пользователей: 30398
предметов: 12406
вопросов: 234839
Конспект-online
РЕГИСТРАЦИЯ ЭКСКУРСИЯ

14. Облака, образование и строение. Международная классификация облаков.

Облака

В атмосфере в результате конденсации возникают скопления продуктов конденсации – капель и кристаллов, видимых простым глазом – это облака. Облачные элементы – капли и кристаллы – настолько малы, что их вес уравновешивается силой трения. Установившаяся скорость падения капель в неподвижном воздухе равна нескольким долям сантиметра в секунду, а скорость падения кристаллов – еще меньше. Существующее в атмосфере турбулентное движение воздуха приводит к тому, что столь малые капли и кристаллы вовсе не выпадают, а длительное время остаются взвешенными в воздухе, смещаясь, то вниз, то вверх.

Облака переносятся воздушными течениями. Если относительная влажность в воздухе, содержащем 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.

При конденсации непосредственно у земной поверхности скопления продуктов конденсации называют туманами. Принципиальной разницы в строении облаков и туманов нет. В горах возможно возникновение облака на самом горном склоне. Для наблюдателя, смотрящего снизу, из долины, это будет облако, для наблюдателя на самом склоне – туман.

Отдельные облака существуют очень короткое время, Например, время существования отдельного кучевого облака иногда составляет всего 10–15 мин. Это значит, что недавно возникшие капли, из которых состоит облако, снова быстро испаряются. Но даже длительное существование облака не означает, что оно находится в неизменном состоянии, т.е. длительное время состоит из одних и тех же частиц. В действительности элементы облака постоянно испаряются и возникают заново. Длительно существует определенный процесс облакообразования; облако же является только видимой в данный момент частью общей массы воды, вовлекаемой в этот процесс.

Взвешенность облаков также обманчива. Если облако не меняет своей высоты, то это еще не означает, что составляющие его элементы не выпадают. Капли в облаке могут опускаться, но, достигая нижней границы облака, они переходят в ненасыщенный воздух и испаряются. В результате облако будет казаться длительно находящимся на одном уровне.

По фазовому состоянию облачных элементов облака делятся на три класса.

Водяные (капельные) облака, состоящие только из капель. Они могут существовать не только при положительных температурах, но и при отрицательных (–10 °С и ниже). В этом случае капли находятся в переохлажденном состоянии, что в атмосферных условиях вполне обычно.

Смешанные облака, состоящие из смеси переохлажденных капель и ледяных кристаллов.

Они могут существовать, как правило, при температурах от –10 до –40 °С.

Ледяные (кристаллические) облака, состоящие только из ледяных кристаллов. Они преобладают, как правило, при температурах ниже –30 °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 темпе-ратурах смешанные и ледяные облака могут возникать и вблизи земной поверхности. В исключительно редких случаях чисто капельное строение облака могут сохранять до температур порядка –30 …–35 °С.

При температурах ниже –10 °С преобладают смешанные облака, т.е. в облаке наряду с каплями имеются и кристаллы. Наиболее высокие облака тропосферы, наблюдающиеся при температурах порядка –30… –50 °С, имеют, как правило, чисто кристаллическое строение.

Размеры облачных капель варьируют в широких пределах – от долей до сотен микрометров.

В зависимости от условий образования и от стадии развития облако может состоять из капель как сравнительно однородных, так и весьма различных по размерам. В умеренных широтах наиболее часто в облаках встречаются капли радиусом от 3 до 20 мкм. В стадии, близкой к выпадению осадков, радиус облачных капель увеличивается примерно до 20–30 мкм, появляются и сверхкруп-ные капли с r = 100 мкм. При таянии кристаллов и взаимном слиянии капель в облаках могут образоваться капли радиусом до 100–200 мкм. Капли таких размеров начинают выпадать из облака

в виде мороси или дождя. Радиус капель дождя может достигать и тысяч микрометров, т.е. нескольких миллиметров.

Кристаллы в облаках разнообразны по форме и размерам. Замерзание капель при низких температурах дает так называемые полные кристаллы – ледяные шестиугольные (гексагональные) пластинки или призмы диаметром 10–20 мкм. При дальнейшей сублимации (кристаллизации) они растут и на их углах появляются разветвления (лучи). На этих разветвлениях образуются новые, и кристаллы превращаются в шестилучевые звезды (снежинки) или иного вида кристаллы сложной и разнообразной структуры. Размер их может достигать нескольких миллиметров в диаметре.

Число капель в единице объема облачного воздуха (1 см3) в среднем составляет: от сотен на 1 см3 (800 капель/см3) в нижней тропосфере до десятков на 1 см3 (100 капель/см3) в высоких слоях тропосферы. Содержание кристаллов в облаках еще меньше – порядка 0,1/см3, однако в плотных облаках оно может быть на порядок больше, т.е. 1/см3. В неплотных облаках верхнего яруса концентрация кристаллов может составлять десятки на 1 м3.

Массу капель воды и кристаллов льда в единичном объеме облачного воздуха называют водностью облаков. Содержащиеся в единице объема облачного воздуха капли и (или) кристаллы так малы, что несмотря на их значительное количество, масса воды в жидком виде в облаках невелика. В водяных облаках в 1 м3 облачного воздуха содержится от 0,1 до 0,3 г воды. Только в кучевых облаках водность больше и меняется от 0,7 г/м3 в их нижней части до 1,8 г/м3 – в верхней, достигая в отдельных случаях 5 г/м3. В кристаллических облаках водность значительно меньше – сотые доли грамма на 1 м3. Это и понятно, если вспомнить, что абсолютная влажность воздуха равна лишь граммам в 1 м3, а в более высоких слоях, т.е. при более низких температурах, – нескольким долям грамма. При конденсации переходит в жидкое состояние не весь водяной пар, имеющийся в воздухе, а только часть его. Поэтому водность облаков оказывается еще меньше, чем абсолютная влажность воздуха.

Международная классификация облаков

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.

 


20.01.2015; 22:17
хиты: 132
рейтинг:0
для добавления комментариев необходимо авторизироваться.
  Copyright © 2013-2024. All Rights Reserved. помощь