Вопрос психологу 

Виды облаков и их названия. Белогривые лошадки Что такое облака определение

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

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

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

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

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


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

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

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


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

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

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


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

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

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


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

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

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


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

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

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


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

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

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


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

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

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


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

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


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

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

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

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

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

Классификация облаков

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

В зависимости от причин возникновения различают следующие виды облачных форм:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Адиабатическое расширение газа

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

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

∆U = Q - A . (1)

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

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

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

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

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

∆U = - А. (3)

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

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

Приведем без вывода формулу для работы адиабатически расширяющегося двухатомного газа:

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

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

γ а = 0.6 о С/100 м.

О бразование облаков.

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

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

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

Теперь рассмотрим, что же заставляет воздух подниматься вверх .

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

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

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


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

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

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

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

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

Физическая природа кучевого облака .

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

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

Макрофизика и микрофизика облаков

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

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

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

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

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

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

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

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

F = 6πη Ru , (7)

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

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

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

По происхождению облака бывают нескольких генетических типов. Различают облака внутримассовые, образующиеся внутри однородных воздушных масс и фронтальные – на границах взаимодействия двух отличных по свойствам воздушных масс.

А. Облака внутримассового происхождения . В результате конвекции, развивающейся при нагревании неоднородной поверхности в неустойчивых воздушных массах, возникают облака конвекции – кучевые облака. Чем интенсивнее конвекция, тем больше мощность кучевых облаков. Из них могут образовываться кучево-дождевые облака. По бокам облаков наблюдаются нисходящие токи. Наиболее развиты эти облака после полудня, а ночью исчезают.

В устойчивых воздушных массах (теплых) ведущим является турбулентный перенос водяного пара вверх и его адиабатическое охлаждение.

Б. Облака фронтального типа . Возникают при встрече теплых и холодных воздушных масс на атмосферном фронте. Теплый воздух поднимается по клину холодного. Медленное поднятие теплого воздуха приводит к его адиабатическому охлаждению и конденсации водяного пара. В результате возникает сложная облачная система, захватывающая все облачные ярусы. Самая мощная часть системы (высотой 5- 6 км) находится вблизи фронта (слоисто-дождевые Ns).

Слой инверсии задерживает этот перенос. Под инверсионным слоем происходит накопление водяного пара и его радиационное выхолаживание. Возникают облака волнистой структуры (слоистые, слоисто-кучевые, высоко-кучевые).

На большой высоте, где температура поднимающегося воздуха становится ниже 0ºС, в облаках появляются ледяные кристаллики. Кристаллики могут существовать вместе с каплями, поэтому наблюдаются мощные слои водно-ледниковых облаков.

Облака делят на:

- водяные – состоящие из капелек воды;

- ледяные – состоят их кристаллического льда;

- смешанные – содержащие одновременно капельки воды и кристаллики льда.

В теплое время года водяные облака образуются главным образом в нижних слоях тропосферы, смешанные в средних, ледяные в верхних.

По международной классификации облака разделяют по высоте расположения и внешнему виду.

По высоте облака делятся на четыре семейства:

  1. I. облака верхнего яруса, находящиеся на высотах выше 6000 м (CH);
  2. II. облака среднего яруса, находящиеся на высоте от 2000 до 6000 м (CM);
  3. III. облака нижнего яруса, находящиеся ниже 2000 м (CL);
  4. IV. облака вертикального развития. Основания этих облаков находится на уровне нижнего яруса, а вершины могут достигать положения облаков верхнего яруса.

По внешнему виду облака делят на 10 родов. Рода распределяются по семействам следующим образом:

Верхний ярус :

  1. Перистые Cirrus (Ci) – выглядят как отдельные нити, гряды или полосы волокнистой структуры;
  2. Перисто-кучевые Cirrocumulus (Cc) – гряды или пласты, имеющие структуру из очень мелких хлопьев, шариков, завитков (барашков);
  3. Перисто-слоистые Cirrostratus (Cs) – тонкая прозрачная белесоватая вуаль частично или полностью закрывающая небосвод.

Все облака верхнего яруса ледяные.

Средний ярус :

  1. Высококучевые Altocumulus (Ac) – облачные пласты или гряды белого или серого цвета. Состоят из мельчайших капелек воды.
  2. Высоко-слоистые Altostratus (As) – могут проникать и в верхний ярус, имеют большую мощность, молочно-серый облачный покров целиком застилающий небо. Относятся к смешанным облакам. Дают слабые моросящие или в виде мелкого снега осадки.

Нижний ярус :

  1. Слоисто-кучевые Stratocumulus (Sc) – гряды или слои из глыб и валов серого цвета. Водяные, дают слабые осадки в виде мороси, в переохлажденном виде не дают осадков;
  2. Слоистые Stratus (St) – самые низкие облака в виде однородного серого цвета. Облака водяные, осадки из них выпадают в виде мороси, мелкого снега, крупы.
  3. Слоисто-дождевые Nimbostratus (Ns) – бесформенные, серого цвета большой мощности. Облака смешанного типа дают обложные осадки.
  4. Кучевые Cumulus (Cu) – плотные облачные клубы и кучи с резко очерченными контурами и почти горизонтальным основанием. Водяные, осадков не дают.

10. Кучево-дождевые Cumulonimbus (Cb) – мощные кучеобразные массы, очень сильно развитые по вертикали в виде гор и башен. Вершины их приплюснуты. В верхней части они ледяные, в нижней – водяные. Дают осадки ливневого характера, иногда с градом. С ними связаны грозы, поэтому их часто называют ливневыми или грозовыми.

Типы облаков и высота, на которой они образуются в средних широтах

Образование облаков возможно и вне тропосферы, но они изучены значительно меньше. Например, в стратосфере могут наблюдаться перламутровые облака, а в мезосфере – серебристые облака.

Литература

  1. Зубащенко Е.М. Региональная физическая география. Климаты Земли: учебно-методическое пособие. Часть 1. / Е.М. Зубащенко, В.И. Шмыков, А.Я. Немыкин, Н.В. Полякова. – Воронеж: ВГПУ, 2007. – 183 с.

По международной классификации различают 10 главных видов облаков разных ярусов.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

> ОБЛАКА ВЕРТИКАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ

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

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

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

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

Наблюдателю с земли кажется, что облака находятся примерно на одном уровне, но в действительности выделяют несколько видов облаков, исходя из их высоты над поверхностью планеты.

Облака – атмосферные формирования, состоящие из капель или ледяных кристаллов, образующиеся при конденсации пара. Вертикальное расстояние между образованиями разных видов может составлять несколько километров.

Морфологическая классификация облаков

По современной классификации выделяются 10 основных облачных форм, делящихся на множество типов и разновидностей. Существует более 90 разновидностей, со многими не знакомят даже студентов на метеорологической практике. Виды облаков изучают школьники в 6 классе, в учебниках географии для детей дана упрощенная классификация.

По внешнему виду выделяют формы:

  • cumulus – кучевые;
  • stratus – слоистые;
  • cirrus – перистые;
  • nimbus – дождевые.

По расстоянию от земной поверхности облака бывают:

  • cir – высокие;
  • alto – средние;
  • низкие.

Ниже дается характеристика с фото видов облаков. Приводится сравнение атмосферных образований, расположенных на разных уровнях от поверхности планеты.

Облака верхнего яруса

Располагаются выше 6 км от земли:


Облака среднего яруса

Формируются на расстоянии от 2 до 6 км от земли:


Облака нижнего яруса

Располагаются ниже 2 км от земли:


Облака вертикального развития

Простираются вверх на многие километры:


Другие виды облаков

При определенных условиях, формирующихся на местности, наблюдаются редкие виды облаков:

  1. Серебристые (мезосферные). Появляются на расстоянии около 80 км от планеты. Представляют собой тонкий полупрозрачный слой, сияющий на фоне ночного неба после заката либо перед рассветом.
    Источником света являются лучи находящегося за горизонтом солнца, незаметные с земли.
  2. Полярные (перламутровые). Образуются выше 30 км над планетой. Имеют радужную переливчатую окраску.
    Наблюдаются после заката к северу от Северного полярного круга.
  3. Вымеобразные (stratocumulus mammatus). Редкая форма, наблюдающаяся в тропическом поясе. С нижней поверхности свисают отростки, словно с вымени соски.
    Такие образования сигнализируют о приближении грозы. На закате окрашиваются в золотисто-красный цвет.
  4. Лентикулярные (линзовидные). Появляются за горными пиками на расстоянии до 15 км от поверхности планеты. Неподвижны даже при сильном ветре.
    Воздух обтекает горы волнообразно, на вершинах волн и наблюдаются данные образования.
  5. Пирокумулятивные (огненные). Формируются при вулканическом извержении или сильном пожаре. Нагретый воздух восходит, конденсируется, в итоге возникают кучево-дождевые облака.
    Если начинается гроза, то молнии появляются чаще, чем из обычной грозовой тучи.
  6. Перистые завитки Кельвина-Гельмгольтца . Имеют трубкообразную форму, располагаются низко над земной поверхностью. Образуются перед холодным фронтом при высоком давлении воздуха и повышенной относительной влажности.
    Когда облако нагретой фронтовой частью устремляется вверх, оно начинает скручиваться. Такой вид называют «грозовым воротником». Он существует отдельно от основной тучи, не изменяет форму при движении.
  7. Облако-шляпа (пилеолус). Небольшие, горизонтально расположенные образования, напоминающие шапочку католического священника.
    Образуются выше кучевых облаков, когда мощные восходящие воздушные массы влияют на влажный воздух на небольшой высоте, из-за чего воздух принимает температуру точки росы.
  8. Шельфовые (выступающие). Похожи на поставленную горизонтально арку, предшествуют грозовому фронту. Также называются «шквальными воротниками», выглядят устрашающе, предупреждают о грозовой буре.
    Совмещены с основной тучей, чем отличаются от перистых завитков.
  9. Волнисто-бугристые (undulatus asperatus). Необычные образования, появившиеся недавно, неизученные. Предсказатели связывают их происхождение с приближением «конца света».
    Эти мощные, массивные, рогатые или клочковатые облака, напоминающие застывшее бушующее море, не предвещают бури.
  10. Волнистые (undulatus). Красивый вид, образующийся при неустойчивости перистых завитков, когда воздушные слои, соприкасаясь, движутся с разной скоростью. Более холодный слой плывет быстрее. Теплый слой восходит, охлаждается, конденсируется.
    Холодный слой сдувает конденсат, в результате образуется облачный гребень. Опускаясь, конденсат согревается, испаряется. Процесс неоднократно повторяется. Итог – облако волнообразной формы.

Облака могут полностью или частично закрывать небо. Степень покрытия неба определяется по 10-балльной шкале.

Безоблачное небо – 0 баллов. Треть неба закрыта – 3 балла. Небо затянуто наполовину – 5 баллов. Пасмурное небо – 10 баллов.