Что положено в основу генетической классификации облаков

Обновлено: 30.06.2024

Формы облаков в тропосфере очень разнообразны. Однако их можно свести к относительно небольшому числу основных типов. В современном варианте международной классификации облака делятся на десять основных форм (родов) по внешнему виду. В основных родах различают значительное число видов, разновидностей и дополнительных особенностей; различаются также промежуточные формы.

Существует десять основных родов облаков (в скобках приведены международные латинские наименования и их сокращения):

Перистые – Cirrus (Ci);
Перисто-кучевые – Cirrocumulus (Cc);
Перисто-слоистые – Cirrostratus (Cs);
Высококучевые – Altocumulus (Ac);
Высокослоистые – Altostratus (As);
Слоисто-дождевые – Nimbostratus (Ns);
Слоисто-кучевые – Stratocumulus (Sc);
Слоистые – Stratus (St);
Кучевые – Cumulus (Cu);
Кучево-дождевые – Cumulonimbus (Cb).

Облака всех родов встречаются на высотах между уровнем моря и тропопаузой. В этом диапазоне высот условно различаются три яруса. Для каждого рода облаков можно указать, в каком ярусе или ярусах эти облака встречаются. В зависимости от температурных условий и от высоты тропопаузы границы ярусов в разных широтах несколько различаются.

Основание облаков верхнего яруса находится в полярных широтах на высотах от 3 до 8 км, в умеренных широтах – от 6 до 13 км и в тропических широтах – от 6 до 18 км; среднего яруса – соответственно от 2 до 4, от 2 до 7 и от 2 до 8 км; нижнего яруса на всех широтах – от земной поверхности до 2 км.

Облака перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые встречаются в верхнем ярусе; высоко-кучевые и высокослоистые – в среднем ярусе; слоисто-кучевые, слоистые и слоисто-дождевые –
в нижнем. Высокослоистые облака часто проникают и в верхний ярус; слоисто-дождевые обычно проникают и в вышележащие ярусы. Основания кучевых и кучево-дождевых облаков почти всегда находятся в нижнем ярусе, но их вершины часто проникают в средний, а у кучево-дождевых облаков и в верхний ярус. Поэтому эти облака называют облаками вертикального развития, а также конвективными.

Облака верхнего яруса. Это самые высокие облака тропосферы. Они образуются при наиболее низких температурах и состоят из ледяных кристаллов. Эти облака имеют белый цвет, они полупрозрачные и мало затеняют солнечный свет.

Перистые облака выглядят как отдельные нити, гряды или полосы волокнистой структуры. Перисто-кучевые облака представляют собой гряды или пласты, состоящие из очень мелких хлопьев, шариков, завитков (барашков). Часто они напоминают рябь на поверхности волы или песка.

Перисто-слоистые облака – тонкая прозрачная белесоватая вуаль, частично или полностью закрывающая небосвод. Иногда они имеют волокнистую структуру. В этих облаках часто возникают оптические явления: гало или различные комбинации светлых дуг.

Облака среднего яруса. Высококучевые облака представляют собой облачные пласты или гряды белого или серого цвета (или одновременно и того и другого). Это достаточно тонкие облака, более или менее затеняющие солнце. Пласты или гряды состоят из плоских валов, дисков, пластин, часто расположенных рядами. Кажущаяся ширина этих элементов в облаках на небесном своде 1–5°. В них возникают оптические явления - венцы. Для высококучевых облаков характерна иризация – радужная окраска краев облаков, направленных к солнцу. Иризация указывает на то, что высококучевые облака состоят из очень мелких однородных капель, как правило, переохлажденных.

Высокослоистые облака – светлый, молочно-серый облачный покров различной плотности, застилающий небосвод целиком или частично. Через менее плотные участки могут просвечивать солнце и луна, однако в виде размытых пятен. Высокослоистые облака являются типичными смешанными облаками: наряду с мельчайшими каплями в них содержатся и мелкие снежинки. Такие облака дают слабые осадки, которые в теплое время года, как правило, испаряются по пути к земной поверхности. Зимой из высокослоистых облаков часто выпадает мелкий снег.

Облака нижнего яруса. Слоисто-дождевые облака имеют такое же происхождение, как и высокослоистые. Однако слой их более мощный (несколько километров). Эти облака находятся в нижнем, среднем и часто верхнем ярусах. В верхней части они состоят из мельчайших капель и снежинок (схожи с высокослоистыми облаками), а в нижней могут содержать также крупные капли и снежинки. Поэтому слой этих облаков имеет темно-серый цвет. Солнце и луна сквозь него не просвечивают. Из слоисто-дождевых облаков, как правило, выпадает обложной дождь или снег, достигающий земной поверхности. Под покровом таких облаков часто существуют бесформенные скопления низких разорванных облаков, особенно мрачных на фоне слоисто-дождевых.

Слоисто-кучевые облака представляют собой гряды или слои серых или беловатых облаков, почти всегда имеющие более темные участки. Облака состоят из таких же элементов, что и высококучевые (из дисков, плит, валов), только более крупных. Расположены структурные элементы чаше всего рядами. Слоисто-кучевые облака состоят в основном из мелких однородных капель (при отрицательных температурах – переохлажденных) и не дают осадков. Иногда из них выпадает слабая морось или (при низких температурах) снежные зерна.

Слоистые облака – однородный серый слой капельного строения. Из них может выпадать морось. При достаточно низких отрицательных температурах в облаках появляются и твердые элементы: тогда из этих облаков могут выпадать ледяные иглы, мелкий снег, снежные зерна. Солнечный диск, просвечивающий сквозь облака, имеет четкие очертания. Иногда слоистые облака имеют вид разорванных клочьев; тогда их называют разорванно-слоистыми.

Облака вертикального развития. Кучевые облака – плотные с резко очерченными контурами отдельные облака, развивающиеся вверх в виде холмов, куполов, башен. Имеют ослепительно белые клубящиеся вершины (похожи на кочаны цветной капусты). Основания облаков сравнительно темные. При большом количестве образуют гряды. Иногда они имеют разорванные края. Кучевые облака состоят только из водяных капель (без кристаллов) и осадков не дают. Однако в тропиках, где водность облаков велика, из них вследствие взаимного слияния капель могут выпадать небольшие дожди.

Кучево-дождевые облака образуются в результате дальнейшего развития кучевых облаков. Они представляют собой мощные кучевообразные массы, очень сильно развитые по вертикали в виде гор и башен. Часто простираются от нижнего яруса до верхнего. Закрывая солнце, они сильно уменьшают освещенность. Вершины их приплюснуты и имеют волокнистую перистообразную структуру, нередко характерную форму наковален. Кучево-дождевые облака состоят в верхней части из ледяных кристаллов, в средней – из кристаллов и капель различного размера, вплоть до самых крупных. Они дают осадки ливневого характера. С такими облаками часто связаны грозовые явления, поэтому их называют еще грозовыми (а также ливневыми). На фоне их нередко наблю-дается радуга. Под основанием этих облаков, так же как и под слоисто-дождевыми, часто наблюдаются скопления разорванных облаков.

Облака состоят из большого количества взвешенных облачных элементов. При укрупнении выпадают в виде осадков. В атмосфере происходит много разнообразных физических процессов, которые обусловливают все то огромное многообразие, присущее облакам.

В соответствии с основными признаками облаков существуют следующие их классификации:

Морфологическая классификация, в которой облака определяют по внешнему виду.
Генетическая классификация, в которой облака определяют по происхождению, т. е. по характеру процесса их образования.
Классификация по микрофизическому строению, т. е. классификация по агрегатному состоянию, виду и размерам облачных частиц, а также по их распределению внутри облака.

Современная морфологическая классификация облаков включает в себя 10 основных форм облаков, которые в свою очередь разделяются на ряд видов и разновидностей. Основной отличительный признак при определении формы облаков – их внешний вид и структура. Облака могут быть расположены в виде отдельных изолированных масс или сплошного покрова, их строение может быть различным (однородным, волокнистым и др.), а нижняя поверхность – ровной или расчлененной (и даже изорванной). Кроме того, облака могут быть плотными и непрозрачными или тонкими, сквозь которые просвечивает небо, луна и солнце. Все эти признаки характеризуют форму или внешнее строение облаков.

В зависимости от высоты нижнего основания облаков их относят к одному из трех ярусов – верхнему, среднему или нижнему. В отдельную группу выделяют облака вертикального развития – отдельные облачные массы, значительно простирающиеся по вертикали вверх. Основание таких облаков обычно находится в нижнем ярусе, а вершина может достигать среднего или даже верхнего яруса.

Облака верхнего яруса. Высота нижнего основания таких облаков в умеренных широтах составляет 7-10 км, изредка бывает меньше 6 км или больше 12 км, в тропиках достигает 17-18 км. В арктических районах при низкой температуре воздуха могут распространяться до поверхности земли. Толщина облаков верхнего яруса колеблется в широких пределах, от сотен метров до нескольких километров. К основным формам облаков верхнего яруса относятся перистые, перисто-слоистые, перисто-кучевые.

Перистые (Cirrus). Отдельные белые волокнистые облака, обычно очень тонкие и прозрачные, но иногда с более плотными или хлопьевидными образованиями. Имеют кристаллическую микроструктуру. Выпадающие осадки не достигают земли.

Образуются в зоне атмосферных фронтов вследствие охлаждения воздуха при восходящем движении. Могут образоваться также из вершин кучево-дождевых облаков при их распаде.

Образуются вследствие волновых и восходящих движений в верхней тропосфере.

Перисто-слоистые (Cirrostratus). Имеют вид белой или голубоватой тонкой однородной пелены, иногда слегка волокнистого строения. Могут предвещать выпадение дождя (или снега). Состоят из ледяных кристаллов, осадки не достигают земли.

К образованию перисто-слоистой облачности приводит адиабатическое охлаждение воздуха при его восходящем движении в верхней тропосфере в зонах атмосферных фронтов.

Облака среднего яруса. Основание облаков находится в пределах от 2 до 6 км в умеренных широтах. В полярных широтах эти облака лежат на высотах 2-4 км, а над тропиками высота основания может достигать 8 км. Толщина облачного слоя – в среднем от 200 до 1000 м. К основным формам облаков среднего яруса относятся высоко-кучевые и высоко-слоистые.

Высоко-кучевые (Altocumulus). Белые, иногда сероватые или синеватые облака в виде волн (гряд), состоящих из отдельных пластин или хлопьев. Обычно эти пластины или хлопья разделены просветами голубого неба, иногда сливаются почти в сплошной покров. Имеют преимущественно капельную микроструктуру, иногда смешанную, реже кристаллическую. Осадки не дают.

Причиной образования высоко-кучевых облаков являются волновые движения на высоко расположенных границах инверсии, на слабо наклоненных фронтальных поверхностях и над горными препятствиями. Образуются также при растекании мощных кучевых облаков.

Высоко-слоистые (Altostratus). Серая или синеватая однородная пелена облаков, слегка волокнистого строения. Как правило эта пелена постепенно закрывает все небо. Могут иметь как смешанную, так и кристаллическую структуру, реже капельную. Летом выпадающие осадки как правило не достигают земли, зимой даже тонкие просвечивающие облака дают снегопады.

Образуются вследствие охлаждения воздуха при его общем наклонном медленно восходящем движении. Например, при подъеме теплого воздуха по наклонной поверхности более плотной холодной воздушной массы.

Облака нижнего яруса. Эти облака в основном располагаются в слое атмосферы, простирающемся от поверхности земли до высоты около 2,5 км. Большинство облаков имеет толщину слоя от 200 до 800 м.

Слоисто-кучевые (Stratocumulus). Серые облака, состоящие из крупных гряд, пластин или хлопьев, разделенных просветами ил сливающихся в сплошной серый волнистый покров. Имеют в основном капельную, иногда смешанную структуру, крайне редко кристаллическую. Осадки, как правило, не выпадают, либо слабые и непродолжительные.

Образуются вследствие волновых движений, возникающих в слоях инверсий или над подветренным склоном возвышенностей. При растекании кучевых облаков.

Слоистые (Stratus). Серые однородные облака, похожие на приподнятый над землей туман. Часто нижняя поверхность бывает разорванной, клочковатой. Обычно закрывают все небо серой пеленой, но иногда могут наблюдаться в виде разорванных облачных масс. Имеют в основном капельную, иногда смешанную структуру. Осадки, как правило, не дают. Иногда может выпадать морось или редкий снег.

Основными причинами образования слоистых облаков являются:

охлаждение относительно теплого воздуха при движении его над холодной поверхностью земли.
радиационное выхолаживание нижнего слоя воздуха в течение ночи или нескольких суток подряд.
увлажнение воздуха выпадающими из вышележащих облаков осадками.
конденсация водяного пара в сравнительно холодной воздушной массе над теплыми водоемами и др.

Слоисто-дождевые (Nimbostratus). Темно-серый облачный слой с размытым основанием. При осадках кажется однородным, в перерывах между выпадением осадков заметна неоднородность и некоторая волнистость. Имеют смешанную структуру, реже капельную или кристаллическую. Дают обложной дождь или снег, иногда с перерывами.

Основным процессом образования слоисто-дождевой облачности является охлаждение воздуха при его восходящем движении вдоль наклонной фронтальной поверхности вблизи линии фронта

Облака вертикального развития. К этой группе относятся две основные формы: кучевые и кучево-дождевые. Высота основания облаков в умеренных широтах обычно составляет от 0,8 до 1,5 км. Толщина по вертикали – от сотни метров до нескольких километров, у кучево-дождевых облаков вершина иногда может достигать тропопаузы (слой атмосферы, разделяющий тропосферу и стратосферу).

Кучевые (Cumulus). Плотные, развитые по вертикали облака с белыми куполообразными вершинами и с плоским серым основанием. Могут быть в виде отдельных редких облаков или в виде значительного скопления, закрывающего все небо. Состоят из капель. Осадки не дают, но изредка могут выпадать отдельные капли дождя.

Образуются главным образом в результате мощных восходящих движений воздуха, вызванных неравномерным нагревом подстилающей поверхности (термическая конвекция).

Кучево-дождевые (Cumulonimbus). Белые плотные облака с темными основаниями, поднимающиеся в виде огромных горообразных масс. Вершины их имеют чаще волокнистое строение. Часто наблюдаются в виде отдельных редких облаков, но может быть и их скопление. В нижней части состоят из капель, в верхней имеют смешанную и кристаллическую структуру. Дают ливневые осадки, град.

Кучево-дождевая облачность образуется вследствие охлаждения воздуха при восходящем движении при сильно развитой термической или динамической конвекции.

Образование, развитие и разрушение облаков, в том числе и всех вышеперечисленных, в основном происходит в тропосфере (нижний слой атмосферы простирающийся от поверхности земли до высот 10-12 км). Но в природе иногда могут наблюдаться и другие виды облаков, которые образуются на еще большей высоте. Такими облаками являются сверхперистые, перламутровые и серебристые облака.

Сверхперистые облака относятся к стратосферным (стратосфера – слой атмосферы, расположенный над тропосферой). Они возникают на высотах 14-16 км в нижней стратосфере или вблизи субтропической тропопаузы в виде тонких извилистых полос; на отдельных участках напоминают перисто-кучевые облака. Окраска – от коричневого до серого цвета. Видимы только в сумерки после захода и перед восходом солнца, когда нижележащий слой атмосферы погружен в земную тень, а слой облаков освещен прямыми лучами. Наблюдаются редко.

Серебристые, или мезосферные, облака образуются в мезопаузе (переходный слой между мезосферой и термосферой) на высоте около 82 км. Похожи на перистые или перисто-слоистые облака очень тонкой нежной структуры. Отличаются большой яркостью, но полностью прозрачны. Звезды просвечивают сквозь них, не теряя яркости. Имеют характерный шелковистый отлив и голубовато-белый (серебристый цвет). Наблюдаются только в летнюю половину года в течение сумерек (вечерних или утренних) при освещении их лучами солнца, погруженного под горизонт на угол от 6 до 16°.

Облачный покров, уменьшая днем приток солнечного тепла и света, а ночью резко ослабляя излучение и охлаждение земной поверхности, сильно влияет на изменения температуры воздуха, в частности ее суточного хода, что влечет за собой изменение и других метеорологических явлений. Облачность (количество облаков), особенно плотная и мощная, может сильно затруднять работу авиации. Кроме того, образование различных форм облаков характеризует многие атмосферные процессы, типичные для данного района. Поэтому облака принадлежат к числу важнейших атмосферных явлений, наблюдаемых на сети гидрометеорологических станций. Результаты таких наблюдений за облачностью имеют важнейшее значение для синоптического анализа и прогноза погоды, также они используются для изучения климата.

Автор: Н.С.Ким, аспирантка, инженер ГМО кафедры МЭО КРСУ

Над шапкой планеты весит перламутр

Перламутровые облака также наблюдаются в стратосфере, но на высотах от 22 до 30 км. В сумерки кажутся светящимися на темном небе. Иногда имеют вид больших, но очень легких высоко-кучевых чечевицеобразных в волнах длиной до 45-70 км. Расцвечены большими полосами и пятнами разных цветов (красного, желтого, зеленого и др.). Вечером по мере погружения солнца под горизонт расцветка постепенно бледнеет, свечение исчезает. С наступлением утренних сумерек снова начинают светиться.

Наблюдаются редко, преимущественно в горных странах зимой в полярных широтах.

Перламу́тровые облака — облака, образующиеся в небе на больших высотах (около 20-30 км) и состоящие, по-видимому, из кристалликов льда или переохлаждённых капель воды. Это тонкие, просвечивающие облака. Наблюдаются они сравнительно редко, обычно на широтах 55—60°, непосредственно после захода или перед восходом Солнца. Днём на фоне яркого рассеянного света они становятся невидимыми. (взято с виким=педии)

Облако – видимое скопление взвешенных в атмосфере капель воды и/или кристаллов льда на некоторой высоте от поверхности земли.

Согласно морфологической классификации, выделяют 10 основных форм облаков

1.Генетическая классификация облаков

Генетическая классификация облаков основана на выявлении причин возникновения тех или иных облаков. В зависимости от вида вертикальных движений, приводящих к возникновению облаков, выделяют кучевообразные, слоистообразные и волнообразные (волнистые) облака.

Причиной образования слоистообразных облаков является восходящее скольжение – упорядоченный подъем теплого воздуха по клину холодного со скоростью порядка 1 см/с в зоне атмосферных фронтов. Одной из причин восходящего скольжения является конвергенция воздушных потоков в слое трения вблизи фронта.

Причиной образования кучевообразных облаков является термическая иливынужденная конвекция. Эти облака называют конвективными, а районы,

в которых они возникают, называют зонами конвективной деятельности.

По условиям возникновения конвекция может быть термической(возникает в следствие неоднородности подстилающей поверхности, приводящей к чередованию тёплых и холодных её участников) и вынужденной(динамической) (порождается динамическими причинами)

Волнообразные облака возникают в результате волновых движений в атмосфере. Гравитационные воздушные волны всегда возникают в инверсионных слоях с резким изменением плотности воздуха, скорости и направления ветра.

Орографические чечвицеобразные облака – разновидность волнистообразных облаков, имеющие характерный вид чечевицы и образующиеся над подветренной стороной гор.(являются индикатором наличия горных волн в атмосфере).

Основную роль в образовании облаков в атмосфере играют восходящие движения воздуха, при которых происходит адиабатическое охлаждение воздуха и конденсация в нём водяного пара.

1.Адиабатические процессы в атмосфере

При вертикальных движениях воздушной частицы происходит значительное изменение её объема, а теплообмен между частицей и окружающим воздухом настолько мал, что им можно пренебречь. Поэтому вертикальные движения частицы в атмосфере считаются адиабатическими.

Адиабатические движения в атмосфере – движения, при которых изменения состояния частицы воздуха происходят без её теплообмена с окружающей средой. Двигаясь вверх, частица попадает в менее плотный слой атмосферы и расширяется.

При нисходящем движении частица попадает в слой с большим давлением воздуха и сжимается. Работа по сжатию частицы, совершаемая внешними силами, переходит во внутреннюю энергию частицы, поэтому её температура повышается. Таким образом, поднимающаяся частица охлаждается, а опускающаяся – нагревается.

Подъем частицы, сопровождающий понижением её температуры, приводит к тому, что на некоторой высоте частица становится насыщенной и начинается конденсация водяного пара.

Уровень конденсации – высота, на которой поднимающаяся от поверхности земли частица воздуха достигает состояния насыщения и начинается конденсация водяного пара, т.е. начинается формирование облака. Уровень конденсации примерно совпадает с основанием облака .

Различают сухоадиабатические и влажно адиабатические движения воздуха в атмосфере. При сухоадиабатических движениях происходит адиабатическое изменение состояния насыщенной частицы воздуха, которая условно называется сухой.

При влажноадиабатических движениях происходит адиабатическое изменение состояния насыщенной ( влажной ) частицы.

1.Атмосферные осадки, причины образования и виды.

Атмосферные осадки – вода в твердом, жидком или смешанном состоянии, выпадающая из облаков на земную поверхность.

Капли воды и кристаллы льда удерживаются в облаке благодаря наличию восходящих воздушных потоков . Осадки выпадают из облака тогда, когда облачные частицы достигают достаточно больших размеров, имеют большую массу и падают с большей скоростью, чем скорость восходящих потоков воздуха.

Чем больше скорость восходящего движения в облаке, тем большей массой должный обладать облачные частицы, чтобы выпасть из облака на земную поверхность в виде осадков. Наибольшая скорость врсходящих потоков в кучево-дождевых облаках, поэтому диаметр частиц осадков, выпадающих из облаков, является наибольшим.

Два основных процесса приводят у укрупнению облачных элементов – переконденсация водяного пара и коагуляция (слияние) капель.

Переконденсация водяного пара – процесс роста кристаллов льсда в смешанном облаке при испарении переохлажденных капель. Переконденсация происходит из-за того, что упругость насыщения над водой больше, чем над льдом.

Переконденсация приводит к быстрому росту снежинок и градин и выпадению их из облака. При положительной темпереатуре снежинки и градины тают, превращаясь в капли дождя. Переконденсация является основной причиной выпадения осадков из слоисто-дождевых, высокослоистых кучево-дождевых облаков.

В капельном облаке укрупнение облачных частиц происходит главным образом вследствие коагуляции капель.

В смешанном облаке укрупнение облачных частиц в результате столкновения и смерзания ледяных частиц с переохлажденными каплями.

В кристаллическом облаке рост кристаллов происходит вследствие сублимации водяного пара.

Обложные осадки, ливневые осадки, моросящие осадки, морось, дождь, снег, снежные зёрна, крупа (снежная, ледяная), град, ледяной дождь, ледяные иглы, мокрый снег и снег с дождем.

Билет 21 Видимость в атмосфере, ее зависимость от разных факторов (в учебнике нааамного больше)

Характеристикой горизонтальной видимости является дальность видимости – наибольшее расстояние, на котором можно обнаружить (увидеть и опознать) черные объекты днем и световые ориентиры ночью.

Человеческий глаз может отличить объект от фона, если яркостной контраст не меньше порога контрастной чувствительности глаза. Порог контрастной чувствительности глаза (ε) – наименьшее значение различимого глазом яркостного контраста. В дневное время для объектов с угловыми размерами более 15 мин порог контрастной чувствительности глаза не зависит от освещенности и размеров объекта. Установлено, что при определении дальности обнаружения объекта (при приближении к объекту) ε = 0,05 , а при определении дальности потери видимости объекта (при удалении от объекта) ε = 0,02. При уменьшении освещенности в сумерки ε увеличивается до 0,7.

Дальность видимости зависит от прозрачности атмосферы, т.е. ее способно-

сти пропускать световые лучи. Коэффициент прозрачности атмосферы (Т) –

это отношение светового потока, прошедшего через слой атмосферы единичной длины, к световому потоку, вошедшему в этот слой в виде параллельного пучка лучей.

Коэффициент прозрачности атмосферы связан с показателем ослабления (σ):

σ = −lnT ,

где ln – основание натурального логарифма.

Показатель ослабления (σ) – это величина ослабления светового потока в коллимационном пучке при прохождении его через слой атмосферы единичной длины. Это ослабление происходит вследствие поглощения и рассеяния света на частицах, содержащихся в атмосфере.

Ночью видимость определяется по световым ориентирам – огням. Эта ви-димость зависит от силы огня, освещенности фона, на котором огонь наблюда-ется, а также от прозрачности атмосферы.

Горизонтальная видимость, используемая при метеорологическом обеспече-нии полетов, представляет собой наибольшую из следующих величин:

− метеорологическая дальность видимости

− дальность видимости огней с интенсивностью примерно 1000 кандел (электрическая лампочка 60 Вт) на неосвещенном фоне, эта величина зависит от освещения фона.

Все мы знаем, что если посмотреть на небо, то можно увидеть облака разной формы. Почему они так сильно отличаются друг от друга? В чем причина, что порой у нас над головой плывут причудливые милые барашки, а иногда вместо них нависает хмурая зловещая масса? И как происходит формирование облаков?

Оказывается, все это объяснимо простыми законами физики. А для разновидностей облачности придумана даже международная система классификации. Она учитывает все разнообразие облачных масс, их формы и свойства.

Системы классификации

Систем классификации на самом деле существует несколько.

Первую придумал еще в начале девятнадцатого века английский фармацевт, являвшийся по совместительству метеорологом-любителем, Люк Говард. Недостаток его системы был в том, что его классификация никак не опиралась на физические процессы. Ведь этот ученый был химиком-фармацевтом, а не физиком.

Для понимания явлений, происходящих при формировании облаков и для поиска ответа на вопрос, почему они такие разные, лучше подходит генетическая классификация. Именно она связывает форму с физическими процессами.

Что такое облако?

Облако – это скопление водного конденсата в атмосфере, видимое глазом.

Ключевым в этом определении является то, что процесс формирования происходит в атмосфере, то есть, на некоторой высоте. Потому, что, похожее явление у поверхности земли называется туманом. Оно имеет совсем другую природу, чем облачность. Конденсация на поверхности (на почве, траве) называется росой (когда тепло) или инеем (в морозные дни).

Более того, роса и иней – вообще не относятся к облакам. Они являются разновидностью атмосферных осадков.

Поэтому нужно запомнить, что облака – это скопление на высоте капелек воды или кристаллов льда.

Существует три вида облачности, отличающиеся по составу, и состоящие из:

водяных капель;
кристаллов льда;
смеси капель и льдинок.

Распространенные заблуждения

Многие считают, что раз формирование облаков происходит в атмосфере, то состоят они из водяного пара. Это мнение является ошибочным.

Если бы облачные массы состояли из пара, то мы б их не видели. Так как пар – невидим. Все облака разной формы, которые мы наблюдаем на небе состоят именно из воды.

Еще одним распространенным заблуждением является мнение, что облака могут существовать долго. А как же иначе? Ведь часто мы наблюдаем облачную унылую погоду по несколько дней или недель подряд.

На самом деле любое облако, какой бы формы оно не было, живет всего 15-20 минут. Вода из него постоянно испарятся. Но, в то же время, параллельно происходит постоянный процесс конденсации. И на месте одних облачных масс образуются другие.

То есть, формирование облаков – это постоянный процесс. Ввиду его непрерывности создается впечатление, что облачность на небе висит продолжительное время.

Как происходит формирование облаков?

Первое условие для начала процесса формирования облаков – это наличие влаги в атмосфере. Появиться она может лишь в процессе испарения. Причем, как с поверхности воды или суши, так и из растений. Явление, когда происходит образование испарений из растений, называется трансферацией. Влага в атмосферу попадает в виде пара.

Второй этап процесса формирования облаков – это подъем, насыщенного паром воздуха, вверх. При подъеме воздух охлаждается. Но, становится холоднее он не от того, что там вверху холодно. Его температура снижается за счет того, что воздух попадает в более разреженные слои (с меньшим атмосферным давлением) и расширяется (увеличивается в объеме).

Расширение – это работа, на совершение которой требуется энергия. Извне энергия не поступает. Следовательно, для расширения объема воздушные массы используют внутренние ресурсы, которыми является в данном случае, температура.

Чем выше поднимается воздух – тем больше он разрежается и охлаждается. По законам физики, чем воздушные массы холоднее, тем меньше водяного пара они могут вмещать. Следовательно, излишки пара начинают конденсироваться. В воздухе образуются капельки воды, которые и формируется облачность. Конденсация – это и есть третий этап формирования облаков.

Какой фактор влияет на то, что облака образуются разной формы?

Нам уже известно три главных процесса, в результате которых происходит формирование облаков. Теперь остается выяснить, какой же из них влияет на то, что облака образуются разной формы?

Оказывается, главным фактором формообразования облачных масс является подъем воздуха на высоту. Именно этот процесс является ключевым в том, что мы увидим на небе – нависающие слои туч, барашки или волны. А может, мы увидим вовсе причудливые формы, в которых мозг человека так любит угадывать знакомые очертания привычных предметов или объектов.

Генетическая классификация построена на разнообразии процессов поднятия воздуха в атмосфере. Разобравшись в ней, мы сможем понять, почему облака разной формы.

Облака конвекции

Исходя из названия, нетрудно догадаться, что формирование таких облачных образований происходит в результате перемешивания. В силу вступает закон Архимеда.

Теплый воздух (более легкий) по законам физики поднимается вверх. Но устремляется ввысь он лишь до тех пор, пока вокруг него находятся воздушные массы более холодные.

Оптимальными условиями формирования облаков конвекции является ситуация, когда температура около земли высокая, а в атмосфере она резко снижается.

Суша прогревается в теплое время года лучше, чем водная гладь морей. Поэтому, вполне закономерно, что конвективные облака наблюдаются в средних широтах чаще всего над континентом летом, а также в теплые деньки весны и осени.

Формирование в теплое полугодие – это основная главная черта конвективных облачных масс. А это и есть те самые облака разной формы в виде башенок или кумулюсов (по международной классификации). Для нас более привычное их название – кучевые.

Башенки из капелек воды могут быть небольшими, а могут быть огромными кучево-дождевыми, из которых проливается на землю дождь. Иногда он может сопровождаться градом, грозами, шквалистым ветром.

Этот вид облачности является типичным для представления в умах большинства людей. Кучевые облака разной формы мы видим на картинках прогнозов погоды, детских рисунках, красивых фото небесной глади.

Термическая конвенция или закон подлости

Формирование кучевых облаков – это еще процесс, который называется термическая конвекция. Спросите, почему его сравнивают с законом подлости? Виной всему типичная ситуация, в которую попадал хоть раз каждый из нас.

Пока вы обзваниваете друзей, договариваетесь о встрече и собираете бутерброды, воздух в атмосфере прогревается. По неумолимым законам физики теплые воздушные массы устремляются ввысь. И, если вы внимательно читали предыдущие разделы, то уже понимаете, почему пока вы добрались до речки – небо заполонили кучевые облака разной формы. Не исключено, что начнется ливень, гроза или даже град.

Вечером, когда температура снижается, облака рассеиваются. Вернувшись домой, вы с удивлением замечаете, что над головой уже чистое небо. Процесс формирования облаков закончился. Те, что образовались раньше, уже пролились дождем. Чем не закон подлости?

Нет, на самом деле, вы ошибаетесь. Это, вполне предсказуемый, закон физики.

Даже когда вы считаете, что закон подлости не сработал, и вам просто повезло, вы все равно ошибаетесь. Это циклон высокого давления помешал формированию конвекционных облаков. И везение тут вовсе не причем.

Слоистообразные (слоистые)

Формирование слоистых облаков происходит при столкновении огромных масс теплого и холодного воздуха, протяженность которых может достигать нескольких тысяч километров. Линия столкновения воздушных масс называется воздушным фронтом.

В зоне такого взаимодействия теплые воздушные массы скользят по клину холодного фронта. Поднимаются вверх они медленно, спокойно. Но, при этом процесс формирования облаков происходит на огромном протяжении.

Если в предыдущем случае, в результате конвекции получались облака разной формы, то теперь они представляют собой слои.

Но, слоистообразные облачные массы также бывают разные. Они могут иметь формы:

Формирование слоистых облаков – это всегда затянутое тучами хмурое небо, длительные осадки.

Волнообразные облака

Волновые движения – это естественный процесс для атмосферы Земли. Образуются они чаще всего в областях раздела, в местах, где присутствует скачок плотности.

Место формирования волнообразных облаков – это слои инверсии. Находятся они на высоте, где температура воздуха перестает падать и начинает подниматься. Теплый воздух оказывается сверху холодного. Образуется поверхность раздела, где формируются облака волнообразные. Разные их формы присущи для разных высот.

Инверсия не дает воздуху подниматься дальше. Возникает интересный эффект, напоминающий крышку кастрюли, где скапливается конденсат.

Воспроизвести волнообразные облака смогли искусственно создатели фантастического фильма Стивена Спилберга. Для того чтобы не дожидаться подходящей погоды, нужной для съемок, умельцы изобрели уникальную установку. В ней находилась теплая вода внизу и холодная вверху. Между ними впрыскивалась белая краска. В результате инверсии образовывалось подобие облачного слоя, который был очень похож на настоящий. Особая подсветка позволяла создать нужную атмосферу на съемочной площадке.

Это изобретение претендовало на премию Оскар. Но, к сожалению, высокая комиссия не смогла по достоинству оценить идею изобретателей.

Облака - видимое скопление капель воды и кристаллов льда (продуктов конденсации и сублимации водяного пара), находящихся в воздухе во взвешенном состоянии на некоторой высоте над земной поверхностью.

Какие условия необходимы для образования облаков?

- большая влажность воздуха

- наличие восходящих потоков

- наличие ядер конденсации

Главная причина - адиабатическое понижение температуры в поднимающемся влажном воздухе.

Какие бывают облака в зависимости от их микроструктуры?

- капельно-жидкие , при температуре до -10 ̊С -12 ̊С

- смешанные, при температуре от -10 ̊С до -40 ̊С

- кристаллические, при температуре ниже -40 ̊С

При какой температуре образуются капельно-жидкие облака?

При температуре до -10 ̊С -12 ̊С

При какой температуре образуются смешанные облака?

При температуре от -10 ̊С до -40 ̊С

При какой температуре образуются кристаллические облака?

При температуре ниже -40 ̊С

Что называют водностью облака?

Водность облака Q - масса капель воды и кристаллов льда, находящиеся в 1 облака.

Q = 0.01 - 10 г/

Что положено в основу генетической классификации облаков?

В основу положено условия образования облаков:

виды вертикальных движений:

- кучевообразные (термическая конвекция)

- слоистообразные (восходящее скольжение)

- волнистообразные (динамическая турбулентность, волновое движение)

Что положено в основу морфологической классификации облаков?

В основу положены высота расположения НГО и внешнего вида .

Какие облака относят к нижнему ярусу? Cl

- слоисто-дождевые - Nimbostratus (Ns)

- разорванно- дождевые - Fractonimbus (Fr nb)

- слоисто-кучевые - Stratocumulus (Sc)

- слоистые - Stratus (St)

- разорванно- слоистые - Fractostratus (Fr st)

Какие формы облаков относятся к нижнему ярусу?

Ns - вид тёмно-серого покрова, закрывающий всё небо.

Fr nb - безформенные тёмные полосы или клочья, которые хорошо заметные на общем сером фоне слоисто-дождевых.

Sc - состоят из крупных волн, пластин или хлопьев, которые разделены просветами голубого неба, или сливаются в один серый сплошной волнистый покров.

St - однородный слой серого цвета похожий на туман, приподнятый над ЗП.

Fr st - разорванные слоистые облака.

Какие облака относятся к среднему ярусу ?CM

- высоко- слоистые Altostratus (As)

- высоко- кучевые Altocumulus (Ac) ( тонкие распространяющиеся по небу плотные чечевицеобразные башенкообразные или хлопьевидные )

Какие формы облаков относятся к среднему ярусу?

As - Однородная серая пелена, Солнце и Луна сквозь которую просвечивает в виде светлых пятен.

Ac- Вид крупных хлопьев, разделённых просветами голубого цвета или башенок, посаженных на одно основание.

Какие облака относятся к верхнему ярусу ?CН

- перистые - Cirrus (Ci)

- перисто-слоистые - Cirrostratus (Cs)

- перисто- кучевые - Cirrocumulus (Cc)

Какие формы облаков относятся к верхнему ярусу?

Ci - тонкие облака, имеющие вид параллельных полос с загнутыми к верху передними частями .

Cs - вид белой или голубоватой однородной пелены, закрывающей всё небо.

Cc - белые тонкие облака, в виде очень тонких хлопьев, волн, барашков.

Какие облака относятся к облакам вертикального развития?

Кучевые - cumulus (Cu)

мощно-кучевые - cumulus congestus (Cu cong)

кучево- дождевые - cumulonimbus (cb) (лысые с наковальней )

Какие формы облаков относятся к облакам вертикального развития?

Cu - небольшие облачные массы белого цвета, разбросанные по небу в виде куч, барашков..

Cu cong - нижнее основание плоское, светло-серого цвета, верхнее куполообразное белого цвета.

Cb - огромные горообразные облачные массы с тёмными основаниями и ярко-белыми вершинами.

Причина образования кучевообразных облаков?

Причиной образования этих облаков являются все виды конвекций.

Причина образования слоистообразных облаков?

Образуются в результате восходящего скольжения.

Причина образования волнистообразных облаков?

Причина образования этих облаков это волновое движение слоёв инверсии и изотермии, динамическая турбулентность, ночное охлаждения воздуха от пп, смешивание воздушных масс в слое раздела.

Читайте также: