Очередная вылазка в нашу любимую глобальную сеть озадачила меня. Чем больше я читаю, тем больше понимаю, насколько самые простые и банальные вещи могут быть интересны.

Взять хотя бы облака. Кто в детстве не мечтал на них покататься? Мы верили, что это возможно. Ведь они наверняка мягкие и приятные на ощупь.

Позже, изучая физику, каждый из нас разочаровывался, когда узнавал природу облаков. Оказывалось, что облака – это не мягкое, пушистое и приятное. Это капельки воды или кристалики льда в атмосфере. Их еще часто называют облачными элементами. При чем, оказывается, при разных температурах состав облаков может быть разным. Облака состоят из капелек воды, если температура воздуха превышает?10 °C. Это обыкновенные дождевые облака. Если же она ниже таковай, но выще?15 °C, то в состав облаков входят как капельки, так и маленькие кристалики. Кстати сказать, именно такие облака посылают нам мокрый снег или снег с дождем. При температуре в облаке ниже?15 °C облако полностью состоит из кристалликов, которых превращаются в снежинки.

Однако, в облаке кристалики и капельки очень маленькие. А откуда же берутся огромные хлопья снега и крупные капли весеннего дождя? Все достаточно просто. Постепенно количесто элементов в облаке увеличивается. Элементы сливаются друг с другом, образуя капельки и снежинки. Облака возрастают и при достижении критической массы начинаю выпадать осадки.

Осадки обычно выпадают не из однородных облаков, а из тех, которые имеют смешанный состав хотя бы одного слоя. Это, например кучево-дождевые, слоисто-дождевые, высоко-слоистые. Хотя слабые осадки в виде мороси или слабого мелкого снега могут выпадать и из однородных облаков, например, из слоистых.

Чаще всего облака образуются и наблюдаются в нижнем слое атмосферы, именуемым тропосфера. Реже облака наблюдаюстя на высоте 20-25 километров. Такие облака получили особое название – перламутровые облака. Совсем редко облака забираются на высоту 70-80 километров. У них тоже есть свое название – серебристые.

Не смотря на огромное количество всевозможных причудливых форм облаков в трапосфере, классифицировать их достаточно просто. Даже по внешнему виду.

Перистые облака (Cirrus, Ci).

На вид, это, пожалуй, самые легкие и хрупкие облака. Они состоят из тоненьких белых ниточек или клочьеи. Такие облака всегда имеют форму вытянутых гряд. Это, пожалуй, самые высотные трапосферные облака. Наблюдатся обычно в верхних слоях трапосферы (от 3 до 18 км над землей, в зависимоти от широт). Эти облака примечательны тем, что по вертикали они могут иметь достаточно большое протяжение (от сотен метров до нескольких километров). Видимость внутри облаков не очень высокая: всего 150-500 метров.Причиной этого является то, что состоят такие облака из достаточно крупных кристаликов льда. Из-за этого они имеют заметную скорость падения. Однако из-за ветра мы видим не вертикальные полоски, а сдвинутые и причудливым образом искривленные нити перистых облаков.

Интересно, что такие облака часто движутся впереди теплой воздушной массы. Так же они часто сопровождают антициклоны. А иногда даже являются банальными остатками кучево-дождевых облаков.

Очень интересно, что появление таких облаков может свидетельствовать о предстоящем сильном проливном дожде примерно через сутки.

Перистые облака так же делятся на несколько подвидов.

Перисто-кучевые облака (Cirrocumulus, Cc).

Расположены эти облака так же высоко, как предыдущий вид. Из таких облаков мы никогда не увидем осадков. Интересно при этом, что при появлении таких облако можно смело сказать – через несколько часов возможна гроза с ливнем. А иногда и шторм.

Такие облака прозвали “барашками” за их причедливые формы в виде небольших групп или рядов шариков. Очень часто наблюдаются с перисто-слоистыми и перистыми.

Высота нижней границы чуть выше, чем у предыдущего вида. Она простирается примерно на 6-8 километрах от земли. Протяженность по вертикали достигает километра. Однако видимость внутри намного выше перистых облаков – от 5,5 до 10 километров.

Пи таких облаках наблюдается очень интересное явление – иридизация. Оно заключается в том, что края облаков приобретаю радужную окраску, что само по себе очень красиво.

Перисто-слоистые облака (Cirrostratus, Cs).

Эти облака состоят из кристаликов льда. Их очень легко узнать: они представляют собой однородную белесую пелену, заволакивающую небо. Появляются они обычно почти сразу после перистых собратьев. Хотя высота их расположения/ такая же, как у предыдущих видов, по вертикали они намного длиннее своих собратьем. Их протяженнность колеблется от 2 до 6 километров. Видимость внутри облака очень маленькая: от 50 до 200 метров. Как и предыдущие два вида появление таких облаков сулит скорое изменение погоды. За ними следуют дожди и грозы. Почему, спаросите вы? Да все просто. Все вышеперечисленные виды облаков движутся впережи теплой воздушной массы, в которой очень много влаги. А она, в свою очередь, и является источником дождей.

Не смотря на то, что облака затягиваю небо пеленой, свет Солнца и Луны может проходить сквозь них. При этом часто лучи искажатся и образуется такое интересное явление, как гало. Она представляет собой светящееся кольцо вокруг Солнца или Луны. Но, к сожалению, это красивое явление очень недолговечно, поскольку облака очень быстрно начинают уплотнятся.

Интересный факт, что круг гало в народе являлся предзнаменованием близкого дождя. Люди верили, что это Луна или Солнце умывалось. А после водных процеду светила, по примете, выливали соду на землю.

Высоко-слоистые облака (Altostratus, As).

Внешне они представляют собой мрачную сероватую или сине-серую пелену, через которую иногда проглядывает солнышко, хотя и в виде бесформенного расплывчатого пятна.

Эти облака обитают, так сказать ниже, чем уже рассмотренные их собратья примерно на высот 3-5 километров над уровнем моря. Но они так же достаточно протяжены по вертикали - от 1 до 4 километров. Видимость в них совсем маленькая - 25-40 метров. Состав этих облаков неоднороден. В него входят как кристаллики, так и капельки воды, правда, переохлажденной.

В отличии от всех вышеперечисленных видов из этих облаков в любое время года всегда выпадают осадки в виде дождя или снега. Интересно, что дождь из таких облаков не долетает до земли, а испаряется в процессе полета.

Вслед за этими облаками появляются слоисто дождевые собратья.

Высоко-кучевые облака (Altocumulus, Ac).

Эти облака являются предвестниками скорейших ливней. Они имеют форму небольших шаров или прастинок, которые располагаются рядами или собираются в отдельные группы. Расцветка их самая различная: от белых, да синих. Протяженость их невелика -всего до нескольких сот метров. Видимоть тоже слабовата: всего то 50-70 метров. Расположены они в средних слоях стратосферы, примерно от 2 до 6 километров над землей. Помимо дождей такие облака несут вместе с собой похолодание.

Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns).

Это хмурые тёмно-серые облака, которые представляют собой сплошной слой. Кажется, что нет ему не конца не края. Везде пасмурное небо, из которого постоянно льет дождь. Так продолжается довольно долго.

Они намного темнее своих слоистых собратьев. В отличии от всех вышеописанных облаков эти расположены в нижних слоях стратосферы. Витают они практически над землей на расстоянии от 100 метров, хотя их толщина может быть до нескольких километров.

Движения этих облаков сопровождает сильный и холодный ветер, температура понижается.

Слоистые облака (Stratus, St).

Этот вид облаков очень похож на туман. Расположены они очень низко над землей. Нижняя граница не превышает сотни метров. Иногда, когда облака летают очень низко,они могут слиться с обычным туманом.

Максимальная толщина у них сотня метров. Эти облака не всегда приносят дождь. Лишь только загустев и окрепнув, они прольют драгоценную влагу на землю. При этом дождь будет не очень сильный и намного короче, нежели дождь слоисто-дождевых облаков.

Слоисто-кучевые облака (Stratocumulus, Sc).

Такие облака не всегда приносят с собой осадки. Образуются они, когда холодный воздух приходит на смену теплому. При этом влага не выделяется, а наоборот поглощается. И дождей не наблюдается. Они имеют преимущественно серую расцветку и представлены в виде крупных волн и гряд, между которыми есть небольшие просветы. Имеют среднюю ширину - 200-800 метров.

Кучевые облака (Cumulus, Cu).

Иногда их называют вестниками хорошей погоды. Этот вид облаков мы видим наиболее часто. Белые, яркие, в виде всевозможных фигурок они потрясают и развивают наше воображение. Они имеют форму купола с плоским основанием или башен с округлыми очертаниями. Примечательно, что они очень широкие - до 5 километров и более.

Кучево-дождевые облака (Cumulonimbus, Cu).

Это очень мощные облака. Иногда их ширина достигает 14 километров. Это облака гроз, ливней, града и шквального ветра. Чаще всего к этим облакам применяют слово «тучи». Иногда они выстраиваются в так называемую линию шквалов. Интересно, что состав облаков разнится в зависимости от высоты. Если нижние слои состоят преимущественно из капелек воды, то верхние - из кристалликов льда. Развиваются они из мощных кучевых облаков, а их появление не предвещает ничего хорошего.

Кстати, облака есть не только на нашей планете. Оказывается, что везде, где есть газовая оболочка, есть и облака. Но состоят они не из воды, а, например, из серной кислоты.

Вот видео, в котором показаны различные облака: (удивительно красиво!)

Ну вот, пожалуй и все, что я хотела написать об этих белогривых лошадках в этот раз.

Как часто облака могут сказать вам, на какой стадии развития находятся погодные условия, когда вы не имеете официального прогноза. В этом случае, некоторые облака могут рассказать о приходящей погоде. Обычно, порядок смены облаков в определенной последовательности, лучше для прогноза, чем просто определение типа облаков. Не всегда просто определить тип облаков. Почти постоянно имеется несколько их типов одновременно на небе, и они меняют свою форму со временем.

Облака характеризуются их высотой и формой. Имеются высокие облака. Облака среднего уровня и низкие облака. Внутри каждой высотной характеристики различаются округлые, массивные облака – кучевые (Cumulus), легкие, дымчатые или полосками – перистые (Cirrus) и монотонные слои облаков – слоистые (Stratus). С практической точки зрения, чаще всего полезно классифицировать облака по принципу – или они лежат слоями, что является результатом относительной стабильности воздуха, или выглядят как отдельные, округлой формы, представляющие вертикальное движение и нестабильность воздушных масс. Ценным, например для прогноза погоды в горах, будет установить особенности воздушной массы, основываясь на природе облаков, которые мы наблюдаем. Для распознавания облаков также является важным наличие облачных волн в них и знание разницы, что могут рассказать высокие облака, а что низкие. К тому же облака характеризуются состоянием воды в них – то ли это капельки воды (в низких облаках), то ли ледяные кристаллы (в высоких), или же их смесь с водой (в основном в облаках среднего уровня). Это важно для шквальных формирований, где можно ожидать молний, дождя, снега и т.д.

Имеется 12 основных типов облаков. Их определение, значимость, идентификация и разграничение, является необходимым для практического применения в предсказании погоды:

«Высокие» – означает расположенные выше высоты 5 — 6 км. Это зона «струйных течений», или как мы говорим, ветра наверху. Иногда эти ветра называют «пути штормов». Их свойством является большая скорость – более 50 узлов, и постоянное направление – западное. Именно эти потоки воздуха наверху и приносят все изменения погоды в средних широтах.

Поскольку температура воздуха падает с высотой (6 град.С на 1км), высокие облака более важно характеризовать температурой. Водяной пар на этой высоте замерзает, поэтому все облака этого уровня сформированы из ледяных кристаллов. В отличие от низких облаков, состоящих из капелек воды. Все высокие облака – облака перистого типа — «хвосты», слоистые, обрывки неправильной формы или тонкие просвечивающиеся, кучевые. Слово «перистые» (cirrus) в названиях облаков, применимо только к высоким облакам, тогда как «кучевые»(сumulus) или «слоистые» (stratus), может быть применено к облакам любых уровней высоты.

«Низкие» облака расположены ниже высоты 2 км. Непросто оценить высоту облаков на море, тогда как на суше, вы можете сравнить ее, скажем, с известной высотой вершины соседней горы. «Кучевые облака хорошей погоды» обычно расположены в верхней части этого уровня, т.е. от 1200 до 2000 метров от земли. Когда вы видите эти хорошо сформированные, относительно небольшие, мягкой формы белые облака в небе – они могут вам служить подсказкой в определении высоты: все облака на этой и меньшей высоте — есть низкие облака, а выше – средние и высокие. Низкие облака иногда лежат на земле. Это могут быть слоистые облака и туман. Основания облаков могут формироваться на точке росы, поскольку, по определению эта точка есть температура, при которой невидимый водяной пар конденсируется в видимые облака. Возьмите температуру воздуха у поверхности минус точку росы, разделите это на 4 и умножьте на 300 метров. Полученный результат будет высотой, на которой температура воздуха равна точке росы, и там образуются облака. В сухие дни кучевые облака расположены выше, чем в во влажные. Направление движения низких кучевых облаков почти такое же, как и приземного ветра. Это направление может немного отличаться вправо, вследствие того, что более высокий ветер не испытывает трения о землю. Встав лицом к ветру, вы увидите низкие кучевые облака, бегущие от направления около 30 градусов вправо. Над водой это отклонение меньше – около 15 градусов, потому, что трение воздуха о воду меньше.

Облака среднего уровня всегда расположены между высокими и низкими облаками. В их названиях используется префикс «alto», что в терминологии облаков определяет именно эти облака среднего уровня. Хотя их называют, например, «высоко-слоистыми», это слоистые облака среднего уровня в отличие от «перисто-слоистых» (высоких облаков) и просто «слоистых» (низких облаков).

Но существуют типы облаков, которые относятся к довольно редким явлениям природы. Они имеют очень необычные формы, цвета и мало понятные особенности, какую погоду могут принести подобные облака?

1. Находятся на высоте около 15 — 25 км в стратосфере и тропосфере. Необычна их расцветка – переливающаяся, радужная. Такие облака можно встретить зимой в условиях Крайнего севера: на Аляске, в скандинавских странах, в Северной Канаде. Отличаются от других облаков тем, что ярко выделяются на закатном небе уже после захода солнца.

2. «Вымяобразные» облака (Трубчатые ). Эти облака имеют причудливую форму, напоминающую вымя. При низкой высоте Солнца над горизонтом они могут приобретать серо-голубой, серо-розовый, золотистый и даже красноватый цвет. Появление этих облаков всегда предвещает грозовые штормы, причем сами облака могут находиться за несколько километров от очага грозы.

3. Высококучевые облака Castelanus .Облака-медузы, названные так за сходство с обитателями моря, формируются на стыке влажного воздуха Гольфстрима и сухого воздуха атмосферы. Середина облака становится похожей на тело медузы, а «щупальца» облака формируют испарившиеся дождевые капли.

4. . Крайне редкие формации. Серебристые облака — очень тонкий, почти прозрачный слой облаков на высоте 82-102 км, заметный вследствие их слабого свечения на фоне ночного неба. Считается, что серебристые облака состоят из ледяных кристаллов и частиц вулканической и метеорной пыли, рассеивающих солнечный свет. Их блеск в ночном небе объясняется тем, что они отражают невидимый на «ночной» стороне Земли свет Солнца. Увидеть их можно только в сумерках, когда они подсвечены солнцем из-за горизонта. Днем они не видны.

5. Грибовидные облака – облака дыма в форме гриба, сформировавшиеся в результате соединения мельчайших частиц воды и земли, или в результате мощного взрыва. Чаще всего они ассоциируются с атомным взрывом, однако любой относительно мощный взрыв может произвести такой же эффект.

Эти тонкие спиралевидные завитки – самые редко встречающиеся в природе облака. Продолжительность их «жизни» равна одной-двум минутам, именно поэтому увидеть их воочию – большая удача.

7. «Чечевицевидные» облака () обладают столь странной формой, что стороннему наблюдателю напомнят об НЛО. Особенность их том, что при самом сильном ветре они остаются неподвижными. Эти облака – прекрасные предсказатели приближающегося атмосферного фронта, шторма или бури. Особенно хорошо знакомы с этими «предсказателями» жители горных районов. Эти облака, известные, как высоко кучевые облака, имеющие постоянную форму, которая формируются крайне высоко, обычно выравниваются под правильными углами к направлению ветра.

Лентикулярые облака образуются на гребнях воздушных волн или между двумя слоями воздуха. Характерной особенностью этих облаков является то, что они не двигаются, сколь бы ни был силен ветер. В них происходит беспрерывный процесс – воздух поднимается выше уровня конденсации, сгущаются водяные пары, на нисходящем пути водяные капли испаряются, и облако кончается. Поэтому-то чечевицеобразные облака и не меняют своего положения в пространстве, а стоят в небе, как приклеенные. Появление линзовидных облаков свидетельствует, что в атмосфере – сильные горизонтальные токи воздуха, образующие волны над горными препятствиями, что в воздухе достаточно высокое содержание влаги. Это связано обычно с приближением атмосферного фронта или с энергичным переносом воздуха из отдаленных районов

Облако над Аю-Дагом в Крыму

Это низкие, горизонтальные облака, словно закрученные в трубки. Являются предвестниками сильных порывов ветра, гроз, холодного фронта. Издалека они весьма напоминают столб торнадо, только не вертикальный, а горизонтальный.

Эти низкие и неоднородные облака не предвещают дождь, а скорее говорят о хорошей погоде. Особенность их состоит в том, что они располагаются на небе в виде правильных рядов или волн.

Низкое, горизонтальное, имеющее форму трубы, облако шквалового воротника, связанное с фронтом грозы, или иногда с холодным фронтом. Они могут также быть признаком возможной деятельности микровзрыва.

12. Облака «Morning Glory».

Это единственные облака, которые имеют имя собственное. «Morning Glory» — это как бы катящееся облако длиной до 1000 км, высотой 1-2 км, передвигающееся со скоростью до 40 км/ч. Возникают эти облака, в основном, у берегов Австралии, в местах с повышенной влажностью и повышенным атмосферным давлением. Солнце нагревает переднюю часть облака и в нем возникает движение воздуха вверх, которое и закручивает облако. Представьте себе мощную волну, которая имеет единственный гребень и перемещается, не изменяя скорость или форму – именно так выглядит это облако.

Земли - есть, конечно же, облака. Разнообразные формы и виды облаков просто не могут не восхищать. Казалось бы, как это не похожие друг на друга облака, можно классифицировать? Оказывается можно! И очень просто. Вы, наверное, сами не раз замечали, что одни облака образовываются очень высоко в небе, а другие на их фоне находятся значительно ниже. Выходит, что разные облака формируются в небе на разной высоте. Те виды облаков, которые почти не заметны, имеют полупрозрачный цвет и форму нитей, двигаясь вдоль Солнца или Луны, практически не ослабляют их свет. А те, которые находятся ниже имеют более плотную структуру и практически полностью скрывают Луну и Солнце.

Как же образуются облака? Как мы уже говорили, облака - это воздух, точнее теплый воздух, который поднимается от земной поверхности с Доходя до определенной высоты, воздух охлаждается, а пар преобразуется в воду. Из этого, собственно, и состоят облака.

Но отчего же зависит форма и виды облаков? А зависит это от той высоты, на которой облако образовалось и той температуры, которая там есть. Рассмотрим подробнее разные виды облаков.

Серебристые - образуются на высоте 70-90 км от поверхности земли. Они представляют собой достаточно тонкий слой, который еле заметен на фоне неба ночью.

Перламутровые облака - находятся на высоте 20-30 км. Такие облака образуются сравнительно редко. Их можно увидеть перед тем как Солнце будет всходить, или когда уже будет заходить за горизонт.

Перистые - располагаются на высоте 7-10 км. Тонкие облака белого цвета, которые похожи на спутанные или параллельные нити.

Перисто-слоистые облака - находятся на расстоянии 6-8 км от земли. Представляют собой пелену белого или голубого цвета.

Перисто-кучевые - тоже находятся на высоте 6-8 км. Тонкие облака белого цвета, которые похожи на скопление хлопьев.

Высококучевые облака - 2-6 км. Слабо-просвечивающийся слой облаков в виде волн белого, серого или синего цвета. Из такого вида облаков возможно выпадение слабых осадков.

Высокослоистые - 3-5 ка над землей. Представляют собой пелену иногда волокнистую на вид. Из них возможно выпадение слабого дождя или снега.

Слоисто-кучевые облака - 0,3-1,5 км. Это слой с хорошо различимой структурой, похожий на пластину или волну. Из таких облаков выпадают небольшие осадки в виде снега или дождя.

Слоистые облака - находятся на высоте 0,5-0,7 км. Однородный, непрозрачный слой серого цвета.

Слоисто-дождевые - находятся на высоте 0,-1,0 км от земли. Непрерывная, непрозрачная пелена темно-серого цвета. Из таких облаков идут снег или дождь.

Кучевые облака - 0,8-1,5 км. Имеют серое, плоское на вид основание и плотные куполообразные вершины белого цвета. Как правило, осадков с такого вида облаков не бывает.

Кучево-дождевые облака - 0,4-1,0 км. Представляет собой целый массив облаков, у которого темно-синее основание и белая вершина. Такие облака приносят осадки - ливни, грозы, град или снежную крупу.

При любой возможности всматривайтесь в небо, и вы уже очень скоро научитесь различать не только формы, но и виды облаков.

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.

Экология

Если ваши знания об облаках ограничиваются "белыми" и "пушистыми", пора познакомиться со всем разнообразием этого удивительного природного явления.

Природа создала множество видов облаков разных форм, размеров и цветов .

При этом некоторые встречаются настолько редко, что возможно единственный случай увидеть их - это познакомиться с ними в этой статье.

Красивые облака

Валовые облака

Валовые или трубчатые облака связаны с грозой или холодным атмосферным фронтом. Они, как правило, низко расположены и имеют форму труб или рулонов.

Перламутровые облака

Эти облака образуются на большой высоте до 30 км. Перистые облака можно наблюдать в полярных регионах возле полюсов, где они приобретают переливчатый цвет.

Вымеобразные облака

Вымеобразные облака (Mammatus ) это редкие облака в виде ячеек, которые формируются после грозы. Вопреки распространенному мнению, такие облака не предвещают надвигающийся ураган, несмотря на зловещий вид.

Небо и облака (фото)

Лучистые облака

Эти облака сложно увидеть невооруженным глазом и лучше всего наблюдать из космоса. На снимках со спутника видна структура, похожая на листик или колесо, выделяющееся на фоне неба.

Шельфовые облака

Когда смотришь с Земли на шельфовые облака, они кажутся низкими и клинообразными. Эти облака появляются при сильных грозах и обычно прикреплены к родительскому облаку, которое расположено прямо над ними.

Облако-медуза

Облако Altocumulus castellanus или облако-медуза выделяются своим неординарным видом и формируются, когда влажный воздух "застревает" между двух слоев сухого воздуха.

Облако "пробитое отверстие"

Эти огромные круглые разрывы формируются, когда температура воды в облаках ниже нуля, но вода еще не замерзла. Часто их принимают за НЛО.

Облака в горах

Облако-шляпка

Облака-шляпки это высоко парящие облака, которые располагаются над верхушкой более крупного облака. Примером может быть облако-шляпка над вулканом Сарычева на Курилах, которое сформировалось над вулканическим пеплом во время извержения.

Волнистые облака

Эти облака, как правило, формируются волнами воздуха, которые проходят над горными хребтами.

Огненные облака

Пирокумулятивные или огненные облака представляют собой кучевообразные облака, которые вызваны огнем или вулканической активностью.

Редкие облака

Облака Undulatus Asperatus

Эти устрашающие на вид облака пока остаются загадкой для ученых. В 2009 году облака Undulatus Asperatus предложили отнести к отдельному виду облаков. Если это произойдет, то это станет первым типом облаков добавленных с 1951 года.

Утренняя глория

Это редкое явление сложно наблюдать из-за непредсказуемой природы облаков. Более того, единственное место, где возникают облака "Утренняя глория" (Morning Glory) – это на севере Австралии.

Кучевые облака

Кучево-вогнутые облака

Хотя и шельфовые и валовые облака попадают под эту категорию, сюда относятся и несколько менее известных.

"Волосатые" кучево-дождевые облака

Этот вид "зонтиков" Cumulonimbus Capillatus включает любые возвышающиеся вертикальные облака с перистой верхушкой.

Облака с наковальней

Это кучево-дождевые облака с "наковальней" характеризуются плоской верхушкой в виде наковальни. Облако может перерасти в сверхъячейку и привести к суровой погоде, например, к смерчу.

Конденсационный след

Хотя это не природное облачное формирование, эти следы пара технически относятся к перистым облакам Cirrus Aviaticus .

Перистые облака

Перистые облака Кельвина-Гельмгольца

Эти облака, названные в честь немецкого физика Германа фон Гельмгольца и британского физика Лорда Кельвина , часто указывают на атмосферную нестабильность и турбулентность для самолетов. Это удивительные горизонтальные спирали очень быстро исчезают, что затрудняет их наблюдение.

Перистые облака Cirrus spissatus

Это самые высокие из перистых облаков, которые формируются из тонких пучков кристаллов льда.

Перисто-слоистые облака

Перисто-слоистые облака Cirrostratus Nebulosus можно увидеть только, когда они освещены достаточным количеством солнечного света. Они обычно ведут к образованию радужных кругов вокруг Солнца, называемых гало.

Хотя эти облака чаще всего ассоциируют с ядерным взрывом, любой крупный взрыв может привести к образованию грибовидного облака, включая вулканическое извержение и падение метеорита.

Серебристые облака

Возможно, это один из наименее понятных видов облаков в атмосфере, который является к тому же самым высоким.

Серебристые облака , как правило, располагаются на высоте больше 80 км, находясь практически на краю космоса, и их можно увидеть только ближе к полюсам Земли.

Однако для их наблюдения условия должны совпасть должным образом. При этом Солнце должно располагаться ниже горизонта, чтобы создавать нужный угол освещения.