2.1.1 Понятие «облако»

Облака представляют собой одно из интереснейших явлений природы. Им принадлежит значительная роль в вопросе охраны окружающей среды.

Облака изменяют тепловой и радиационный режим атмосферы, оказывая большое влияние на многие стороны деятельности человека (более всего в сфере сельскохозяйственного производства, а так же на растительный и животный мир Земли).

Облаком называют видимую совокупность взвешенных капель воды или кристаллов льда, находящихся на некоторой высоте над земной поверхностью[1].

Облака возникают в результате конденсации и сублимации водяного пара в атмосфере. Облака образуются или вследствие увеличения общего влагосодержания, или под влиянием понижения температуры воздуха[2]. В реальных условиях влияют эти два фактора одновременно. В свободной атмосфере (вне приземного слоя) важнейшим процессом, который приводит к понижению температуры и облакообразованию, является адиабатический подъем (восходящее движение) воздуха[1]. Понижение температуры может происходить также под влиянием излучения и турбулентного перемешивания (вертикального и горизонтального)[2].

Диапазон размеров облачных капель очень широк: от нескольких микрон до сотни микрон. На рисунке 2.1 изображена группа капель облака, пойманных на предметное стекло микроскопа.

Рис. 2.1 Группа капель облака, пойманных на предметное стекло микроскопа

В этом облаке большинство капель имели диаметров от 10 до 20 микрон. Во многих облаках преобладают капли именно этого размера[3].

Обычно капли облака представляют собой почти идеальные сферы. По мере того как водяные капли вырастают до больших размеров и становятся каплями дождя, их форма все более и более отличается от сферической. В чем разница между каплями облака и дождевыми каплями? Главное различие заключается в размерах. Чем больше капля, тем быстрее она падает и тем больше расстояние она успевает пройти до того, как испарится. Это можно увидеть в таблице 2.1[4].

Таблица 2.1

Скорость падения капель и расстояния, проходимые ими до испарения

Скорости испарения были вычислены немецким ученым В. Финдайзеном в предположении, что капли падают в воздухе с относительной влажностью 90 %. Капли радиусом меньше 100 микрон падают очень медленно, и когда они выходят из облака, то чрезвычайно быстро испаряются. Наоборот, капли радиусом более 100 микрон падают очень быстро и, выйдя из облака, успевают пролететь несколько километров, прежде чем испарятся. Следовательно, они могут достигнуть поверхности земли в виде дождя. Ученые пришли к выводу, что радиус 100 микрон удобно считать границей между облачными и дождевыми каплями[3].

В прошлом столетии было проведено много исследований размеров и числа капель, составляющих облака. Были разработаны самые различные методы улавливания капель. Наиболее удачные из них чрезвычайно просты. Предметное стекло микроскопа покрывается тонким слоем масла и прикрепляется к концу стержня, устанавливаемого на самолете. Когда полет происходит в облаке, капельки ударяются о стеклянную пластину и остаются на ней не растекаясь. Затем пластинка просматривается под микроскопом или фотографируется.

Зная время, в течение которого пластинка экспонируется в облаке, и скорость самолета, легко вычислить объем воздуха, из которого взята проба, следовательно, определить число капель в единице объема[4].

Широкое применение находят радиолокационные методы исследования облака, развиваются спутниковые и лазерные методы[2].