Облака - скопления взвешенных в атмосфере

Из книги "ПЛАВАНИЕ ПОД ПАРУСОМ: ветер, волнение и течение".
Автор: Ян Проктор.

Общеизвестны старые поговорки: "Если небо красно к вечеру, моряку бояться нечего" и "Солнце красно поутру моряку сулит тоску". Видимо, это самые простые признаки погоды, связанные с небом; но если первый оправдывается по крайней мере в двух случаях из трех, то второй менее достоверен. Большинство распространенных поговорок, связанных с будущей погодой, весьма ненадежны.
При прогнозе погоды облака являются гораздо более обоснованным признаком, чем цвет неба, и это вполне понятно. Изменение облачности достаточно тесно связано с эволюцией и перемещением депрессий и антициклонов и вполне может служить признаком приближения или удаления барических систем.
В книге предпринята попытка по возможности избежать ненужных технических терминов, а различные наиболее важные формы облаков и связанные с ними погодные условия в этой главе для удобства приведены под отдельными заголовками. Иногда небо заполняется настоящей смесью различных облаков, поэтому далеко не при всех условиях легко определять их различные типы. Но знание названий облаков помогает в их определении; своевременно опознанные, они будут друзьями - или врагами.

Облака.

Различные типы облаков неодинаково влияют на психологию наблюдателей. Темные, тяжелые облака демонстрируют ничтожность человека, сулят дождь и плохую погоду, а чистые и легкие кудрявые, белые облака на голубом небе заставляют в полной мере ощутить радость жизни. Эти психологические признаки могут быть - и очень часто бывают - крайне обманчивыми, по крайней мере так говорит мой опыт. Например, хорошо известные "барашки" (Cirrocumulus, или перисто-кучевые) всегда казались мне безмятежными и дружелюбными, а в действительности такие облака часто являются предшественниками депрессии и плохой погоды.
Поэтому не следует слишком доверять интуиции. В то же время профессиональные прогнозисты, имея в своем распоряжении все научные данные, совершают достаточно ошибок. Поэтому без интуиции удачливого провидца не получится.
Иногда, даже не зная названий облаков, можно по их виду надежно судить о погоде. Высокие, разорванные ветром облака в нашем представлении могут быть связаны с будущими сильными ветрами у поверхности. Водянистое небо дает достаточное представление о своих запасах.
Темные и тяжелые облака далеко не всегда предвещают сильные ветры или даже дождь, особенно если они видны на заре. Но если у них тяжелый, зловещий вид и крутые края, то можно ожидать злых, сильных ветров.
Надежным признаком плохой погоды являются темные маленькие облака под сплошной облачностью на большой высоте или противоположное движение двух типов облаков.

Классификация облаков.

Имеется большое количество различных типов облаков, много также смешанных типов, которые нельзя точно отнести к одной из принятых классификаций. Существует десять основных типов облаков, которые, в свою очередь, можно разделить на два основных -"сплошные" и "кучевые". Кучевые облака - это кучево-дождевые (Cumulonimbus) и кучевые (Cumulus), остальные - слоистые облака различного типа. Кучевые облака образуются при подъеме воздуха и могут иметь значительную высоту, но их горизонтальные размеры невелики.
Горизонтальные размеры слоистых облаков больше, чем вертикальные. На различных высотах одновременно может присутствовать несколько различных слоев облаков. Слои могут быть разорваны и даже изолированы друг от друга и окружены голубым небом.
Дадим характеристику различных типов облаков.
Перистые (Cirrus). Нежные пучки облаков на очень большой высоте. Могут быть различной формы - иногда они напоминают тонкие волокнистые прожилки, порой пушистые ветки, а временами (рис. 61) - искривленные метелки, заканчивающиеся пучком (конские хвосты). Перистые облака часто собираются в труппы. Когда на ясном небе облака возникают сами по себе, то можно ожидать хорошей погоды, но если они идут с юго-запада и сопровождаются перисто-слоистыми (Cirrostratus) или высоко-кучевыми (Altocumulus), то возможно приближение депрессии. Падение барометра подтвердит предстоящую плохую погоду.

Рис. 61. Перистые облака, имеющие форму конских хвостов.

Перисто-кучевые (Cirrocumulus). Их часто называют "барашки". Очень высокие небольшие шаровидные облака, вытянутые в линии. Похожи на спины скумбрий или рябь на прибрежном песке. Являются признаком повышения температуры. Часто - предшественники шторма.
Перисто-слоистые (Cirrostratus). Тонкий, бесформенный облачный слой, очень высокий, затягивающий небо, белой пеленой. Часто вокруг солнца или луны образуется гало. Эти облака могут предшествовать штормовой погоде, особенно если вначале были вместе с перисто-кучевыми, которые позже исчезли. Если перисто-кучевые облака остаются после перисто-слоистых, то это является признаком хорошей погоды.
Высоко-кучевые (Altocumulus). Аналогичны перисто-кучевым, но, размеры шаровидных облаков больше и могут быть сероватого оттенка; тени от облаков отличают их от перисто-кучевых; могут переходить в слоисто-кучевые. Облака среднего яруса.

Рис. 62. Кучевые облака. Обычно "барашки" - признак хорошей погоды.

Высоко-слоистые (Altostratus). Связаны с перисто-слоистыми, но являются облаками более низкого яруса. Более плотный слой, чем у перисто-слоистых; хотя солнце или луна просвечивают сквозь них как яркое пятно света, рассеивающегося вверх, они образуют не настоящее гало, а скорее корону. Эти облака могут быть толще и темнее и имеют неопределенную форму. Часто сопровождаются дождем.
Слоисто-кучевые (Stratocumulus). Большие массы серых, пасмурных облаков, как правило, небольшой толщины. Часто покрывают все небо, но нередко между шаровидными массами можно видеть голубые просветы. Эти низкие облака обычно образуются ночью, исчезая ранним утром. Они похожи на дождевые облака, но имеют более выраженную шарообразную форму, хотя могут частично сливаться друг с другом.
Слоистые (Stratus). Располагаются на высоте 150-500 метров над уровнем моря. Похожи на туман. Иногда обволакивают холмы. Имеют однородный вид, но могут рассеиваться ветром, образуя разорванно-слоистые облака (Stratus fractus). Могут возникать ночью после теплого дня и на следующее утро исчезать с появлением солнца. Часто связаны с безветренной погодой.
Слоисто-дождевые (Nimbo-stratus). Обычно их называют просто дождевыми. Пасмурное, бесформенное, темное, серое облако, из которого не обязательно идет дождь или снег, но всегда кажется, что они вот-вот пойдут, а когда это происходит, то тянется бесконечно. Облако может быть расчленено на разорванно-дождевые низкие, гонимые ветром облака плохой погоды.
Кучевые (Cumulus). Хорошо всем знакомые кудрявые кучи облаков, похожие на клецки.
Вершины куполообразны, а низ выровнен. Обычно дают густые тени. Края облаков, как правило, хорошо очерчены, но сильные ветры могут их разорвать и превратить в разорванно-кучевые облака (Cumulus fractus). Если такие облака разбросаны по голубому небу, то погода будет хорошей, но если они сбиты в кучу и имеют угрожающий вид, то можно ожидать сильных ветров. Часто кучевые облака исчезают, и там, где раньше были их вершины, появляются высоко-кучевые или слоисто-кучевые облака. Соотношение между высотой и длиной кучевых облаков хорошей погоды гораздо меньше, чем у кучевых облаков менее хорошей погоды. Возникая при подъеме теплых масс влажного воздуха, они часто образуются в жаркую летнюю погоду, в непосредственной близости от моря. (См. главу 13 о местных ветрах. )

Рис. 63. Кучево-дождевое облако с наковальней. Может быть грозовым облаком.

Кучево-дождевые (Cumulonimbus). Огромные, тяжелые, башнеобразные горы облаков, иногда с вершиной, похожей на наковальню, как на рис. 63. Иногда частично увенчаны тонким волокнистым покрывалом легких, похожих на перистые, облаков, известных под названием перисто-грозовые (Cirrus nothus). Часто появляются вместе с разорванно-кучевыми и кучевыми облаками в тылу депрессии при проясняющемся небе, при этом возможны шквалы или сильные порывы ветра. Как правило, приносят сильные ливни и часто сопровождаются грозами, особенно в прибрежных районах. Перед грозами небо почти всегда покрывается мощным слоем перистых облаков, иногда вместе с перисто-слоистыми. При наступлении грозы ветер, как правило, меняет направление и дует сильными порывами. Иногда можно видеть, как кучево-дождевые облака образуются из кучевых. Обычные кучевые облака становятся выше, стремительно вздымаясь вверх, пока вершины не выравниваются, образуя уже описанную типичную наковальню, которая вскоре покрывается мантией из клочков белого облака, - и наконец начинает грохотать гром.
Шквалистый пояс облаков. Это название не относится ни к одному из принятых типов облаков, но такая облачность является хорошим признаком ветра. Обычно это четко выраженный пояс тяжелых облаков. При их приближении ветер падает до штиля, но когда облака проходят над головой, от линии облаков начинает дуть сильный ветер, при этом весьма вероятен град, сильный дождь, а иногда и гроза. Обычно направление ветра сохраняется недолго и уже через несколько минут он существенно ослабевает. Как правило, южный или юго-западный ветер переходит в западный или северо-западный.

Цвет неба.

Полагаться на цвет неба как на единственный признак погоды ошибочно: оттенки или промежуточные цвета могут иметь гораздо более важное значение. Резко контрастное, или "тяжелое", небо предвещает переменную и нередко плохую погоду, но те же цвета, более плавно переходящие друг в друга, редко указывают на приближение шторма.
В целом эти признаки следует использовать как дополнительные. В приведенные ниже признаки не включены наиболее недостоверные, все они - разве что за исключением зеленого неба - отнюдь не безошибочны.
Красное небо на закате. Указывает, что в атмосфере мало облаков или влаги и, следовательно, возможна хорошая погода.
Красное небо на рассвете. Показывает, что облака идут с запада, в сторону более ясного неба на востоке, и что в течение дня можно ожидать неустойчивую погоду.
Ярко-желтый закат. Обычно предвещает сильные ветры и неустойчивую погоду.
Бледно-желтый закат. Указывает на предстоящий дождь.
Зеленое небо. Когда весь небосклон или часть его имеет явно выраженную зеленую окраску, то на Британских островах это означает, что глубокая депрессия расположена к западу или северу и что можно ожидать сильные ветры с юга или юго-запада.
Серое утреннее небо. Часто связано с хорошей, погодой.
Высокая заря. Когда первые признаки рассвета видны над вершинами облаков, можно ожидать ветер.
Низкая заря. Если первые признаки рассвета видны невысоко, то это указывает на слабые ветры и хорошую погоду.
Лунное гало. Обычно круг мягкого рассеянного света на небольшом расстоянии от луны - признак приближающейся депрессии и ухудшения погоды.
Лунная корона. Круг рассеянного света вокруг луны указывает на возможную плохую погоду, но этот признак ненадежен.
Красная луна. Иногда полагают, что этот признак сильного ветра.
Прозрачность. Исключительно прозрачная атмосфера свидетельствует о влажной погоде и возможном появлении ветра.
Мерцающие звезды. Необычайно сильное мерцание звезд - признак усиления ветра.
Радуга. Обычно предвещает усиление ветра и, конечно, дождь.

Облака представляют собой системы взвешенных в атмосфере облачных элементов (продуктов конденсации водяного пара), которые при укрупнении выпадают в виде осадков (см. предыдущую статью). Причинами образования облаков являются сложные и разнообразные физические процессы, происходящие в атмосфере. Они и обусловливают все то огромное многообразие, присущее облакам.

В соответствии с основными признаками облаков существуют следующие их классификации:

1. Морфологическая классификация, в которой облака определяют по внешнему виду.

2. Генетическая классификация, в которой облака определяют по происхождению, т. е. по характеру процесса их образования.

3. Классификация по микрофизическому строению, т. е. классификация по агрегатному состоянию, виду и размерам облачных частиц, а также по их распределению внутри облака.

Современная морфологическая классификация облаков включает в себя 10 основных форм облаков, которые в свою очередь разделяются на ряд видов и разновидностей. Основной отличительный признак при определении формы облаков – их внешний вид и структура. Облака могут быть расположены в виде отдельных изолированных масс или сплошного покрова, их строение может быть различным (однородным, волокнистым и др.), а нижняя поверхность – ровной или расчлененной (и даже изорванной). Кроме того, облака могут быть плотными и непрозрачными или тонкими, сквозь которые просвечивает небо, луна и солнце. Все эти признаки характеризуют форму или внешнее строение облаков.

В зависимости от высоты нижнего основания облаков их относят к одному из трех ярусов – верхнему, среднему или нижнему. В отдельную группу выделяют облака вертикального развития – отдельные облачные массы, значительно простирающиеся по вертикали вверх. Основание таких облаков обычно находится в нижнем ярусе, а вершина может достигать среднего или даже верхнего яруса.

Облака верхнего яруса. Высота нижнего основания таких облаков в умеренных широтах составляет 7-10 км, изредка бывает меньше 6 км или больше 12 км, в тропиках достигает 17-18 км. В арктических районах при низкой температуре воздуха могут распространяться до поверхности земли. Толщина облаков верхнего яруса колеблется в широких пределах, от сотен метров до нескольких километров. К основным формам облаков верхнего яруса относятся перистые, перисто-слоистые, перисто-кучевые.

Перистые (Cirrus). Отдельные белые волокнистые облака, обычно очень тонкие и прозрачные, но иногда с более плотными или хлопьевидными образованиями. Имеют кристаллическую микроструктуру. Выпадающие осадки не достигают земли.

Образуются в зоне атмосферных фронтов вследствие охлаждения воздуха при восходящем движении. Могут образоваться также из вершин кучево-дождевых облаков при их распаде.

Перисто-кучевые (Cirrocumulus). Белые тонкие облака, состоящие из очень мелких, волн, хлопьев или ряби (волнистый вид этих облаков привел к появлению термина «небо в барашках»). Состоят из ледяных кристаллов, осадки не дают.

Образуются вследствие волновых и восходящих движений в верхней тропосфере.

Перисто-слоистые (Cirrostratus). Имеют вид белой или голубоватой тонкой однородной пелены, иногда слегка волокнистого строения. Могут предвещать выпадение дождя (или снега). Состоят из ледяных кристаллов, осадки не достигают земли.

К образованию перисто-слоистой облачности приводит адиабатическое охлаждение воздуха при его восходящем движении в верхней тропосфере в зонах атмосферных фронтов.

Облака среднего яруса. Основание облаков находится в пределах от 2 до 6 км в умеренных широтах. В полярных широтах эти облака лежат на высотах 2-4 км, а над тропиками высота основания может достигать 8 км. Толщина облачного слоя – в среднем от 200 до 1000 м. К основным формам облаков среднего яруса относятся высоко-кучевые и высоко-слоистые.

Высоко-кучевые (Altocumulus). Белые, иногда сероватые или синеватые облака в виде волн (гряд), состоящих из отдельных пластин или хлопьев. Обычно эти пластины или хлопья разделены просветами голубого неба, иногда сливаются почти в сплошной покров. Имеют преимущественно капельную микроструктуру, иногда смешанную, реже кристаллическую. Осадки не дают.

Причиной образования высоко-кучевых облаков являются волновые движения на высоко расположенных границах инверсии, на слабо наклоненных фронтальных поверхностях и над горными препятствиями. Образуются также при растекании мощных кучевых облаков.

Высоко-слоистые (Altostratus). Серая или синеватая однородная пелена облаков, слегка волокнистого строения. Как правило эта пелена постепенно закрывает все небо. Могут иметь как смешанную, так и кристаллическую структуру, реже капельную. Летом выпадающие осадки как правило не достигают земли, зимой даже тонкие просвечивающие облака дают снегопады.

Образуются вследствие охлаждения воздуха при его общем наклонном медленно восходящем движении. Например, при подъеме теплого воздуха по наклонной поверхности более плотной холодной воздушной массы.

Облака нижнего яруса. Эти облака в основном располагаются в слое атмосферы, простирающемся от поверхности земли до высоты около 2,5 км. Большинство облаков имеет толщину слоя от 200 до 800 м.

Слоисто-кучевые (Stratocumulus). Серые облака, состоящие из крупных гряд, пластин или хлопьев, разделенных просветами ил сливающихся в сплошной серый волнистый покров. Имеют в основном капельную, иногда смешанную структуру, крайне редко кристаллическую. Осадки, как правило, не выпадают, либо слабые и непродолжительные.

Образуются вследствие волновых движений, возникающих в слоях инверсий или над подветренным склоном возвышенностей. При растекании кучевых облаков.

Слоистые (Stratus). Серые однородные облака, похожие на приподнятый над землей туман. Часто нижняя поверхность бывает разорванной, клочковатой. Обычно закрывают все небо серой пеленой, но иногда могут наблюдаться в виде разорванных облачных масс. Имеют в основном капельную, иногда смешанную структуру. Осадки, как правило, не дают. Иногда может выпадать морось или редкий снег.

Основными причинами образования слоистых облаков являются:

• охлаждение относительно теплого воздуха при движении его над холодной поверхностью земли.

• радиационное выхолаживание нижнего слоя воздуха в течение ночи или нескольких суток подряд.

• увлажнение воздуха выпадающими из вышележащих облаков осадками.

• конденсация водяного пара в сравнительно холодной воздушной массе над теплыми водоемами и др.

Слоисто-дождевые (Nimbostratus). Темно-серый облачный слой с размытым основанием. При осадках кажется однородным, в перерывах между выпадением осадков заметна неоднородность и некоторая волнистость. Имеют смешанную структуру, реже капельную или кристаллическую. Дают обложной дождь или снег, иногда с перерывами.

Основным процессом образования слоисто-дождевой облачности является охлаждение воздуха при его восходящем движении вдоль наклонной фронтальной поверхности вблизи линии фронта

Облака вертикального развития. К этой группе относятся две основные формы: кучевые и кучево-дождевые. Высота основания облаков в умеренных широтах обычно составляет от 0,8 до 1,5 км. Толщина по вертикали – от сотни метров до нескольких километров, у кучево-дождевых облаков вершина иногда может достигать тропопаузы (слой атмосферы, разделяющий тропосферу и стратосферу).

Кучевые (Cumulus). Плотные, развитые по вертикали облака с белыми куполообразными вершинами и с плоским серым основанием. Могут быть в виде отдельных редких облаков или в виде значительного скопления, закрывающего все небо. Состоят из капель. Осадки не дают, но изредка могут выпадать отдельные капли дождя.

Образуются главным образом в результате мощных восходящих движений воздуха, вызванных неравномерным нагревом подстилающей поверхности (термическая конвекция).

Кучево-дождевые (Cumulonimbus). Белые плотные облака с темными основаниями, поднимающиеся в виде огромных горообразных масс. Вершины их имеют чаще волокнистое строение. Часто наблюдаются в виде отдельных редких облаков, но может быть и их скопление. В нижней части состоят из капель, в верхней имеют смешанную и кристаллическую структуру. Дают ливневые осадки, град.

Кучево-дождевая облачность образуется вследствие охлаждения воздуха при восходящем движении при сильно развитой термической или динамической конвекции.

Образование, развитие и разрушение облаков, в том числе и всех вышеперечисленных, в основном происходит в тропосфере (нижний слой атмосферы простирающийся от поверхности земли до высот 10-12 км). Но в природе иногда могут наблюдаться и другие виды облаков, которые образуются на еще большей высоте. Такими облаками являются сверхперистые, перламутровые и серебристые облака.

Сверхперистые облака относятся к стратосферным (стратосфера – слой атмосферы, расположенный над тропосферой). Они возникают на высотах 14-16 км в нижней стратосфере или вблизи субтропической тропопаузы в виде тонких извилистых полос; на отдельных участках напоминают перисто-кучевые облака. Окраска – от коричневого до серого цвета. Видимы только в сумерки после захода и перед восходом солнца, когда нижележащий слой атмосферы погружен в земную тень, а слой облаков освещен прямыми лучами. Наблюдаются редко.

Перламутровые облака также наблюдаются в стратосфере, но на высотах от 22 до 30 км. В сумерки кажутся светящимися на темном небе. Иногда имеют вид больших, но очень легких высоко-кучевых чечевицеобразных в волнах длиной до 45-70 км. Расцвечены большими полосами и пятнами разных цветов (красного, желтого, зеленого и др.). Вечером по мере погружения солнца под горизонт расцветка постепенно бледнеет, свечение исчезает. С наступлением утренних сумерек снова начинают светиться.

Наблюдаются редко, преимущественно в горных странах зимой в полярных широтах.

Серебристые, или мезосферные, облака образуются в мезопаузе (переходный слой между мезосферой и термосферой) на высоте около 82 км. Похожи на перистые или перисто-слоистые облака очень тонкой нежной структуры. Отличаются большой яркостью, но полностью прозрачны. Звезды просвечивают сквозь них, не теряя яркости. Имеют характерный шелковистый отлив и голубовато-белый (серебристый цвет). Наблюдаются только в летнюю половину года в течение сумерек (вечерних или утренних) при освещении их лучами солнца, погруженного под горизонт на угол от 6 до 16°.

Облачный покров, уменьшая днем приток солнечного тепла и света, а ночью резко ослабляя излучение и охлаждение земной поверхности, сильно влияет на изменения температуры воздуха, в частности ее суточного хода, что влечет за собой изменение и других метеорологических явлений. Облачность (количество облаков), особенно плотная и мощная, может сильно затруднять работу авиации. Кроме того, образование различных форм облаков характеризует многие атмосферные процессы, типичные для данного района. Поэтому облака принадлежат к числу важнейших атмосферных явлений, наблюдаемых на сети гидрометеорологических станций. Результаты таких наблюдений за облачностью имеют важнейшее значение для синоптического анализа и прогноза погоды, также они используются для изучения климата.

Конец формы