Лёгкие, пушистые и воздушные облака – они ежедневно проплывают над нашими головами и заставляют поднимать вверх голову и любоваться причудливыми формами и оригинальными фигурами. Иногда сквозь них пробивается удивительного вида радуга, а бывает – утром или вечером во время заката или восхода Солнца облака озаряют солнечные лучи, придавая им невероятный, зачаровывающий дух оттенок. Ученые уже давно исследуют воздушные облака и другие виды облаков. Они дали ответы на вопросы, что это за явление и какие бывают облака.

На самом деле, не так уж и просто дать объяснение. Потому что состоят они из обыкновенных капелек воды, которые с поверхности Земли поднял вверх тёплый воздух. Самое большое количество водяных паров образуется над океанами (за один год вода здесь испаряется не менее 400 тыс. км. куб.), на суше – в четыре раза меньше.

А так как в верхних слоях атмосферы значительно холоднее, чем внизу, воздух там довольно быстро остывает, пар конденсируется, образуя малюсенькие частички из воды и льда, вследствие чего появляются белые облака. Вполне можно утверждать, что каждое облако является своеобразным генератором влаги, через который проходит вода.

Вода в облаке находится в газообразном, жидком и твердом состоянии. Вода в облаке и наличие в них ледяных частичек, влияют на внешний вид облаков, его формирование, а также на характер осадков. Именно от типа облака и зависит вода в облаке, например, у ливневых облаков наблюдается наибольшее количество воды, а у слоисто-дождевых этот показатель в 3 раза меньше. Вода в облаке характеризуется также тем количеством, которое запасено в них - водозапас облака (вода или лед, который содержится в столбе облака).

Но всё не так просто, поскольку для того, чтобы образовалось облако, капельки нуждаются в конденсационных зёрнах – мельчайших частицах пыли, дыма или соли (если речь идёт о море), к которым они должны прилипнуть и вокруг которых должны образоваться. Это значит, что даже если состав воздуха будет полностью перенасыщенный водяным паром, без пыли он не сможет превратится в облако.

Какую именно форму примут капли (вода), прежде всего зависит от температурных показателей в верхних слоях атмосферы:

• если температура воздуха атмосферы превышает -10°С, белые облака будут состоять из водяных капель;
• если температурные показатели атмосферы станут колебаться между -10°С и -15°С, то состав облаков будет смешанным (капельные + кристаллические);
• если температура в атмосфере ниже -15°С, белые облака будут содержать в себе ледяные кристаллики.

После соответствующих преобразований получится, что в 1 см3 облака содержится около 200 капель, при этом их радиус будет составлять от 1 до 50 мкм (средние показатели – от 1 до 10 мкм).

Классификация облаков

Каждый наверняка задавался вопросом, какие бывают облака? Обычно образование облаков происходит в тропосфере, верхняя граница которой в полярных широтах находится на расстоянии в 10 км, в умеренных – 12 км, в тропических – 18 км. Нередко можно наблюдать и другие виды. Например, перламутровые обычно расположены на высоте от 20 до 25 км, а серебристые – от 70 до 80 км.

В основном мы имеем возможность наблюдать за тропосферными облаками, которые подразделяются на такие виды облаков: верхнего, среднего и нижнего ярусов, а также вертикального развития. Практически все они (кроме последнего типа) появляются тогда, когда влажный тёплый воздух поднимается наверх.

Если воздушные массы тропосферы находятся в спокойном состоянии, образуются перистые, слоистые облака (перисто-слоистые, высокослоистые и слоисто-дождевые) и если воздух в тропосфере движется волнообразно, появляются кучевые облака (перисто-кучевые, высококучевые и слоисто-кучевые).

Облака верхнего яруса

Речь идёт о перистых, перисто-кучевых и перисто-слоистых облаках. Небо облака внешне напоминает перья, волны или вуаль. Все они полупрозрачные и более-менее свободно пропускают солнечные лучи. Они могут быть как чрезвычайно тонкими, так и довольно плотными (перисто-слоистые), значит, свету пробиваться через них тяжелее. Погода облаков сигнализирует о приближении теплового фронта.

Перистые облака также могут возникать выше облаков. Они располагаются полосами, которые пересекают небесный свод. В атмосфере они располагаются выше облаков. Как правило, осадкой из них не выпадает.

В средних широтах расположены белые облака верхнего яруса обычно на высоте от 6 до 13 км, в тропических – значительно выше (18 км). При этом толщина облаков может составлять от несколько сотен метров до сотен километров, которые могут располагаться выше облаков.

Движение облаков верхнего яруса по небосводу прежде всего зависит от скорости ветра, поэтому может варьироваться от 10 до 200 км/ч. Небо облака состоит из мелких ледяных кристалликов, но погода облаков осадков практических не дает (а если и дает, то измерить их на данный момент нет никакой возможности).

Облака среднего яруса (от 2 до 6 км)

Это кучевые облака и слоистые облака. В умеренных и полярных широтах они находятся на расстоянии от 2 до 7 км над Землёй, в тропических могут подниматься немного выше – до 8 км. Все они имеют смешанную структуру и состоят из водяных капелек, смешанных с ледяными кристаллами. Поскольку высота небольшая, в тёплое время года в основном состоят из водяных, в холодное – из ледяных капелек. Правда, осадки из них до поверхности нашей планеты не доходят – испаряются в дороге.

Кучевые облака немного прозрачные и располагаются выше облаков. Цвет облаков белого или серого оттенков, местами затемнённые, имеющие вид слоёв или параллельных рядов из округлых масс, валов или огромных хлопьев. Туманные или волнистые слоистые облака представляют собой пелену, которая постепенно закрывает небеса.

Образуются в основном тогда, когда холодный фронт вытесняет наверх тёплый. И, хотя осадки до земли не долетают, появление облаков среднего яруса почти всегда (кроме, может, башенковидных) сигнализирует о перемене погоды в худшую сторону (например, к грозе или к снегопадам). Происходит это из-за того, что сам по себе холодный воздух намного тяжелее тёплого и двигаясь вдоль поверхности нашей планеты, он очень быстро вытесняет нагретые воздушные массы наверх – поэтому из-за этого при резком вертикальном подъёме тёплого воздуха образуются сначала белые облака среднего яруса, а затем и дождевые облака, небо облака которого несет громы и молнии.

Облака нижнего яруса (до 2 км)

Слоистые облака, дождевые облака и кучевые облака содержат капельки воды, которые в холодное время года замерзают и превращаются в частицы снега и льда. Расположены они довольно невысоко – на расстоянии от 0,05 до 2 км и являют собой плотный, однородный низко нависающий покров, редко размещаются выше облаков (других видов). Цвет облаков серый. Слоистые облака похожи на большие валы. Погода облаков часто сопровождается осадками (мелкий дождь, снег, туман).

Облака вертикального развития (конвенции)

Кучевые облака сами по себе довольно плотные. По форме немного напоминают купола или башни с округлыми очертаниями. Кучевые облака при порывистом ветре могут становиться разорванными. Находятся они на расстоянии 800 метров от земной поверхности и выше, толщина составляет от 1 до 5 км. Некоторые из них способны преобразоваться в кучево-дождевые облака и располагаться выше облаков.

Кучево-дождевые облака могут находиться на довольно большой высоте (до 14 км). Нижние их уровни содержат воду, верхние – ледяные кристаллики. Их появление всегда сопровождается ливнями, грозами, в отдельных случаях – градом.

Кучевые и кучево-дождевые, в отличии от других облаков образуются только при очень быстром вертикальном подъеме влажного воздуха:

1. Влажный тёплый воздух чрезвычайно интенсивно поднимается вверх.
2. Наверху капельки воды замерзают, верхняя часть облака тяжелеет, опускается и вытягивается по направлению к ветру.
3. Через четверть часа начинается гроза.

Облака верхних слоёв атмосферы

Иногда в небе можно наблюдать за облаками, которые находятся в верхних слоях атмосферы. Например, на высоте от 20 до 30 км образуются перламутровые небесные облака, которые состоят в основном из ледяных кристаллов. А перед заходом или восходом Солнца нередко можно увидеть серебристые тучки, которые находятся в верхних слоях атмосферы, на расстоянии около 80 км (интересно, что эти небесные облака открыли только в 19 веке).

Облака этой категории могут размещаться выше облаков. Например, облако-шапка — это небольшое, горизонтальное и высоко-слоистое облако, которое зачастую располагается выше облаков, а именно выше кучево-дождевых и кучевых. Данный вид облака может образовываться выше облака из пепла или огненного облака в период извержения вулканов.

Сколько живут облака

Жизнь облаков напрямую зависит от влажности воздуха в атмосфере. Если её мало, они довольно быстро испаряются (например, есть белые облака, которые живут не более 10-15 минут). Если много – могут продержаться довольно длительное время, дождаться образования определённых условий, и выпасть на Землю в виде осадков.

Сколько бы не жило облако, оно никогда не находится в неизменном состоянии. Частицы, из которых оно состоит, постоянно испаряются и появляются снова. Если даже внешне облако не изменяет своей высоты, на самом деле оно находится в постоянном движении, поскольку находящиеся в нём капли опускаются, переходят в воздух под облаком и испаряются.

Облако в домашних условиях

Белые облака довольно нетрудно сделать в домашних условиях. Например, один нидерландский художник научился создавать его в квартире. Для этого он при определённой температуре, уровне влажности и освещения из дымовой машины выпустил немного пара. Облако, которое получается в состоянии продержаться несколько минут, чего будет вполне достаточно, чтобы сфотографировать удивительное явление.

В этой статье перечислены и описаны все типы облаков.

Типы облаков

Облака верхнего яруса формируются в умеренных широтах выше 5 км, в полярных – выше 3 км, в тропических – выше 6 км. Температура на этой высоте довольно низкая, поэтому они состоят в основном из кристаллов льда. Облака верхнего яруса обычно тонкие и белые. Наиболее распространённой формой облаков верхнего яруса являются cirrus (перистые) and cirrostratus (перисто-слоистые), которые можно наблюдать обычно при хорошей погоде.

Облака среднего яруса обычно располагаются на высоте 2-7 км в умеренных широтах, 2-4 км – в полярных и 2-8 км – в тропических. Состоят они в основном из мелких частиц воды, но при низкой температуре могут содержать и кристаллики льда. Наиболее распространённым видом облаков среднего яруса являются altocumulus (высоко-кучевые), altostratus (высоко-слоистые). Они могут иметь затененные части, что отличает их от перисто-кучевых облаков. Этот вид облаков обычно возникает в результате конвекции воздуха, а также из-за постепенного восхождения воздуха впереди холодного фронта.

Облака нижнего яруса располагаются на высотах ниже 2 км, где температура достаточно высока, поэтому состоят в основном из капель воды. Лишь в холодное время года. Когда температура у поверхности низкая, они содержат частицы льда (град) или снега. Наиболее распространённым типом облаков нижнего яруса являются nimbostratus (слоисто-дождевые) и stratocumulus (слоисто-кучевые) – темные облака нижнего яруса, сопровождаемые умеренными осадками.

Рис1. Основные виды облаков: Перистые (Cirrus, Ci), Перисто-кучевые (Cirrocumulus, Cc), Перисто-слоистые (Cirrostratus, Cs), Высоко-кучевые (Altocumulus, Ac) , Высоко-слоистые(Altostratus, As) , Высоко-слоистые просвечивающие (Altostratus translucidus, As trans) , Слоисто-дождевые (Nimbostratus, Ns), Слоистые (Stratus, St) , Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc), Кучевые облака (Cumulus, Cu), Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb)

Перистые (Cirrus, Ci)

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, 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. 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)

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 - 5509-10000 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.

Перисто-слоистые (Cirrostratus, Cs)

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 счет 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 теплого фронта, что означает увеличение образования кристаллов льда. Вследствие этого гало постепенно исчезает, и солнце (или луна) становятся менее заметными.

Высоко-кучевые (Altocumulus, Ac)

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.

Высоко-слоистые (Altostratus, As)

Высоко-слоистые облака

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 (Altostratus translucidus, As trans)

Высоко-слоистые облака на закате

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)

Слоисто-дождевые облака и сильные воздушные течения.

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 - 0,1-1 км, толщина - до нескольких километров.

Слоистые (Stratus, St)

Слоистые облака.

Слоистые облака образуют однородный слой, сходный с туманом, но расположенном на высоте в сотни или даже десятки метров. 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.

Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc)

Серые облака, состоящие из крупных гряд, волн, пластин, разделенных просветами или сливающимися в сплошной серый волнистый покров. Состоят преимущественно из капель воды. 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 (Cumulus, Cu)

Кучевые облака. Вид сверху.

Кучевые облака - плотные, днём ярко-белые облака со значительным вертикальным развитием (до 5;км и более). Верхние части кучевых облаков имеют вид куполов или башен с округлыми очертаниями. Обычно кучевые облака возникают как облака конвекции в холодных воздушных массах.

Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb)

Кучево-дождевые облака (Cumulonimbus capillatus incus)

Кучево-дождевые - мощные и плотные облака с сильным вертикальным развитием (до высоты 14 км), дающие обильные ливневые осадки с мощным градом и грозовыми явлениями. Кучево-дождевые облака/тучи 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.

То в виде сплошной пелены затягивают небесный свод, то представляются в виде обособленных облачных масс, иногда очень мощно развивающихся в высоту, то имеют сравнительно нежную струк­туру, то в виде полосок или перьев волокнистого строения, то в виде белых небольших барашков, или чешуек и т. п. Густота облаков в значительной сте­пени зависит от их высоты. Наиболее густые и мощные облака плавают обычно на небольшой высоте — ниже двух километров. Чем выше плавают облака, тем тоньше и прозрачнее становится их строение. Все облака, кото­рые наблюдаем мы на небе, обычно плавают в слое от поверхности до высоты 10-12 километров.

Наше представление о погоде обычно бывает тесно связано с картиной небесного свода, т. е. с формами и количеством облаков, наблюдающихся на небе.

Облака нижнего яруса

Туман

Когда процесс конденсации водяных паров происходит в самых нижних слоях , образующееся облако располагается около поверх­ности земли. Оно непосредственно окружает нас и представляется нам в виде тумана. Вообще, всякое облако, если находиться внутри его, например, на горе или при полете на самолете — представляется наблюдателю в виде тумана.

Слоистые облака

Всем известна картина облаков в хмурую серую погоду, когда небо затянуто сплошной совершенно однородной серой облачной пеленой, сравнительно невысоко расположенной над землей. Она производит впечатление приподнятого тумана. обычно совершенно не просвечивает через эту пелену. Иногда из нее выпадает слабый моросящий дождь в виде мелкой водя­ной пыли, зимою же иногда мельчайшие редкие снежинки. Это так называе­мые слоистые облака (международное название Stratus или сокращено St). По существу, эти облака и представляют собою туман, приподнятый над поверх­ностью земли. Плавают они обычно не высоко - на высоте иногда ста или нескольких сот метров, обычно не выше километра.

В некоторых случаях слоистые облака бывают разорванными на отдель­ные клочья с рваными краями. Тогда они носят название разорванно-слоистых облаков (международное название Fracto-Stratus или сокращенно — FrSt).

Слоисто-дождевые облака

Вспомним другую картину неба. Ненастная по­года. Идет дождь, но не такой, который в виде ливня разразится быстро, быстро же и пройдет, а дождь (зимою снег), который, как говорится, «зарядил надолго» и на большом пространстве (его называют обложным дождем). Может случиться, что дождя еще и нет, но самый вид облаков заставляет скоро его ожидать. Облака имеют вид низкого темно-серого слоя, почти однообразного, так что лишь в отдельных местах этот слой кажется более темным, в других же местах немного светлее. Эти типичные облака ненастной погоды носят название слоисто-дождевых или в просторечии дождевых (международное на­звание Nimbo-Stratus или сокращенно NbSt).

Слоисто-кучевые облака

С последней формой облаков не надо смешивать сло­исто-кучевые облака (международное название Strato-Cumulus, сокр. StCu), ко­торые представляются в виде тянущихся темных облачных валов или шарообраз­ных масс, придающих небу волнистый вид. Обычно покров слоисто-кучевых облаков бывает не сплошной, а с просветами между отдельными валами. Эти облака обычно не сопровождаются осадками. Чаще всего встречаются они в зимнее время года, хотя бывают и летом. По своей форме они являются как бы переходными от описанных выше слоистых облаков к кучевым, на ко­торых мы и остановимся.

Кучевые облака

Рассмотрим теперь форму облаков, обычную для хорошего летнего дня. С утра небо совершенно чисто; но вот около 8-10 часов начи­нают появляться на небе в отдельных местах легкие, белые облака. Они быстро растут как в стороны, так, главным, образом, кверху. Основание их почти го­ризонтально, вершины же имеют куполообразный вид с отдельными, обычно резко очерченными выпуклостями наверху. Освещенные солнцем, они кажутся наблюдателю ослепительной белизны. Если же находятся между наблюдателем и солнцем, кажутся темными в средней части.

Эти облака растут в течение дня, к вечеру же обычно начинают таять и постепенно исчезают. Они носят название кучевых (международное название Cumulus, сокращенно Cu).

Грозовые облака

Иногда облака, имеющие вначале вид кучевых обла­ков, растут настолько интенсивно, что достигают огромных размеров (часто до нескольких километров), принимают вид гор или громадных башен. Самая вершина облака часто вместо формы выпуклостей начинает принимать волокнистое строение, причем иногда имеет вид похожий на наковальню. Такие облака обычно несут с собою грозы, ливни и град, а зимою обильные снегопады. Они носят название кучево-дождевых обла­ков (международное, название Cumulo-Nimbus, сокращенно CuNb); когда они сопровождаются грозами, то в просторечии обычно называются грозовыми.

Рассмотренные нами пять форм облаков — слоистые, слоисто-дождевые, слоисто-кучевые, кучевые и кучево-дождевые носят название «облаков нижнего яруса». Они плавают сравнительно невысоко над поверхностью земли, так что их основание бывает не выше 2000 метров. Для слоистых облаков предельный уровень нижнего основания меньше примерно в два раза (обычно они плавают не выше 1000 метров). Облака нижнего яруса от других форм облаков (среднего и верхнего ярусов), описанных ниже, отличаются своей густотой и мощностью, заметно затеняя солнце. Кроме того, плавая на сравнительно небольшой высоте, они создают нередко известное затруднение при полетах. Полет в кучево-дождевых облаках затрудняется еще тем, что эти облака нередко сопровож­даются вихрями и вообще неспокойными движениями воздуха.

Облака среднего яруса

Обратимся теперь к рассмотрению облаков более высоких, к так назы­ваемым облакам «среднего яруса».

Высокослоистые облака

Сплошной облачный покров неба в виде сероватой или голубоватой пелены может располагаться и значительно выше 1000 метров, т. е. выше того предельного уровня, на котором плавают обычные слоистые облака. Эта пелена обычно бывает настолько прозрачной, что позволяет раз­личать солнце или луну в виде более или менее размытого пятна. Такой облач­ный покров носит название высокослоистых облаков (международное название Alto-Stratus, сокращенно AlSt). Высокослоистые облака, становясь более плотными, могут постепенно переходить в слоисто-дождевые облака, имеющие более темный цвет, закрывающие совершенно солнце или луну. Из слоя высо­кослоистых облаков иногда выпадают обложной дождь или снег.

Высококучевые облака

Эти облака имеют международное название - Aito-Cumuius, сокра­щенно A-Cu. По внешнему виду они соответствуют кучевым облакам ниж­него яруса, хотя отличаются от них значительно меньшей мощностью, более нежным строением и плавают гораздо выше. Для наблюдателя высококучевые облака представляются в виде барашков, иногда в виде маленьких хлопьев снега, или небольших закругленных хлопьев ваты, часто приближающихся к шаро­образной форме, с довольно отчетливо выраженными краями, или в виде чешуек. Толщина их настолько незначительна, что они почти не затеняют солнца, бла­годаря чему кажутся на небе равномерно белого цвета без теней. Эти барашки, хлопья или чешуйки обычно располагаются на небе связанными группами или рядами. Иногда они представляются в виде параллельных полос или волн, ка­жущихся, (вследствие «перспективы»), сходящимися между собою у гори­зонта. Высококучевые облака также относятся к облакам так называемого «сред­него» яруса. Они плавают обычно на высоте между 2000 и 6000 метров.

Облака верхнего яруса

К наиболее высоким формам облаков или облакам верхнего яруса отно­сятся три формы: перисто-кучевые, перисто-слоистые и перистые.

Перисто-кучевые облака

Эти облака имеют международное название Cirro-Cumulus, сокра­щенно CiCu. Они в переходных формах иногда напоминают собою в миниатюре высоко кучевые облака, с которыми их можно спутать. Наблюдателю перисто-кучевые облака представляются очень маленькими белыми хлопьями или миниатюрными комочками снега, располагающимися правильными группами или рядами, или же в виде ряби на песке. Иногда они образуются из описан­ных ниже перисто-слоистых или перистых облаков, и имеют волокнистое строение. Они настолько нежного строения, что на нижней своей стороне не дают совершенно тени.

Перисто-слоистые облака

Аналогично слоистым облакам в нижнем ярусе и высокослоистым в среднем, в верхнем ярусе наблюдается также облачная форма в виде сплошной однородной пелены, так называемые перисто-слоистые облака (международное название Cirro-Stratus или сокращенно CiSt). Эти облака затягивают небо сплошной беловатой вуалью, совершенно размытой и придаю­щей небу белесоватый оттенок. Сквозь эту вуаль солнце и бывают видны настолько ясно, что края их дисков имеют совершенно отчетливые очертания и не размыты. Характерным признаком перисто-слоистых облаков служит по­явление на небе кругов около солнца или луны.

Перистые облака

Иногда на небе на большой высоте наблюдаются очень нежные отдельные облака волокнистого или нитевидного строения. Они бы­вают самой разнообразной формы, то в виде перьев, или конских хвостов, то в виде тонких хлопьев ваты с волокнистым строением, то в виде нитей или легких, прозрачных мазков белой краской по голубому небу. Иногда отдель­ные облачка бывают разбросаны беспорядочно по небу, иногда же они при­чудливо перепутываются между собою или располагаются в виде параллельных полос, пересекающих все небо или часть его, причем, вследствие перспективы, такие полосы кажутся сходящимися между собою. Такие облака носят назва­ние перистых (международное название Cirrus или сокращенно Ci).

Перистые облака являются наиболее высокими из облаков верхнего яруса.

Вообще же облака верхнего яруса обычно располагаются на уровнях выше 6.000 метров.

В наших широтах верхняя граница того слоя воздуха, где образуются самые высокие «перистые» облака, простирается примерно до 11-12 километ­ров. Реже они наблюдаются несколько выше.

Самые высокие облака

Слой атмосферы от поверхности земли до высоты около 11 километров (в наших широтах) называющийся «тропосферой» характеризуется тем, что в нем понижается с ростом высоты. В вышележащем слое, носящем название «стратосферы» падение температуры с высотою прекращается. Таким образом все наблюдающиеся на небе облака плавают в тропосфере. В более высоких слоях атмосферы облаков обычного типа вообще не наблюдается.

Серебристые облака

Однако, в редких случаях, иногда на громадных высо­тах появляются слабо светящиеся, так называемые «серебристые облака», проис­хождение которых во многом еще загадочно. Они наблюдаются на небе после захода солнца, когда лучи его продолжают еще косо освещать верхние слои атмосферы, в которых плавают эти облака, почему они и кажутся светящи­мися на темном фоне небосвода после заката солнца.

Обнаружены эти облака были в 1885 г. вскоре после громадного извер­жения вулкана Кракатау (между остр. Явой и Суматрой) в 1883 г. Они пла­вали на исключительно большой высоте: около 70-80 километров. Некоторые ученые высказывали мысль, что эти облака представляют собою заброшенные на громадную высоту продукты извержения вулкана, состоящие преимущественно из ледяных кристаллов, образовавшихся из водяных паров, выброшенных при извержении. Отражая солнечные лучи, они и кажутся нам светящимися. Однако в последнее столетие (начиная с 1926 г.) серебристые облака стали вновь наблю­даться на небе, но уже на значительно меньшей высоте, а именно около 28 километров.

Наблюдения за появлением серебристых облаков важны в том отношении, что может быть они помогут разрешить пока загадочный вопрос о причинах их происхождения.

1. Классификация облаков.

2. Микрофизика облаков.

3. Световые явления в облаках.

4. Электричество облаков и осадков.

5. Суточный и годовой ход облачности.

1. Классификация облаков

Облака – одно из интереснейших явлений природы. В том сложном комплексе элементов и явлений, который объединяется понятием погода, облакам принадлежит определяющая роль. Они изменяют тепловой и радиационный режим атмосферы и тем самым оказывают большое влияние на многие стороны деятельности человека. Прежде всего – на сельское производство, лесное хозяйство, различные виды транспорта (особенно на авиацию). До сих пор облака и туманы существенно влияют на взлет, посадку и полет самолета. Полет самолета в облаках сопровождается:

сильным ухудшением видимости;

возникновением оледенения;

«болтанкой» (следствие развитой турбулентности).

Облако – видимая совокупность взвешенных капель воды или кристаллов льда, находящихся на некоторой высоте над земной поверхностью.

Облако – туман в высоте (В.И. Даль).

С точки зрения микрофизического строения принципиальной разницы между облаками и туманами нет. Но они существенно отличаются по условиям образования вертикальной мощности, водности и других параметров.

Облака – системы взвешенных в атмосфере (не у самой земной поверхности) продуктов сгущения (конденсации) водяного пара – капель воды, кристаллов льда, тех и других вместе. Они носят название облачных элементов (Метеорологический словарь, 1974).

Облака возникают в результате конденсации водяного пара в атмосфере. Они образуются либо вследствие общего увеличения влагосодержания в атмосфере, либо под влиянием понижения температуры воздуха. А в реальных условиях оба эти фактора играют роль. Понижение температуры может происходить в результате адиабатического охлаждения, излучения и турбулентного перемешивания.

Длительность существования облака может изменяться в широких пределах. Кучевое облако может существовать 10–15 минут, другое – несколько часов. Пока облако существует, в нем идет непрерывный процесс облакообразования: одни элементы испаряются, другие – выпадают, третьи – возникают заново.

Наблюдаемое в природе многообразие форм облаков во всевозможных сочетаниях является результатом сложных процессов, развивающихся в атмосфере.

По структуре облаков и связанных с ними осадков можно судить о состоянии атмосферы на данный момент и (что более важно) о ее ближайших изменениях. Кстати, до начала систематического аэрологического зондирования облака являлись важным элементом так называемой косвенной аэрологии, так как по облакам судили о процессах в нижней половине тропосферы.

Облака классифицируются по нескольким признакам:

по фазовому состоянию облачных элементов;

по форме и высоте расположения;

по происхождению.

По фазовому состоянию облачных элементов облака делятся на классы:

водяные (капельные);

смешанные;

ледяные (кристаллические).

Водяные (капельные) облака состоят только из капель. Они могут существовать как при положительных, так и при отрицательных (до -10°С и ниже) температурах. Такими являются высоко-кучевые, слоистые, кучевые.

Смешанные облака состоят из смеси переохлажденных капель и ледяных кристаллов. Они могут существовать, как правило, при температуре от -10 до -40°С. Образуются в результате возникновения кристаллов в водяном облаке, либо в результате попадания кристаллов в водяное облако извне. Смешанные облака дают осадки. Это высоко-слоистые, слоисто-дождевые, кучево-дождевые; при низких температурах иногда также высоко-кучевые, слоистые, слоисто-кучевые.

Ледяные (кристаллические) облака состоят только из ледяных кристаллов. Они могут существовать только при температуре ниже -40°С. Это все облака верхнего яруса: перистые, перисто-слоистые, перисто-кучевые, а также вершины кучево-дождевых облаков.

По форме и высоте расположения формы облаков в тропосфере разнообразны и изменчивы. Но их можно свести к относительно небольшому количеству типов. Первая и самая удачная классификация облаков была предложена в 1803 г. английским фармакологом Люком Ховардом. До сих пор она считается непревзойденной. Она оказалась настолько простой и точной, что ее до сих пор используют метеорологи. В конце 19 века была принята международная классификация облаков. С 80-х годов 19 века при составлении классификации облаков используют фотографии. В настоящее время они объединены в Международном атласе облаков. В современном варианте международной классификации облака делятся на

Три типа: перистые, слоистые, кучевые;

Десять родов (форм) – сочетание трех типов;

В каждой форме выделяют виды, разновидности и дополнительные особенности.

Основные 10 форм облаков

Перистые (Ci)	Верхний ярус
Перисто-кучевые (Cc)
Перисто-слоистые (Cs)
Высоко-слоистые (As)	Средний ярус
Высоко-кучевые (Ac)
Слоисто-кучевые (Sc)	Нижний ярус
Слоистые (St)
Слоисто-дождевые (Ns)
Кучевые (Cu)	Вертикального развития
Кучево-дождевые (Cb)

По высоте расположения: облака условно делятся на три яруса: верхнего, среднего и нижнего (таблица 8). А также выделяют облака вертикального развития: основание этих облаков лежит в нижнем ярусе, а вершина – в среднем или верхнем.

Таблица 8 – Высота расположения облаков разных ярусов в зависимости от широты, км

Краткая характеристика различных форм облаков

Верхний ярус – ледяные, белого цвета, не затеняющие Солнце.

Перистые облака (Ci) состоят из отдельных перистообразных элементов в виде тонких белых нитей или белых клочьев и вытянутых гряд. Они имеют волокнистую структуру и шелковистый блеск. Из-за сильных ветров они имеют характерную форму вытянутых, растрепанных «кобыльих хвостов». Имеют значительное вертикальное протяжение (порядка сотен метров).

Виды: нитевидные, когтевидные, башенкообразные, плотные, хлопьевидные.

Разновидности: перепутанные, радиальные, хребтовидные, двойные.

Перисто-кучевые облака (Сс) – высокие и пушистые, состоящие из отдельных образований (очень мелких зерен, хлопьев, шариков, завитков). Они напоминают рябь на поверхности воды или песка. Часто образуют красивые регулярные волны: «небо в барашках».

Разновидности: волнистые, дырявые.

Иногда дают полосы падения.

Перисто-слоистые облака (Cs): ледяная вуаль, тонкая, молочно-белая, прозрачная. Солнце просвечивает через них так ярко, что вокруг него появляются кольца (гало), а иногда и ложные солнца. Толщина слоя от сотен метров до километра.

Виды: нитевидные, туманообразные.

Разновидности: двойные, волнистые.

Средний ярус

Высоко-кучевые облака (Aс) на средних высотах похожи на хлопья или валики белого или серого цвета. В отличие от перисто-кучевых облаков, более высоких, у них всегда более темные края. Это достаточно тонкие облака. Для высоко-кучевых облаков характерны такие оптические явления как иризация и венцы.

Виды: слоистообразные, чечевицеобразные, башенкообразные, хлопьевидные.

Разновидности: просвечивающиеся, с просветами, двойные, волнистые, радиальные, дырявые.

Особенности: полосы падения, вымеобразный характер.

Высоко-слоистые (As) застилают небосвод целиком или частично. Через отдельные облака, менее плотные, может просвечивать Солнце или Луна. В этом случае они видны как бы через стекло, в виде размытых пятен. Это типичные смешанные облака. Дают слабые осадки. Гало не наблюдается.

Виды не различаются.

Разновидности: просвечивающие, непросвечивающие, двойные, волнистые, радиальные.

Особенности: нижняя поверхность иногда имеет вымеобразный вид; под слоем As часто наблюдаются клочья более низких облаков.

Нижний ярус

Слоисто-дождевые (Ns): серый облачный покров, часто мрачного вида, кажущийся размытым. Слой облаков более мощный, чем у высоко-слоистых, поэтому Солнце и Луна через них не просвечивают. Эти облака находятся в нижнем и среднем, а зачастую и в верхнем ярусах. Это смешанные облака: в нижней части состоят из крупных капель и снежинок, а в верхней – из мелких капель и мелких же снежинок (как и As).

Виды и разновидности не выделяются.

Особенности: полосы падения, облачные клочья.

Слоисто-кучевые (Sc) часто образуются из верхних кучевых облаков, когда те поднимаются и растекаются в стороны. Если смотреть на них с самолета, то они выглядят как волнистое одеяло из валиков и выступов с просветами. Валики, диски, плиты белого цвета но всегда с более темными участками, имеют большую протяженность, чем Ac (> 5°). Это водяные (капельные) облака, поэтому осадков они не дают.

Виды: слоистообразные, чечевицеобразные, башенкообразные.

Разновидности: просвечивающие, с просветами, непросвечивающие, двойные, волнистые, радиальные, дырявые.

Особенности: вымеобразные, структура нижней поверхности.

Слоистые (St) являются водными или смешанными, выглядят как однородный серый слой. При малой плотности через них просвечивает Солнце, при этом оно имеет четкие очертания. Из слоистых облаков может выпадать морось, а зимой – ледяные иглы, мелкий снег, снежные зерна. Мощность слоя до нескольких сотен метров.

Виды: туманообразные, разорванные.

Разновидности: непросвечивающие просвечивающие, волнистые.

Облака вертикального развития

Кучевые (Cu) плотные облака с резко обозначенными контурами. Развиваются вверх, образуя плотные белые верхушки, похожие на цветную капусту, основания облаков сравнительно темные. Вертикальная мощность варьирует в широких пределах:

у плоских – десятки и сотни метров;

у мощных – более 5 км.

Это водяные облака (состоят из капель), поэтому осадков не дают (за исключением тропиков, где из мощных кучевых облаков могут выпадать небольшие дожди).

Виды: плоские, средние, мощные, разорванные.

Разновидности: радирующие.

Особенности: шапка, полосы падения.

Кучево-дождевые (Cb) больше и темнее, результат дальнейшего развития кучевых по вертикали. Вертикальная мощность кучево-дождевых облаков может изменяться от 3 до 15 км. Они сильно изменяют освещение (уменьшают), так как закрывают Солнце. Это смешанные облака: в нижней части находятся капли, в средней – капли и кристаллы, в верхней – кристаллы. Именно с Cb связаны ливни, грозы, шквалы, смерчи. В полярных широтах редки.

Виды: лысые, волосатые.

Особенности: полосы падения, клочья, наковальня, вымеобразные выступы, шапка, вуаль, ворот, изредка хобот.

По происхождению выделяют генетические типы облаков:

Внутримассовые

а) облака конвекции, б) облака устойчивых масс.

Фронтальные

а) облака восходящего скольжения, б) орографические облака.

В первом генетическом типе (внутримассовые) выделяют облака конвекции и облака устойчивых воздушных масс.

Облака конвекции возникают в результате охлаждения воздуха в вертикальных восходящих токах. В первой стадии развития термической конвекции, когда она является лишь разновидностью турбулентного движения, это плоские кучевые облака, а так же разорвано-кучевые; при возникновении хорошо оформленных восходящих токов значительной скорости (3,6 м/с и более) возникают мощные кучевые и кучево-дождевые облака. В среднем ярусе с конвекцией связаны некоторые разновидности высококучевых облаков: башенкообразные и хлопьевидные.

Кучевообразные, или конвективные, облака имеют вид изолированных облачных масс. Они сильно развиты по вертикали и имеют небольшую (среднюю) протяженность по горизонтали.

В результате неравномерного прогревания земной поверхности Солнцем кое-где образуются «пузыри» теплого воздуха, которые поднимаются вверх и попадают в слои более холодного воздуха (термики). Там они остывают, водяной пар в них конденсируется, и образуются облака (рисунок 30). Эти пузыри, или конвекционные ячейки, живут не более 20 минут за редким исключением. Часто в одном месте образуется несколько ячеек, тогда облако может просуществовать около часа.

По исследованиям методом фотограмметрирования с земли и при наблюдениях в полетах, конвективное облако состоит из отдельных потоков, которые имеют форму струи или термика (пузыря). В среднем диаметр струй у земной поверхности (и до высоты около 3000 метров) равен 60 метров, а средняя концентрация потоков составляет 40 струй на 1 км 2 . Размеры конвективных потоков в мощных кучевых облаках значительно больше, чем вне их (в облаке d ~ 90 м, под ним – 50 м).

Рисунок 30 – Схема возникновения термической конвекции (Облака, 2007)

В связи с развитием конвективного облака в тропосфере выделяют следующие уровни:

а) уровень конденсации, практически совпадает с нижней границей облака; Zк

б) уровень нулевой изотермы, отделяющий переохлажденную (верхнюю) часть облака от непереохлажденной; Zо

в) уровень свободной конвекции, практически совпадающий с верхней границей облака.

Слои с инверсиями температуры задерживают конвекцию и препятствуют дальнейшему развитию вершин кучевых облаков.

Динамическая конвекция обусловлена вынужденным подъемом теплого воздуха при обтекании препятствия. Роль препятствия может выполнять горный хребет (рисунок 31) или фронтальная поверхность с крутым углом наклона.

Облака конвекции развиваются в неустойчивых воздушных массах (в холодных в.м., двигающихся над теплой поверхностью; местных в.м. над сушей летом) носят название кучевообразных (не кучевые).

Облака устойчивых воздушных масс возникают в связи с охлаждением воздуха от подстилающей поверхности, динамической турбулентностью и волновыми движениями в атмосфере. К этому подтипу облаков относятся слоистые, слоисто-кучевые и высоко-кучевые. Они имеют выраженную волнистую структуру, поэтому носят название волнистообразных.

Рисунок 31 – Схема возникновения динамической конвекции при перетекании воздушного потока через хребет (Облака, 2007)

В атмосфере наблюдаются волновые движения самой разной амплитуды и длины волны. Под влиянием таких движений при определенных условиях могут формироваться волнистообразные облака, которые имеют вид распространенного по горизонтали (десятки и сотни километров) слоя, состоящего из дисков, плит, валов (рисунок 32). Эти облака имеют в среднем небольшую вертикальную мощность (несколько десятков или сотен метров), но в отдельных случаях – до 2–3 км.

Рисунок 32 – Схема образования волнистообразной облачности под слоем инверсии

(Облака, 2007)

По современным данным, волнистообразные облака формируются в результате переноса облаков других форм из областей пониженного давления в области повышенного и их дальнейшей трансформации. Под существующими облаками образуется слой инверсии в результате нисходящих движений воздуха. Кроме свободных волн, в атмосфере могут возникать вынужденные стоячие волны над горами, через которые перетекает воздух. В данном случае образуются облака препятствий.

Фронтальные облака . В связи с фронтами возникают огромные облачные системы, вытянутые вдоль линии фронта на тысячи километров и шириной сотни километров. Такие облака называются облаками восходящего скольжения. Фронт отделяет пологий клин холодного воздуха от лежащего рядом с ним и над ним слоя теплого воздуха. Теплый воздух медленно поднимается по холодному клину, что приводит к адиабатическому охлаждению мощных слоев и конденсации водяного пара (рисунок 33). В результате возникает мощный облачный слой. Такие облака называют слоистообразными. Самую большую толщину (несколько километров) имеют слоисто-дождевые облака. Дальше от линии фронта они сменяются высоко-слоистыми, перисто-слоистыми. На расстоянии многих сотен километров от линии фронта наблюдаются гряды перистых облаков. Фронтальные облака могут усиливаться при приближении фронта к горному хребту.

Рисунок 33 – Схема образования облаков восходящего скольжения (Облака, 2007)

Кроме того, выделяют:

Облака вулканических извержений – кучевообразные облака, возникающие над вулканами при извержении. Отличаются быстрым развитием, обильными клубами. Состоят из пыли (пепла) и водяных капель, иногда дают осадки. С ними могут быть связаны электрические явления.

Облака запруживания (замедление горизонтального переноса воздуха при продвижении его на подстилающую поверхность с увеличенным трением, в особенности перед горными хребтами и массивами).

Облака пожаров – образуются вследствие образования сильных восходящих токов конвекции над большими (лесными) пожарами. Содержат продукты сгорания (дым, сажу, пепел). Часто имеют мрачный вид.