5.Облака. Микроструктура и водность облаков. Описание основных родов облаков.

Облаками называется видимое скопление продуктов конденсации или сублимации водяного пара на некоторой высоте. Из облаков выпадают осадки, в них возникают грозы, они влияют на приток лучистой энергии к подстилающей поверхности и, следовательно, на температурный режим почвы, водоемов и воздуха.

Облака образуются только в случае подъема воздуха и его адиабатического охлаждения. При опускании воздуха в результате адиабатического разогрева облака исчезают.

К процессам, порождающим облака, относятся:

а) наклонно восходящие движения теплого воздуха поверх более холодного потока. При этом образуются слоистообразные облака (перистые, перисто-слоистые, высоко-слоистые и слоисто-дождевые);

б) волнообразные движения воздуха, приводящие к образованию волнистообразных облаков (перисто-кучевые, высококучевые и слоисто-кучевые);

в) вертикально восходящее движение воздуха, порождающее кучевообразные облака (кучевые и кучеводождевые).

Высота облаков и их строение зависят от положений уровней конденсации, нулевой изотермы, замерзания и конвекции. Уровень конденсации практически совпадает с нижней границей облаков. Между уровнем конденсации и уровнем нулевой изотермы облако состоит из водяных капель, а в отдельных случаях - из тающих снежинок. Выше уровня нулевой изотермы облака состоят преимущественно из переохлажденных водяных капель, которые наблюдаются до уровня замерзания. Уровень замерзания располагается в среднем на высоте, где температура составляет от -12 до -17 °С. Выше этого уровня происходит сублимация водяного пара, а также замерзание переохлажденных капель воды. В отдельных случаях вода в виде капель может находиться при температуре до -40 °С. Выше уровня замерзания облака состоят в основном из ледяных кристаллов.

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 так же промежуточные формы. Ниже приводится международная классификация облаков по морфологическим признакам, т. е. по внешнему виду облаков.

1.Облака верхнего яруса состоят из мельчайших кристалликов льда:

-перистые облака (Ci) - отдельные белые волокнистые облака, обычно прозрачные. Толщина слоя - от сотен метров до нескольких километров. Сквозь них просвечивают Солнце и Луна, яркие звезды. Осадков не дают. Одной из разновидностей перистых облаков являются перистые когтевидные - cirrus uncinus (Ci unc); перисто-кучевые облака (Сс) - белые тонкие облака в виде мелких волн, ряби, без серых оттенков;

-перисто-слоистые облака (Cs) - беловатая или голубоватая пелена слегка волокнистого строения, сквозь которую просвечивают Солнце и Луна. Вокруг светил образуется гало (радужные круги с радиусом 22 или 46° или части этих кругов); В Арктике могут давать осадки в виде мелкого снега. Как правило, пелена Cs, надвигаясь, постепенно закрывает все небо.

2.Облака среднего яруса:

-высококучевые облака (Ас) - белые, иногда сероватые облака в виде волн или гряд, состоящие из отдельных пластин или хлопьев, иногда сливающихся в сплошной покров. Состоят преимущественно из переохлажденных капель воды.

Высококучевые облака бывают просвечивающие Altocumulus translucidus (Ac trans) и плотные Altocumulus opacus (Ac op), в виде сплошного покрова, на нижней поверхности которого рельефно выступают темные волны, гряды или пластины;

-высокослоистые облака (As) - серая или синеватая однородная пелена слегка волокнистого строения. Как правило, постепенно закрывают все небо. Большей частью состоят из переохлажденных капель воды и ледяных кристаллов. Эти облака могут быть просвечивающие Altostratus translucidus (As trans) (Солнце и Луна просвечивают, как через матовое стекло, с образованием венцов вокруг светил) и плотные Altostratus opacus (As op) (Солнце и Луна не просвечивают, но их местоположение на небе можно определить по расплывчатому пятну). Из облаков могут выпадать слабые осадки, достигающие поверхности земли в виде редких капель или снежинок.

3.Облака нижнего яруса:

-слоисто-кучевые облака (Sc) - серые облака, состоящие из крупных гряд, волн, пластин, разделенных просветами или сливающихся в сплошной серый волнистый покров. Состоят преимущественно из капель воды. В зимнее время состоят из переохлажденных капель воды, иногда встречается некоторое количество ледяных кристаллов и снежинок. Зимой из облаков могут выпадать осадки в виде снега;

-слоистые облака (St) - однородный слой серого цвета, сходный с туманом, но расположенный на некоторой высоте. Состоят из капель воды, при температуре ниже 0 °С капли находятся в переохлажденном состоянии. Из облаков могут выпадать осадки в виде мороси;

4.Облака вертикального развития (конвективные облака):

-кучевые облака (Си) — плотные, развитые по вертикали облака с белыми куполообразными вершинами и плоским сероватым основанием. Могут представлять собой отдельные, редко расположенные облака или образовывать скопления, закрывающие почти все небо.

-слоисто-дождевые облака (Ns) - темно-серый облачный покров, иногда с синеватым оттенком. Обычно закрывает все небо сплошным слоем без просветов. Из облаков выпадают осадки в виде обложного дождя или снега.

Кучевые облака подразделяются на плоские кучевые cumulus humilis (Сu hum): их толщина меньше горизонтальной протяженности; кучевые — средние cumulus mediocrlsi (Сu med); мощные кучевые - cumulus congestus (Сu cong) сильно развиты по высоте. Изредка из Сu cong могут выпадать отдельные капли дождя. В тропиках могут давать ливни;

-кучево-дождевые облака (Св) - мощные белые облачные массы с темным основанием. Поднимаются в виде гор или башен, верхние части которых имеют волокнистую структуру. Верхняя часть облака состоит из кристаллов льда (наковальня - incus). Из облаков выпадают ливневые осадки, летом часто с грозами.

Облака вертикального развития образуются при вертикальном подъеме воздуха (конвекции) и связанного с этим адиабатического охлаждения воздуха до стадии конденсации и сублимации водяного пара. Конвекция может быть термическая в неустойчивом слое воздуха и динамическая при натекании воздуха на горный хребет или при прохождении атмосферного фронта (холодного), когда холодный воздух клином подтекает под теплый, вынуждая его к бурному восходящему движению.

При изменении условий образования облаков (вертикальная температурная стратификация, влажность, уровень конденсации, уровень замерзания) облака могут видоизменяться.

Перистые облака могут преобразоваться в перисто-слоистые. Перисто-слоистые облака при значительном уплотнении и снижении переходят в высокослоистые, которые при уплотнении и опускании нижней границы переходят в слоисто-дождевые.

Высококучевые часто переходят в слоисто-кучевые. Слоисто-кучевые при снижении могут перейти в слоистые и в слоисто-дождевые. Также возможен обратный переход облаков. В вечерние часы при ослаблении или прекращении термической конвекции происходит растекание кучевых облаков, и они переходят в слоисто-кучевые вечерние - strato-cumulus vesperalis (Sc vesp).