная поверхность интенсивно нагревается за счет солнечных лучей, тепло передается воздуху. Возникает конвекция – нагретый воздух быстро поднимается вверх, а на высоте начинает охлаждаться. В нем содержится водяной пар. Существует понятие точки росы – это температура, при которой водяной пар достигает точки насыщения и начинает конденсироваться.
Высота, на которой запускается процесс преобразования пара в капли росы, является нижней границей образующегося облака или уровнем конденсации. При этом с поверхности земли продолжает поступать нагретый воздух. Он пересекает нижнюю границу, и конденсация осуществляется на более высоком уровне. Так облако становится больше в высоту. Его верхняя граница обычно выражена нечетко, она называется уровнем свободной конвекции.
Циклон представляет собой воздушную массу в виде атмосферного вихря. Воздушные массы закручиваются по направлению к центру вертикальной оси циклона. Из-за этого происходят перепады давления – потоки воздуха интенсивно поднимаются вверх. Они могут достигать верхних границ тропосферы и образуют большое количество слоистых, дождевых, кучевых облаков и их разновидностей. Такие облака всегда приносят с собой осадки.
Влияние атмосферных фронтов на облака
Атмосферный фронт образуется в результате сближения масс теплого и холодного воздуха. При этом облака могут появляться как над теплым, так и над холодным фронтом. Над теплым облакообразование происходит интенсивнее.
Во время столкновения воздушных масс теплые потоки двигаются вверх – по пологой линии отступления холодных потоков или по фронтальной поверхности. Поскольку воздух движется практически по горизонтали (с небольшим отклонением вверх), образуется облачность восходящего скольжения. Такие облака отличаются небольшой высотой и существенной протяженностью в горизонтальном направлении – вплоть до сотен километров.
Над холодным атмосферным фронтом образуются кучевые облака. Когда теплые воздушные массы скользят вверх, холодные двигаются прямо под ними.
Как облака парят по небу?
Облака отличаются меньшим весом по сравнению с воздухом. Они располагаются на разной высоте. Передвигаются по небу облака за счет движения воздушных масс, потоков ветра.
Где встречаются облака?
Каждой группе облаков свойственна определенная зона расположения, которая зависит от времени года. Так, весной и летом (в умеренных широтах) водяные облака занимают нижнюю часть тропосферы (нижний слой атмосферы, верхняя граница которого расположена на высоте 6-20 км). Смешанные облака занимают средний слой тропосферы, а кристаллические – верхний. При наступлении осени-зимы ледяные облака могут встречаться в нижней части тропосферы.
Также существует классификация облаков, согласно которой их разделяют на семейства и роды. Каждое семейство занимает свой ярус:
- Облака вертикального развития (конвекции).
- Нижний ярус – до 2 км.
- Средний ярус – от 2 до 6 км.
- Верхний ярус – от 6 до 13 км.
Виды облаков
Выделяют 10 основных родов или видов облаков, которые отличаются внешним видом, формой и другими параметрами.
Кучевые облака
Отличаются плотностью, ярко-белым оттенком. Развиты в вертикальном направлении. В верхней части имеют круглые очертания. Формируются, как правило, в нейтральных либо холодных воздушных массах. Толщина – 1-2 или 3-5 км.
Слоистые облака
По структуре напоминают туман за счет однородности, но занимают высоту 100-400 м. Чаще всего затягивают небо полностью, иногда наблюдаются разрывы. Средняя толщина – десятки, сотни метров.
Слоисто-кучевые облака
Отличаются серым оттенком и состоят, в основном, из воды. Могут быть представлены в виде сплошной массы либо волн, разделенных лучами солнца. Толщина – 200-800 м.
Высокослоистые облака
Внешне напоминают пелену серого цвета, иногда с синеватым оттенком. Могут иметь однородную или маловыраженную структуру. В составе преобладают кристаллы, охлажденные капли.
Высококучевые облака
Характерны для теплого времени года. Могут иметь белый, серый, синий оттенок. Принимают форму пластин, разорванных хлопьев, между которыми просвечивают лучи солнца. В высоту простираются на несколько сотен метров. Иногда превращаются в мощные кучевые.
Перистые облака
Многочисленные перистообразные элементы (нити, клочья, гряды), вытянутой формы. Отличаются волокнистой структурой и возможным наличием шелковистого блеска. Располагаются на большой высоте и состоят из кристаллов.
Преобладают кристаллы крупного размера, которые заметно падают вниз. Поэтому перистым облакам свойственна значительная вертикальная протяженность и неровное направление нитей.
Перисто-кучевые облака
Имеют шаровидную вытянутую форму, встречаются на высоте от 6 км. Характерной особенностью является отсутствие теней. Также возможно окрашивание краев в виде радуги. Сформированы из кристаллов.
Перисто-слоистые облака
Представлены в виде пелены белого оттенка с однородной структурой. Хорошо просвечиваются солнечными и лунными лучами. Могут быть туманообразными или волокнистыми.
Слоисто-дождевые облака
Цельный слой темно-серого оттенка. В толщину достигают нескольких километров. В период выпадения осадков кажутся однородными. В перерывах становятся неоднородными.
Кучево-дождевые облака
Отличаются плотностью, вертикальным развитием, обильными осадками с грозой, градом. Формируются из крупных кучевых облаков. Могут собираться в протяженную линию – линию шквалов.
Как различить в небе кучевые, высококучевые и перисто-кучевые облака?
Кучевое облако отличается ярко выраженной формой, крупными размерами. Его толщина обычно соответствует ширине или превышает ее. Высококучевые облака – маленькие и разбросаны по небу (чаще всего появляются весной и летом). Перисто-кучевые облака – тонкие, напоминают волну или рябь за счет многочисленных изгибов.
Редкие виды облаков
Если кучевые, перистые и прочие облака – обычное явление, то увидеть на небе нижеописанные разновидности можно считать удачей.
Утренняя глория
Низкорасположенные атмосферные волны, которые чаще всего наблюдаются в северной части Австралии (залив Карпентария). Специалисты до сих пор не могут определить точную причину образования таких облаков. Они простираются на сотни километров в длину, расположены на высоте 100-200 м.
Грозовой воротник
Другое название – валовое облако. Также это общее название для определенной разновидности кучево-дождевых облаков, напоминающих по форме длинный вал. Зачастую грозовой воротник образуется на границе атмосферных фронтов на высоте от 100 до 2000 м. Приносит с собой шквалы, ливни, грозы, перепады давления возле поверхности земли. Утренняя глория считается наиболее редкой разновидностью грозовых воротников.
Эффект Fallstreak
Когда в сплошном слое высококучевых или перисто-кучевых облаков появляется разрыв, речь идет об эффекте Fallstreak. Большие дыры появляются в результате падающих ледяных кристаллов. Они образуются в верхних ярусах или даже в выхлопных газах пролетающего самолета.
При соблюдении нескольких условий (температура воздуха, влажность, переохлажденные капли воды) кристаллы в процессе падения поглощают воду и увеличиваются в размерах. Вода в облаке испаряется и образуется разрыв.
Лентикулярные облака
Лентикулярные (линзовидные) облака перемещаются по небу в зависимости от силы ветра. Они возникают между двумя воздушными слоями либо на гребне воздушных волн. Устойчивость связана с тем, что процессы конденсации и испарения происходят непрерывно в волновых потоках. Часто расположены рядом с горными хребтами на высоте 2-15 км.
Облака Кэльвина Хельмхольца
Напоминают морские волны и формируются, когда два воздушных слоя движутся с разной скоростью. При этом верхний слой перемещается быстрее, нижний – медленнее. Чаще встречаются при сильном ветре и меняющейся плотности воздуха.
Грибовидное облако
Облако грибовидной формы образуется не только в результате ядерного либо термоядерного взрывов. Оно может сформироваться впоследствии обыкновенного взрыва при условии отсутствия различных помех (например, ветра). Сюда же относятся взрывы, вызванные падением метеорита, извержением вулкана.
Серебристые облака
У данного редкого явления есть несколько названий. Среди них – ночные светящиеся облака. Дело в том, что рассмотреть их можно только при условии глубоких сумерек или в ходе солнечного затмения. Эти облака расположены достаточно высоко – в среднем на высоте 82 км. Их исследование проводилось не только с Земли, но и при помощи ракетных зондов.
Облака-медузы
Облака получили такое название за счет сходства по форме с медузами. Они образуются в местах столкновения влажного (от течения Гольфстрим) и сухого (атмосферного) воздуха. Нижняя часть, напоминающая щупальца, формируется из-за выпадающих, но мгновенно испаряющихся капель.
Вымеобразные облака
Облака с характерной сумчатой структурой. Каждая ячейка имеет размер около 500 метров. Считаются очень редкими (встречаются пару раз на 10 лет) и образуются в связи с тропическими циклонами.
Перламутровые облака
Формируются на высоте приблизительно от 20 до 30 км. Очень редкие, но их невозможно спутать с другими видами облаков благодаря специфическому цвету. Формируются в зимне-весенний период и видимы только перед восходом либо после заката солнца.
Почему облака белые?
Облака отличаются белым цветом из-за большого содержания в них облачных элементов – капель и кристаллов. Они отражают солнечные лучи. Чем меньше размер данных элементов, тем белее выглядит облако.
Чем отличается облако от тучи?
В терминологии понятие «туча» отсутствует. Это такое же облако, но более крупного размера и темного цвета. В отличие от белого облака туча содержит большое количество влаги из-за высокой плотности водяных капель и приносит осадки.
Почему облака белые, а тучи серые?
Тучи приобретают серые и даже черные цвета, если смотреть на них с земли, поскольку характеризуются высокой плотностью. Они отбрасывают тень друг на друга, а также слабо пропускают солнечный свет.
Что такое конденсационный след от самолета?
Конденсационный след – это техногенное или искусственное облако. Оно возникает в результате конденсации атмосферной влаги, смешанной с водяным паром отработанных газов, которые выделяются двигателями самолета. Со временем след исчезает – его составляющие испаряются.
Как определить погоду по облакам?
Облака не дают полной информации о ближайших погодных условиях, но некоторые из них все же могут предвещать определенные метеорологические явления:
- Кучевые – как правило, хорошая погода без осадков.
- Кучево-дождевые (более плотные) – расположенные низко над землей, могут предвещать дождь.
- Перистые – постепенно опускающиеся ниже к поверхности земли, могут указывать на осадки в ближайшие 12 часов.
- Слоистые – редко приносят осадки из-за небольшой толщины.
Плотные темные тучи предвещают осадки. При этом черный цвет свидетельствует об отсутствии сильного ветра, коричневатый означает возможность сильного ветра, а серый может указывать на затяжной дождь.
Процессы осадкообразования
Осадки образуются преимущественно в тропосфере, так как здесь больше всего водяного пара. Рядом с земной поверхностью формируется туман как результат скопления продуктов конденсации.
Осадки образовываются только в тех облаках, которые состоят из крупных облачных частиц (0,1-7 мм). Они становятся тяжелыми, не могут удерживаться в облаке и выпадают в виде осадков. Атмосферные осадки бывают выпадающими из облаков либо осаждающимися на поверхность из воздуха.
Выпадающие осадки:
- обложные – монотонные, длительные;
- моросящие – неинтенсивные, монотонные;
- ливневые – характеризуются резкими колебаниями.
Осадки, образующиеся на поверхности:
- роса;
- иней;
- гололед (образуется на любых поверхностях из-за намерзания частиц осадков);
- гололедица (образуется только на поверхности земли).
Неклассифицированные осадки:
- ледяные иглы;
- золяция (редкое явление в виде крупных водяных пузырей, возникающих во время грозы).
Методы воздействия на облака
Современной наукой открыты некоторые способы воздействия на облака. В частности – рассеивание переохлажденных облаков, тумана, влияние на облака, несущие за собой град. При этом меняется микроструктура облаков, а также их фазовое состояние искусственным путем.
Например, чтобы рассеять переохлажденное облако, в него с самолета вносят хладореагенты либо иодистые частицы льдообразующих веществ. Данные вещества способствуют формированию большого количества кристаллов – плотность водяных капель снижается и облако рассеивается. Для воздействия на туман используют наземные установки аналогичного характера.
Также возможно искусственное вызывание осадков, например, при лесных пожарах. Для этого с помощью воздушного судна в облако вводят реагенты – йодистое серебро, либо специальные пиротехнические составы.
