Наблюдения за облаками

Ученые интересовались облаками не век и не два: наблюдали, классифицировали, описывали поведение и его эффект на погоду. Но этого им, конечно же, было мало — и они начали создавать облака сами, в лаборатории. В Обнинске даже находится уникальная, единственная в мире установка, которая умеет делать облака и туманы. 

Общепризнанная классификация облаков возникла на удивление поздно. Их многообразие всегда сбивало с толку специалистов. В метеорологии это достижение совершил англичанин Люк Говард, который по профессии был фармацевтом, а метеорологией просто увлекался. Он первый в начале XIX века разработал классификацию облаков и ее признали как самую полную. И он же является отцом городской климатологии, именно он открыл явление „городской остров тепла“.

Говард впервые разделил облака по формам на кучи (лат. cumulus), слои (лат. stratus) и перья (лат. cirrus) и дал всем им описание:

Схема: Анатолий Лапушко / Chrdk.

«Правда, историки науки говорят, что нечто подобное незадолго до него предложил Жан Батист Ламарк в 1802 году, — отмечает Локощенко. — Например, перья он называл метлами. Но Ламарк увлекался долгосрочными прогнозами погоды, что, как известно, дело неблагодарное, и пытался прогнозировать погоду по Луне. В итоге неудачными прогнозами он сильно подорвал свой авторитет в области метеорологии. Настолько, что Наполеон в резкой форме посоветовал ему ограничить свою деятельность ботаникой».

Форма облака зависит от высоты, на которой оно образуется: на нижнем ярусе — от 0 до 2 км — облака состоят из жидких капель, на верхнем ярусе — выше 7 км — уже из кристалликов льда, а на среднем, между этими высотами, кристаллики льда смешиваются с каплями, поэтому и облака там смешанные. Впрочем, деление по высоте довольно условное и зависит от широт и сезона: у полюсов высота ярусов ниже, а в тропиках — выше среднего, летом в средней полосе России — выше, а зимой — ниже.

Как в зоологии или ботанике, в метеорологии в названиях облаков сначала идет имя родовое, а затем видовое, например, Stratocumulus mammatus — это вымеобразные облака, относящиеся к слоисто-кучевым:

Вымеобразное облако. Фото: Anton Yankovyi / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0

И все они собраны в Международном атласе облаков, составляемом Всемирной метеорологической организацией.

В прошлом году этот реестр пополнился новым экземпляром — облаками асперитас (Asperitas).

                                             

Облака асперитас. Источник: Alex Schueth / youtube

Облако. Начало

По сути дела, туман, пар из носика чайника, облако — это уже вода в жидко-капельном состоянии.

Когда солнце нагревает землю или воду, тепло от этой поверхности передается нижним слоям воздуха, в котором в той или иной концентрации есть вода в газообразном состоянии — тот самый водяной пар. С повышением температуры плотность воздуха понижается, и он стремится вверх. Чем выше он поднимается, тем ниже становятся атмосферное давление и температура. В конце концов температура достигает точки росы, при которой водяной пар в воздухе достигает насыщения и конденсируется.

Но, чтобы вода из газа смогла стать каплей или кристаллом льда даже при высокой относительной влажности и низкой температуре, ей нужны ядра конденсации, твердые частицы, на поверхности которых и сможет выпасть роса. И тут облакам подходит абсолютно все, что есть в воздухе: от частичек пыли и микробов до загрязняющих веществ, микроскопические частицы которых поднимает ветер.

На конденсации основан и «разгон» облаков жидким азотом или йодистым серебром. Эти вещества в небе становятся ядрами конденсации, и облака, грозящие дождем, разрешаются от своего бремени немедленно.

В открытом море ядрами конденсации становится морская соль, поднятая в воздух с поверхности воды. Этой соли над морем предостаточно — именно из-за конденсации на ее частицах яхтсменам, дайверам и кайтерам нужно опреснять одежду. Оставшиеся на них кристаллики соли притягивают молекулы воды, они оседают, и одежда остается влажной даже под палящим солнцем. 

В Лондоне, где до середины XX века для отопления в домах использовали уголь, вместе с дымом в воздух попадало большое количество частиц различных веществ. Они становились ядрами конденсации и причиной легендарных туманов. Так, окутавший город в декабре 1952 года Великий смог стал причиной гибели от 4 до 12 тысяч человек.

Куча или перо?

Все облака образуются за счет подъема теплого воздуха, понижения давления, расширения воздуха, охлаждения, увеличения влажности и конденсации. Высота, на которой облака начинают образовываться, — нижняя граница облачности (НГО) — во многом зависит от влажности воздуха: чем он суше, тем НГО выше. И наоборот, чем более влажный — тем ниже.

Когда воздух влажный, конденсация начинается на нескольких сотнях метров — 300−400 метров может быть основание облака. Если воздух сухой, то конденсация может происходить на 1,5−2 километрах. В сухих климатах, над теми же самыми пустынями, вообще не будет конденсации.

Если теплый воздух поднимается с подстилающей поверхности, то, как правило, образуются облака нижнего яруса, чаще всего кучевые.

А облака среднего и верхнего ярусов образуются, если все те же процессы — подъем теплого воздуха, его расширение, охлаждение, повышение влажности до 100% и конденсация — происходят уже на высоте. Например, если воздух, уже находящийся на высоте, поднимается еще выше, встречаясь с горой или другим препятствием на своем пути. Таким препятствием может стать и клин холодного воздуха у поверхности — теплый массив начинает «забираться» по нему вверх. Так возникает температурная инверсия — температура воздуха на высоте оказывается выше, чем в слое ниже.

Вся воздушная масса, залезая на клин холодного воздуха, поднимается, на больших высотах образуются перистые облака. Поэтому считается, что появление перистой облачности — признак скорого ухудшения погоды, того, что идет теплый фронт.

Кроме того, инверсионные слои воздуха задерживают и не дают загрязняющим частицам, пыли и всему тому, что может стать ядрами конденсации, подняться на большие высоты.

 

 

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *