Описание, классификация облаков

Облака с давних времен привлекали к себе повышенное внимание людей как наиболее естественное атмосферное явление. Еще первые исследователи окружающей природной среды пришли к пониманию того, что разнообразие облачных форм связано с характером погоды, т.е. с постоянно изменяющимся состоянием атмосферы. Эту мысль по-иному сформулировал в 1817 г. немецкий климатолог Г. Дове, заметивший, что "облако - не предмет, а процесс".

Отдельные облака существуют зачастую очень короткое время. Например, время существования отдельных кучевых облаков иногда исчисляется всего 10-15 мин. Это происходит потому, что капли, из которых состоит облако, быстро испаряются. Даже если облако наблюдается очень долго, это вовсе не означает, что оно является неизменным образованием, состоящим из одних и тех же частиц. В действительности облака постоянно находятся в процессе образования и распада.

Облака и выпадающие из них осадки принадлежат к чисду важнейших метеорологических (атмосферных) явлений и играют определяющую роль в формировании погоды и климата, в распространении растительного и животного мира на Земле. Изменяя радиационный режим атмосферы и земной поверхности, облака оказывают заметное воздействие на температурно-влажностный режим тропосферы и приземного слоя воздуха, где протекает жизнь и деятельность человека.

Облаком называют видимую совокупность взвешенных в атмосфере и находящихся в процессе непрерывной эволюции капель и/или кристаллов, являющихся продуктами конденсации и/или сублимации водяного пара на высотах от нескольких десятков метров до нескольких километров. Изменение свойств этой совокупности частиц (фазового строения облака - соотношения капель и кристаллов по массе, числу частиц и другим параметрам в единице объема воздуха) происходит под влиянием температуры, влажности и вертикальных движений как внутри, так и вне облака. В свою очередь, выделение и поглощение тепла в результате фазовых переходов воды и наличия самих частиц в потоке воздуха оказывают обратное влияние на параметры облачной среды.

В ряде случаев под облаком может образоваться подоблачная дымка, которая состоит из очень мелких капель радиусом 0,1 мкм и менее и является признаком начала образования водяного облака. В результате конденсации водяного пара вблизи земной поверхности (в приземном слое атмосферы) образуются туман и дымка, ухудшающие метеорологическую дальность видимости до значения 1 км и менее.

С точки зрения микрофизического строения принципиального различия между облаками и туманами нет. Однако они существенно различаются по условиям образования, вертикальной мощности, площади распространения, времени существования и т.п.

По фазовому строению облака делятся на три группы:

1. Водяные, состоящие только из капель радиусом 1-2 мкм и более. Капли могут существовать не только при положительных, но и при отрицательных температурах. В последнем случае капли будут находиться в переохлажденном состоянии, что в атмосферных условиях вполне обычно. Чисто капельное строение облака сохраняется, как правило, до температур порядка -10...-15°С (иногда и ниже).

2. Смешанные, состоящие из смеси переохлажденных капель и ледяных кристаллов при температурах -20...-30°С.

3. Ледяные, состоящие только из ледяных кристаллов при достаточно низких температурах (порядка -30...-40°С).

При значительном количестве капель или кристаллов в 1 м3 облачного воздуха размер их так мал, что содержание воды в жидком виде (водность) в облаках невелико. В водяных облаках на 1 м3 облачного воздуха приходится не менее 0,5 г воды. В кристаллических облаках водность существенно меньше - сотые и даже тысячные доли грамма на 1 м3. Водность облака зависит от многих факторов и не остается постоянной в нем. Она изменяется от 0,01 г/м3 в облаках верхнего яруса до нескольких г/м3 в облаках вертикального развития.

Облачный покров днем уменьшает приток солнечной радиации к поверхности земли, а ночью заметно ослабляет ее излучение и, следовательно, охлаждение, весьма существенно уменьшает суточную амплитуду температуры воздуха и почвы, что влечет за собой соответствующее изменение и других метеорологических величин и атмосферных явлений. Функционирование сельского хозяйства, транспорта и прежде всего авиации, коммунального и водного хозяйства, курортов и других отраслей экономики в той или иной степени зависит от количества и формы облаков.

Регулярные и достоверные наблюдения за формами облаков и их трансформацией способствуют своевременному обнаружению опасных и неблагоприятных гидрометеорологических явлений, сопутствующих тому или иному виду облаков.

Многолетние наблюдения за облаками показали, что они могут располагаться на различных высотах, как в тропосфере, так и в стратосфере и даже в мезосфере. Тропосферные облака обычно наблюдаются в виде отдельных, изолированных облачных масс или в виде сплошного облачного покрова. Их строение может быть волокнистым, хлопьевидным или однородным, они могут иметь сплошную или расчлененную нижнюю поверхность, быть плотными или тонкими. В зависимости от этого облака разделяются по внешнему виду на формы, виды и разновидности.


Рис. 1. Вертикальное распределение температуры и расположение облаков в атмосфере.

Серебристые и перламутровые облака, в отличие от тропосферных облаков, наблюдаются довольно редко и характеризуются относительно небольшим разнообразием.

Классификация тропосферных облаков по внешнему виду, используемая в настоящее время, получила название международной морфологической классификацией. В соответствии с ней облака делятся на 10 основных форм: перистые, перисто-кучевые, перисто-слоистые, высококучевые, высокослоистые, слоисто-кучевые, слоистые, слоисто-дождевые, кучевые и кучево-дождевые. В каждой основной форме облаков различаются виды и разновидности.

В зависимости от высоты расположения основания облаков их относят к одному из ярусов: верхнему, среднему или нижнему. В особую группу выделяют облака вертикального развития, нижняя граница которых в большинстве случаев находится в нижнем ярусе, а верхняя - в нижнем, среднем или верхнем ярусе.

В процессе развития и распада облака меняется его внешний вид, структура и оно может трансформироваться из одной формы в другую.

Наряду с морфологической классификацией облаков используется и генетическая классификация, т.е. классификация по условиям (причинам) возникновения облаков. Кроме того, облака классифицируются по их микрофизическому строению, т.е. по агрегатному состоянию, виду и размерам облачных частиц, а также по их распределению внутри облака.

В соответствии с генетической классификацией облака делятся на три группы: слоистообразные, волнистообразные и кучевообразные (конвективные).

В программу метеорологических наблюдений включено слежение за динамикой развития облаков и определение следующих характеристик облачности:

а) общее количество облаков;
б) количество облаков нижнего яруса;
в) форма облаков;
г) высота нижней границы облаков нижнего или среднего яруса (при отсутствии облаков нижнего яруса).

Результаты наблюдений за облачностью из метеорологических наблюдательных подразделений в реальном режиме времени регулярно передаются в местные прогностические органы (ЦГМС) и Гидрометеорологический научно-исследовательский центр Российской Федерации (Гидрометцентр России) для синоптического анализа и составления прогнозов погоды различной заблаговременности.