Облака

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Облака́ — взвешенные в атмосфере продукты конденсации водяного пара, видимые на небе с поверхности Земли.

Облака состоят из мельчайших капель воды и/или кристаллов льда (называемых облачными элементами). Капельные облачные элементы наблюдаются при температуре воздуха в облаке выше −10 °C; от −10 до −15 °C облака имеют смешанный состав (капли и кристаллы), а при температуре в облаке ниже −15 °C — кристаллические.

При укрупнении облачных элементов и возрастании их скорости падения, они выпадают из облаков в виде осадков. 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.

Облака на закате
Виды облаков

Классификация облаков[править | править вики-текст]

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).

Классификация облаков по условиям образования[править | править вики-текст]

Тип Род
Конвективные облака Кучевые (Cumulus, Cu)
Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb)
Волнистые облака Перисто-кучевые (Cirrocumulus, Cc)
Высококучевые (Altocumulus, Ac)
Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc)
Облака восходящего скольжения Перистые (Cirrus, Ci)
Перисто-слоистые (Cirrostratus, Cs)
Высокослоистые (Altostratus, As)
Слоисто-дождевые (Nimbostratus, Ns)
Облака турбулентного перемешивания Слоистые (Stratus, St)

Конвективные облака[править | править вики-текст]

  1. Облака термической конвекции формируются за счёт неравномерного нагрева снизу и подъёма более тёплых воздушных масс.
  2. Облака динамической конвекции формируются за счёт вынужденного подъёма воздуха перед горами.

Волнистые облака[править | править вики-текст]

Волнистые облака образуются в антициклонах при инверсии, когда нижняя граница инверсии совпадает с уровнем конденсации. На границе между тёплым менее плотным (сверху) и холодным более плотным (снизу) воздухом при движении развиваются воздушные волны. На их гребнях поднимающийся воздух адиабатически охлаждается — образуются облака в виде валов и гряд. В ложбинах волн воздух опускается, адиабатически нагревается, удаляется от состояния насыщения — образуются просветы голубого неба.

Облака восходящего скольжения[править | править вики-текст]

Облака восходящего скольжения образуются при встрече тёплых и холодных воздушных масс. Они возникают в результате адиабатического охлаждения тёплого воздуха при его подъёме по холодному.

Облака турбулентного перемешивания[править | править вики-текст]

Облака турбулентного перемешивания — результат поднятия воздуха при усилении ветра, особенно, если в приземных слоях наблюдается туман, который постепенно переходит в слоистые облака.

Морфологическая классификация облаков[править | править вики-текст]

Семейства Род
Облака верхнего яруса (в средних широтах высота от 6 до 13 км) Перистые (Cirrus, Ci)
Перисто-кучевые (Cirrocumulus, Cc)
Перисто-слоистые (Cirrostratus, Cs)
Облака среднего яруса (в средних широтах высота от 2 до 6 км) Высококучевые (Altocumulus, Ac)
Высокослоистые (Altostratus, As)
Облака нижнего яруса (в средних широтах высота до 2 км) Слоисто-дождевые (Nimbostratus, Ns)[1]
Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc)
Слоистые (Stratus, St)
Облака вертикального развития (облака конвекции) Кучевые (Cumulus, Cu)
Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb)

Перистые (Cirrus, Ci)[править | править вики-текст]

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.

Перисто-кучевые (Cirrocumulus, Cc)[править | править вики-текст]

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 — 200—500 м. 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. На них отсутствует затенение, даже с той стороны, которая отвёрнута от солнца. Образуются при возникновении волновых и восходящих движений в верхней тропосфере и состоят из кристаллов льда. В перисто-кучевых облаках может наблюдаться гало и венцы вокруг солнца и луны. Осадки из них не выпадают.

Перисто-слоистые (Cirrostratus, Cs)[править | править вики-текст]

Гало образовавшееся на перистых облаках

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.

Высококучевые (Altocumulus, Ac)[править | править вики-текст]

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.

Высокослоистые (Altostratus, As)[править | править вики-текст]

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.

Высокослоистые просвечивающие (Altostratus translucidus, As trans)[править | править вики-текст]

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.

Слоисто-дождевые (Nimbostratus, Ns)[править | править вики-текст]

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.

Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc)[править | править вики-текст]

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.

Слоистые (Stratus, St)[править | править вики-текст]

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

Кучевые облака (Cumulus, Cu)[править | править вики-текст]

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.

Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb)[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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 XIX веке.

Движение облаков. Видео
Движение облаков. Видео

Перламутровые[править | править вики-текст]

Перламутровые облака образуются в небе на больших высотах (около 20-30 км) и состоящие, по-видимому, из кристалликов льда или переохлаждённых капель воды.

Вымеобразные[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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 2 до 15 км.

Пирокумулятивные[править | править вики-текст]

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.

Изучение[править | править вики-текст]

История[править | править вики-текст]

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:

  1. Облака из водяных частиц в жидком виде и
  2. Облака из мелких ледяных кристалликов.

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.[2]

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.[2]

Современные методы.[править | править вики-текст]

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.[3]

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.

Облака на других планетах[править | править вики-текст]

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.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. World Meteorological Organization. WMO cloud classifications (1995). Проверено 1 февраля 2012.
  2. 1 2 Облака // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона: В 86 томах (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
  3. Довгалюк Ю. А. и др. 50 лет отделу физики облаков ГГО // Вопросы физики облаков : Сборник избранных статей. — СПб.: Астерион, 2008.

Ссылки[править | править вики-текст]

ссылка на KML  Облака на Google Earth Google Maps  KMZ (файл меток KMZ для Google Earth)