• 5. ОБЛАКА. Облака – скопление продуктов конденсации (капелек и кристаллов) в атмосфере. Облака переносятся воздушными течениями. Если относительная влажность в воздухе, содержащим облака убывает, то облака испаряются. При определенных условиях часть облачных элементов укрупняется и утяжеляется настолько, что выпадает из облака в виде осадков. Таким путем вода возвращается из атмосферы на земную поверхность. • Отдельные облака существуют очень короткое время (до 10 – 15 минимум). Это значит, что недавно возникшие капельки, из которых состоит облако, снова быстро испаряются. Но даже, когда облако наблюдается очень долго, это не значит, что оно не изменяется.
• Облака находятся в процессе постоянного новообразования и исчезновения (испарения). Одни элементы облака испаряются, другие – возникают вновь. Длительно существует определенный процесс облакообразования, облако же является только видимой в данный момент частью общей массы воды, вовлекаемой в этот процесс. • Это особенно ясно при образовании облаков над горами. Если воздух непрерывно протекает через гору, то на некоторой высоте он адиабатически охлаждается при подъеме настолько, что возникают облака. Эти облака кажутся неподвижно привязанными к гребню хребта. Но в действительности они, перемещаясь вместе с воздухом, все время испаряются в передней части, где перетекающий воздух начинает спускаться, и все время заново образуются в тыловой части из нового водяного пара, приносимого поднимающимся воздухом.
• Высотное положение облаков также обманчиво. Если облако не меняет своей высоты, то это не значит, что составляющие его элементы стабильны. Жидкая или твердая частичка в облаке может опускаться, но достигая нижней границы облака, она переходит в менее насыщенный воздух и здесь испаряется. В результате облако будет казаться длительно находящимся на одном уровне.
• Микроструктура и водность облаков. По своему строению облака делятся на три класса: • 1. Водяные (капельные) облака, состоящие только из капелек. Они могут существовать не только при положительных температурах, но и при температурах ниже нуля (до минус 10 С). В этом случае капельки будут находиться в переохлажденном состоянии. • 2. Смешанные облака, состоящие из смеси переохлажденных капелек и ледяных кристалликов при температурах от минус 10 С до минус 30 С. • 3. Ледяные (кристаллические) облака, состоящие только из ледяных кристаллов при температурах минус 30 С – минус 50 С.
• В теплое время года водяные облака образуются главным образом, в нижних слоях тропосферы, смешанные – в средних слоях, ледяные – в верхних. В холодное время года при низких температурах смешанные и ледяные облака могут возникать вблизи земной поверхности. • Содержание воды в облаках в жидком и твердом виде называют водностью облаков. В водяных облаках на каждый кубический метр облачного воздуха приходится от 0, 2 до 5 г воды. В кристаллических облаках водность значительно меньше – сотые и тысячные доли грамма на кубический метр.
• Международная классификация облаков. Форма облаков в тропосфере достаточно разнообразна. Но их можно свести к относительно небольшому числу основных типов. В современном варианте международной классификации облака делятся на 10 основных родов по их внешнему виду. Эти 10 основных родов составляют 4 семейства, которые различаются друг от друга по высоте и внешнему виду. • 1 семейство. Облака верхнего яруса, находящиеся на высоте более 6000 м. Сюда относятся: • 1 род. Cirus (C) – перистые. Отдельные нежные облака, волокнистые или нитевидные, без «теней» , обычно белые, часто блестящие. • 2 род. Cirocumulus (Cc) – перисто-кучевые. Слои и гряды прозрачных хлопьев и шариков без теней. Часто похожи на рябь на поверхности воды или песка. • 3 род. Cirrostratus (Cs) – перисто-слоистые. Тонкая, белая, просвечивающая пелена или вуаль.
• Все облака этого яруса ледяные. Это самые высокие облака тропосферы. Встречаются при наиболее низких температурах. Их объединяет и внешний вид. Они все белые, полупрозрачные, мало затеняющие солнечный свет.
• 2 семейство. Облака среднего яруса, расположенные на высоте 2000 – 6000 м. Сюда относятся: • 4 род. Altocumulus (Ac) – высококучевые. Представляют собой облачные пласты или гряды белого или серого цвета. Они достаточно тонки, но все же затеняют Солнце. Состоят из мельчайших капелек воды. • 5 род. Altostratus (AS) – высокослоистые. Мощность достигает нескольких километров. Внешний вид – светлый, молочно-серый покров, застилающий небосвод полностью или частично. Это типично смешанные облака: наряду с мельчайшими капельками в них содержатся мелкие снежинки. Эти облака дают осадки, но слабые, и в теплое время года они, как правило, испаряются по пути к земной поверхности. Зимой из высокослоистых облаков часто выпадает мелкий снег.
• 3 семейство. Облака нижнего яруса, располагаются на высоте ниже 2000 м. Сюда относятся: • 6 род. Stratocumulus (Sc) - слоисто-кучевые. Представляют гряды или слои серых или беловатых облаков, которые почти всегда имеют более темные части. В большинстве случаев слоисто-кучевые облака состоят из мелких и однородных капелек. Из них выпадает слабая морось или очень слабый снег( при низких температурах). • 7 род. Nimbostratus (Ns) – слоисто-дождевые, представляют собой мощный слой в несколько километров толщиной, который начитается в нижнем ярусе, но может простираться и в верхний ярус. Состоят они, особенно в нижних слоях, из крупных капель и снежинок. Они имеют серый цвет и Солнце через них не видно. Из них выпадает облажной дождь или снег, который достигает земной поверхности.
• 8 род. Stratus (St) – слоистые. Являются самыми близкими к земной поверхности облаками. На равнинной территории их высота может быть всего несколько десятков метров над землей. Это однородный на вид серый слой капельного строения, из которого может выпадать морось. При низких температурах из облаков могут выпадать ледяные иглы, мелкий снег, снежные зерна. Временами слоистые облака представляют собой разрозненные части, тогда их называют разорваннодождевыми (Fractonimbus – Fn).
• 4 семейство – облака вертикального развития. • 9 род. Cumulus (Cu) – кучевые. Это отдельные облака в нижнем и среднем ярусах, плотные, с резко очерченными контурами, в виде куполов, башен. Они имеют клубообразный характер, на Солнце кажутся ярко-белыми с темным, почти горизонтальным основанием. Часто имеют разорванные края. В этом случае их называют разорванно-кучевыми (Fractocumulus). Кучевые облака состоят из водяных капель. Осадков, как правило, не дают. И только в тропиках, где водность облаков велика, в результате слияния отдельных капель могут выпадать небольшие дожди.
• 10 род. Cumulonimbus – кучево-дождевые. Являются дальнейшей стадией развития кучевых облаков. Они представляют собой мощные кучевообразные массы, которые охватывают все три яруса. Они закрывают Солнце, имеют мрачный вид и сильно уменьшают освещенность. Основание их располагается на высоте около 1500 м, вершина – 9000 м. Кучево-дождевые облака состоят в верхней части из ледяных кристаллов, а в нижней – из кристаллов и капель воды различной величины. Контуры облаков четкие. Они дают осадки ливневого характера: это интенсивные дожди, иногда с градом, зимой сильный густой снег, крупа. С ними часто связаны грозовые явления. Очень часто на их фоне наблюдается радуга.
• Типы облаков и высота, на которой они образуются в средних широтах
• Образование облаков связано с конвекцией, нагреванием неоднородной поверхности, турбулентным переносом водяного пара вместе с воздухом от земной поверхности вверх и адиабатическим охлаждением, с процессом восходящего скольжения (встречаются холодная и теплая масса воздуха, теплая масса поднимается вверх по слабонаклонной поверхности раздела между разнотемпературными массами). В тропиках основная роль принадлежит облакам конвекции, во внетропических широтах преобладают облака восходящего скольжения. Причем, если теплый воздух медленно поднимается по слабонаклонной поверхности, образуется сплошной облачный слой, простирающийся на сотни километров (700 – 900). В нижней части этого слоя располагаются разорванно-дождевые облака, над ними – слоисто-дождевые, выше – высокослоистые, перисто-слоистые и перистые облака. Если же теплый воздух быстро поднимается по слабонаклонной поверхности, образуется иная облачная система. В нижней части формируются кучево-дождевые облака, а выше могут располагаться и другие виды облаков. Облака, образующиеся при подъеме теплого воздуха по холодному, называются фронтальными, если же происходит натекание воздуха на склоны, и подъем его – орографическими облаками.
• Облачность, ее суточный и годовой ход. Степень покрытия небесного свода облаками называют облачностью. Для подсчета облачности предложена 10 ти балльная система, 1 балл равен 10% площади неба. Облачность имеет большое значение для теплооборота на Земле. Она отражает прямую солнечную радиацию и, следовательно, уменьшает ее приток к земной поверхности. Она также увеличивает рассеяние радиации, уменьшает эффективное излучение, меняет условия освещенности. • .
• В суточном ходе облачности над сушей в умеренных широтах летом намечаются два максимума (утром и после полудня). Утром усиливается испарение, а днем – конвекция и дневной максимум выражен сильнее. В холодное время года преобладает утренний максимум, т. к. конвекция выражена слабо
• В тропиках весь год преобладает послеполуденный максимум, т. к. конвекция здесь наблюдается в течение всего года. • В годовом ходе облачность в разных климатических областях меняется по-разному. В низких широтах она в течение года существенно не изменяется. • Над континентами ее ход различен из-за циркуляции атмосферы. В Европе максимум приходится на зиму (циклоническая деятельность), минимум – на весну и лето. В Восточной Сибири и в Забайкалье максимум приходится на лето, минимум – на зиму (антициклон).
• Географическое распределение облачности. Здесь следует отметить два основных фактора, влияющих на распределение облачности. Первый фактор – это общая циркуляция атмосферы, второй фактор – распределение суши и моря. • Облачность больше на всех широтах над морем. При наличии нисходящих токов облачность понижена. Особенно это резко выражено над пустынями. Повышенная облачность над экватором обусловлена восходящими токами воздуха, в умеренных широтах – действием циклонов. Пониженная облачность в тропических широтах – антициклональная циркуляция, нисходящие движения, слой инверсии.
• 6. Световые явления в атмосфере. В результате преломления, отражения света в каплях и ледяных кристаллах облаков возникают гало, венцы, радуги. • Гало образуются в ледяных • кристаллах перисто-слоист • ых облаков. Это светлые • круги вокруг солнечного • диска, формирующиеся • в результате преломле • ния, отражения света.
• Венцы – светлые слегка окрашенные кольца, окружающие просвечивающие сквозь тонкие водяные облака Солнце и Луну. Венец может быть один, а может быть и несколько колец, разделенных промежутками. Причина их появления – дифракция света при прохождении его между капельками и кристаллами облака. Большие белые венцы вокруг Солнца или Луны, «ложные солнца» и столбы – признаки сохранения хорошей погоды.
• Радуга представляет собой светлую дугу, окрашенную в спектральные света от красного (внешний край дуги) до фиолетового (внутренний край дуги). Эта дуга является частью окружности, центр которой находится на уровне глаза наблюдателя. Высота радуги зависит от высоты Солнца над горизонтом. С самолета радуга может быть окружностью. Образуется она при преломлении и отражении солнечных лучей в капельках воды.
• 7. Осадки. При определенных условиях из облаков выпадают осадки, т. е. капли и кристаллы настолько крупных размеров, что они уже не могут удерживаться в атмосфере во взвешенном состоянии. Наиболее распространены снег и дождь, но бывают и другие виды осадков, которые отличаются от дождя и снега. • Под количеством выпавших осадков подразумевается не общий объем воды, а высота слоя, который мог бы образоваться, если бы вода не стекала, не впитывалась в почву и не испарялась. Дождь, образовавший слой воды в 1 мм, выливает на 1 гектар 100 м 3 воды, т. е. около 900 ведер. Слабый дождь дает 2 – 3 мм осадков, умеренный – 5 – 10 мм.
• Распределение годовых сумм осадков (мм) (линии на карте, соединяющие точки с одинаковым количеством осадков за определенный период времени (например, за год), называются
• Типы осадков по происхождению: I - конвективные, II фронтальные, III - орографические; ТВ - теплый воздух, ХВ холодный воздух.
• Типы годового хода осадков: 1 - экваториальный, 2 муссонный, 3 - средиземноморский, 4 - континентальный умеренных широт, 5 - морской умеренных широт.
