Спасибо, что вы с нами!

Циррусы на стратусах, кумулюсами погоняют

Какие бывают облака, как они возникают и что могут сказать о погоде

Облака принимают мириады форм — текут, меняются, рассеиваются и вырастают буквально на глазах. Взгляните на небо летним днем: мимо проплывает слон, следом — черепаха, рядом вырастает гриб, а вдали висят перья павлина. И все-таки из всего этого многообразия ученые умудряются выделять ровно десять родов, или форм, облаков.
Добавить в закладки
Комментарии
...

«На удивление поздно возникла общепризнанная классификация облаков. Их многообразие всегда сбивало с толку специалистов. Нужна была система. В метеорологии это огромное достижение совершил англичанин Люк Говард, который по профессии был фармацевтом, а метеорологией просто увлекался. Он первый в начале XIX века разработал общепризнанную классификацию облаков. И он же является отцом городской климатологии, именно он открыл явление „городской остров тепла“», — рассказывает «Чердаку» кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ Михаил Локощенко.

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

«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.

Схема: Анатолий Лапушко / Chrdk.

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

«Это протяженные массивы слоисто-кучевой облачности, имеющей неровный нижний край, проявляющий причудливую структуру атмосферных волн в облачном слое. При определенном освещении эти облака могут выглядеть драматичными или даже устрашающими», — говорит главный специалист Гидрометцентра Марина Макарова.

Впрочем, возможно, они встречаются чаще, чем мы думаем, но, чтобы понять, что мы видим над собой асперитас, нужно долго их разглядывать. А вот говорить, что эти облака «появились» в начале XXI века, неправильно, отмечает кандидат географических наук, штатный метеоролог сборной команды России по парусному спорту Леонид Дубейковский.

«Просто у каждого появился смартфон, появилась возможность снимать таймлапсы. Эти облака точно так же были и тысячу лет назад, и миллион, — говорит Дубейковский. — А новые виды [облаков], кроме следов от самолетов, не появляются. Какие облака были тысячу лет назад, такие и сейчас».

Облако. Начало

«Само слово „пар“ очень опасное, — рассказывает „Чердаку“ Леонид Дубейковский. — Есть физическое понятие „водяной пар“ — это вода в газообразном состоянии, когда молекулы воды летают отдельно, так же как молекулы азота и кислорода в атмосфере. Но у нас есть и бытовое понятие „водяной пар“ — это тот пар, который поднимается из носика чайника или идет из открытой двери бани. Там вода уже не в газообразном состоянии, а в жидком: она состоит из мелких, микроскопических капелек воды, поэтому мы ее видим. 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, говорит Дубейковский, — 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 и даже помета с птичьих базаров, микроскопические частицы которого 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.

Разгон облаков. Источник: TheLeakSource / youtube

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. Ученые сейчас предлагают распылять соленую морскую воду в воздухе над Большим барьерным рифом, чтобы защитить его от обесцвечивания. Они предполагают, что образующиеся облака помогут снизить температуру, рост которой приводит к гибели кораллов.

«Когда во Владивостоке готовились к саммиту АТЭС 2012 года, шло интенсивное строительство. И Приморский гидрометцентр отметил, что изменилась погода. Все это огромное количество пыли и загрязняющих частиц от строительства оказалось взвешенным в воздухе, и на них стали образовываться облачные капли. В эти 2−3 года там стало более пасмурно и более дождливо», — рассказывает Дубейковский.

Нечто подобное, но с более катастрофическими последствиями, происходило 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?

Но вернемся к облакам. Все они 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 км. В сухих климатах, над теми же самыми пустынями, вообще не будет конденсации», — говорит Дубейковский.

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

Кучевые облака. Фото: PiccoloNamek / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

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.

Поднимающийся дым сдерживается вышележащим слоем более теплого воздуха. Фото: JohanTheGhost / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

«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», — рассказывает Дубейковский.

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

Облака Кельвина — Гельмгольца возникают при скоростном сдвиге двух слоев воздуха: теплого, менее плотного, движущегося с большей скоростью слоя воздуха, расположенного над слоем более холодного и плотного воздуха, который движется медленнее. На границе этих слоев и возникает завихрение. Источник: Jim Collier / youtube

«Загрязняющие частицы задерживаются инверсионными слоями. В инверсионных слоях задерживаются вертикальные потоки, направленные вверх, — поясняет Дубейковский. — Когда летит самолет, вокруг него перенасыщение по влажности может составлять 120—150%, и его выхлоп, микроскопические частицы, становятся ядрами конденсации. И за ним может появиться длинный след, который не размывается в течение нескольких часов, из него даже образуются перисто-кучевые облака, они имеют характерную линейную структуру, и они могут, как сетка, закрывать небо. В некоторых районах Европы, где авиасообщение очень интенсивное, такие следы становятся локальным фактором, который влияет на погоду и климат. Сквозь них солнечные лучи отлично проникают, а длинноволновая радиация — фактор охлаждения поверхности — наоборот, задерживается».

Следы от самолетов в 2017 году официально пополнили Международный атлас облаков как антропогенный тип перисто-кучевых облаков — Cirrocumulus tractus

Но не только самолеты производят облака. Города вообще работают как своего рода «фабрики облаков».

«Любой город — источник облаков. Это прогрев. И есть такое понятие „городские острова тепла“. Бывает, что в городе градусов на 5−8 теплее, чем в пригороде, а значит, над городами висит облачность и загрязнение там больше», — говорит Дубейковский.

Грозовые облака над Москвой. Фото: Сергей Бобылев / ТАСС

Кучи, гало и серебристые облака

Хотя облака делят на три яруса, есть такие, которые растут вверх на километры и похожи на башни — это облака вертикального развития, или кучево-дождевые (Cumulonimbus). Чаще всего они образуются с нижнего яруса. Такие облака могут вырасти буквально за несколько минут, из них идет дождь или град, могут быть грозы, их образование сопровождается шквалами, говорит главный специалист Гидрометцентра Марина Макарова.

Таймлапс грозового вала (Cumulonimbus arcus), накатывающего на город. Автор: Karthik Easvur / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

Кучево-дождевые облака можно считать сезонными, в наших широтах они образуются в основном в теплое и переходное время года. Вообще, чтобы появились кучевые облака, должен быть интенсивный прогрев поверхности, поэтому зимой, в его отсутствие, на небе царят слоистообразные облака.

Слоистое облако царит над пейзажем. Фото: PiccoloNamek / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

Другие гости на небосводе в средней полосе России, которые можно увидеть только в определенное время, — серебристые облака, рекордсмены-высотники. Они появляются в мезосфере, то есть на высоте 75—90 км, и состоят из кристалликов льда. Вообще-то, они образуются круглый год, но, чтобы их увидеть, нужно подходящее освещение.

Серебристые облака. Источник: Viktar Malyshchyts / youtube

«Их можно наблюдать с середины мая до первых чисел августа: нужно смотреть на север, когда солнце уже прячется за горизонт — порядка 8−13 градусов. Солнечные лучи проникают высоко вверх до мезосферы и подсвечивают эти облака. Они были видны над Москвой несколько дней: 25—28 июня и 8—9 июля», — говорит Макарова.

Лучи солнца в облаках создают и более известные оптические явления: радугу, отражаясь и преломляясь в каплях, и гало, преломляясь в кристаллах льда. Кстати, метеорологи считают последнее признаком приближающегося теплого фронта, как и перисто-слоистые облака, в которых оно и появляется.

Перисто-слоистое облако создает гало вокруг Луны. Фото: SeanMack / wikimedia commons / CC BY-SA 3.0

Вид облаков может рассказать о том, насколько оно «мокрое». Например, если облако белоснежное, как пломбир или бумажный журавлик, то капли в нем совсем мелкие. И чем оно темнее, тем больше в нем крупных капель.

Облака могут быть не только «сезонные», но и типичные для определенного места. Например, над Фудзиямой, камчатскими вулканами и вообще горами образовываются линзовидные, или лентикулярные, облака.

Лентикулярное облако над Тронадором, неактивным стратовулканом в Андах. Фото: xxxx / wikimedia commons / CC BY-SA 2.0

«В атмосфере существует волна, а воздух все равно протекает. То есть облако вроде как существует, но через него проходит воздух: относительно постоянная форма, но ее содержание постоянно меняется. Иногда может быть несколько линз, одна над другой», — говорит Макарова.

Добавить в закладки
Комментарии
...
Вам понравилась публикация?
Расскажите что вы думаете и мы подберем подходящие материалы