Базы облаков. облачные вершины

Допустим, над обширной территорией лежит некоторая масса воздуха. С большой долей вероятности можно предположить, что профиль температур, влажность и другие параметры одинаковы над всей местностью. В таком случае высота точки росы, а значит и база облаков над всей территорией одна.

Исключением из правил являются места, где влажность у земли переменная: берега рек, озер... Также воздух, поднимающийся над горами или возвышенностями может дать большую базу, чем над низинами, потому что он начинает подъем с большей высоты, примерно, с такой же температурой. Но это справедливо только для крупных рельефных образований (большие горные массивы, обширные возвышенности), этого не происходит над мелкими холмами и горками из-за перемешивания воздуха. Иногда мелкие пушистые облачка образуются под общим уровнем основной массы облаков. Это обычно происходит, если поднимаются пузыри воздуха большей влажности. В дождливую погоду аналогичное явление наблюдается по причине испарения дождя, а точка насыщения находится ниже из-за более низкой температуры. Это можно иногда увидеть с земли в подходящую погоду (холодный мелкий дождь). Протяженность одной базы облаков зависит от размера территории, над которой формируется воздушная масса с одинаковыми параметрами. Различные типы облаков, расположенные в различных слоях, говорят о том, что они образовались в различных горизонтальных слоях воздуха или при различных процессах.

В то время как база облаков стремится к постоянству, вершины их очень различаются по высоте. Это потому что ничего не ограничивает высоту восходящих потоков в облаках. Они могут входить в некоторое облако и нести влажный воздух намного выше, чем в соседних. Даже обширные слои облаков часто имеют большое различие в высоте вершин, особенно, если воздух нестабилен (см. рис. 21).

ЖИЗНЬ ОБЛАКОВ

Размеры капелек, образующих облака, около 0,001см в насыщенном воздухе, это уже видимая масса. Когда идет процесс конденсации, они увеличиваются до своих максимальных размеров - около 0,025 см. Даже имея такие сравнительно крупные размеры, капельки так легки, что могут оставаться в облаках, не падая вниз.

Однако существует несколько факторов, определяющих жизнь облаков. Для начала, облака формируются изолированными восходящими потоками (термиками), имеющими тенденцию к перемешиванию с окружающим воздухом. Первоначально воздух в термике перемешивается только вдоль его границы, но вот водяные пары начинают конденсироваться, образуя облако, происходит выделение скрытого тепла и более интенсивное перемешивание с окружающим воздухом, как показано на рисунке 22.

Одно изолированное кучевое облако обычно живет только 0,5 часа от момента появления первых признаков конденсации до распада его в аморфную массу. В воздухе может находиться большое количество облаков, которые зарождаются, живут и умирают в непрерывном процессе.

Однако, часто облака не распадаются так быстро. Это происходит, когда окружающий воздух на уровне облаков имеет такую же влажностью и идет перемешивание. Фактически, во многих случаях продолжение перемещения термиками влаги наверх приводит к постепенному или быстрому распространению облаков на большую часть или даже на все небо. Эти условия называются сверхразвитием или OD в профессиональном лексиконе летчиков. OD условия повергают в уныние пилотов — парителей, потому что сплошная облачность закрывает солнце, прогрев прекращается, восходящих потоков нет.

Продолжающаяся термичность подпитывает облака и может продлить их жизнь сверх отпущенных им 30 минут. Фактически, грозы - это долгоживущие облака, образованные термическими восходящими потоками (глава 11). Они могут жить много часов.

Слоистые облака также имеют тенденцию существовать от нескольких часов до нескольких дней, окружающий воздух в стабильных условиях с ними не перемешивается. Слоистые облака в основном распадаются, когда подъемная сила (фронт или системы с различным давлением) нарастает или спадает.

СТАРЫЕ ОБЛАКА.

Старые облака не умирают, они замирают. Это имеет особое значение для пилотов- парителей, которые для полетов выбирают молодые, формирующиеся облака, а не такие обманчивые. В таком случае, актуально уметь отличать их друг от друга.

Затухающие - это сухие облака. В этих сухих процессах первыми распадаются более маленькие формирования. Это может изменить вид облаков. В основном, более старые облака принимают более тусклый, желтоватый оттенок, чем новые. Это очень тонкое, почти неуловимое отличие, но оно позволяет различать облака. Кроме этого старые облака имеют более размытые кромки.

ДОЖДЬ

Дожди могут серьезно испортить наше настроение, особенно если мы авиаторы, но они просто необходимы для жизни, и мы это прекрасно понимаем. Дождь, конечно, идет из облаков. Но не все облака являются источниками дождя. Смысл этого в том, что при конденсации высвобождается скрытое тепло, что приводит к нагреву капелек воды и удерживает их от дальнейшего роста. Это состояние балансирования типично для жизни облаков и, чаще всего, их жизнь заканчивается не дождем.

Для выпадения осадков необходимо два основных условия: длящиеся продолжительное время восходящие потоки воздуха и высокая влажность. Когда оба эти условия присутствуют, начинается образование кристаллов льда, которые растут при замерзании частичек воды и пара, или капелек воды, которые также увеличиваются за счет слияния более мелких частичек воды при хаотическом движении их в облаке. Когда снежинки или капли становятся достаточно большими, то под действием сил гравитации начинается снег либо дождь (стр. 23).

Размер капель дождя колеблется от 0,05 см до 0,5 см в диаметре. Капли, которые выросли до больших размеров, падая вниз, обычно измельчаются от трения о воздух. Дождь может очень быстро лишить влаги маленькое облако, потому что для образования одной дождевой капли диаметром 0,3 см требуется около 30 млн частичек воды средним размером около 0,0004 см. Нагляднее будет, если сказать, что на образование одной дождевой капли уходит 0,057 кубических метров облачной массы. Те тысячи дождевых капель могут быстро уничтожить облако, если оно не восстанавливается.

Когда идет дождь, капли имеют тенденцию испаряться на пути вниз, чем охлаждают окружающий воздух. Этот факт может привести к прекращению термических процессов и прекращению образования и роста облаков. Дождь, достигая земли, охлаждает поверхность и приводит к тем же последствиям. Более подробно об этом будет рассказано в главах о термиках и грозах.

Дождь, который наблюдается в виде полос, называется virga (рис. 24). Это обычно случается, когда он идет из изолированных облаков и солнечные лучи освещают падающие струи. То, что дождь идет полосами, объясняется тем, что падающие капли турбулизируют воздух рядом. Также движущийся автомобиль достигает меньшего сопротивления, двигаясь позади другого автомобиля. Капли догоняют лидера, сталкиваются, тормозятся и падают вместе. Иногда так продолжается до земли. Понятно, что вся эта масса воздуха и воды внезапно останавливается поверхностью. Фактически, могут существовать локализованные зоны воздуха с большей плотностью из-за различных процессов, протекающих при дожде: динамических, охлаждение воздуха при испарении капель и т.д.

ВИДИМОСТЬ

Возможность знать свое местоположение - архиважно для пилота. Погода в общем и облака в частности изменяют видимость. Туман может уменьшить видимость до нуля, потому что огромное количество мельчайших частичек воды, взвешенных в воздухе, очень эффективно рассеивают свет. Подобное действие оказывают частицы загрязнения, которые тоже рассеивают свет или поглощают определенную длину световых волн так, что цвет воздуха изменяется из преобладающе голубого в коричневый, красный или желтый. Загрязнения могут дать нам тёмно-красное солнце и небосвод на закате, но они определенно ухудшают видимость в полете.

Дымка или повышенная влажность ухудшают видимость. Водяные пары невидимы, но в летние, жаркие и влажные дни над территориями, где нет недостатка в дождях, воздух может быть насыщен не только парами но и мельчайшими капельками конденсата. Это туман. Он может быть различным по плотности: от исчезающей бледно голубой дымки до плотных Лондонских туманов. Когда туман дополняется заг рязнениями, получается хорошо всем известное состояние атмосферы, называемое смог (туман и дым).

Слой инверсии, который ограничивает движение воздуха вверх, может очень сильно уменьшать видимость из-за создания слоя тумана или смога вблизи инверсии. Стабильные условия и слабый ветер, в основном, приводят к ухудшению видимости, потому что водяные пары, пыль и продукты загрязнения не разносятся ни вверх, ни по горизонту. Рисунок 26 иллюстрирует эффект влияния инверсионного слоя и стабильных условий на видимость.

ТИПЫ ОБЛАКОВ

Любой человек с нормальным зрением и в здравом уме замечает, что облака сильно отличаются друг от друга по форме, типу и размерам. Неопытный наблюдатель, пытающийся классифицировать облака, может быстро запутаться и отчаяться. Однако, на самом деле это просто, если правильно организоваться.

Существует только два основных типа облаков. Это stratus и cumulus, то есть слоистые (St) и кучевые (Си). О форме слоистых облаков говорит само название - тонкие плоские или наслаивающиеся, возникающие по причине медленного перемещения обширных масс воздуха. Эти облака покрывают большие площади и делают день серым. Они часто образуются в стабильных условия, или при спокойном движении фронтов, или при медленных восходящих потоках вокруг систем низкого давления. В некоторых случаях низкие слоистые облака могут быть образованы, когда нижний уровень турбулентности перемешивает воздух и переносит его выше уровня конденсации.

Кучевые облака выглядят, как горы хлопка или огромная цветная капуста, летящие в высоте. Эти облака часто образуются в хорошую погоду, и, если покрывают четверть неба или меньше, они называются облаками хорошей погоды, а образуются от тепловой конвекции или отдельных восходящих потоков, несущих влагу вверх.

Далее выделим два основных типа облаков, которые показаны на рисунке 27.

Главные типы облаков:

Слоистые - это облака серого цвета слоем или наслоениями. Занимают обширные районы, часто блокируя солнечный свет.

Кучевые - отдельные облака с вершинами на разных уровнях. Они могут быть маленькими или огромными, если развиваются в грозовые.

КЛАССИФИКАЦИЯ ПО ВЫСОТАМ

Далее разделим облака по их основной высоте. Перистые (Cirrus с латинского завиток, локон) самые высокие облака и состоят из клочков или полос кристаллов льда на высотах 6 - 13 км в умеренном климате. Рисунок 28 показывает классический "лошадиный хвост" перистых облаков и объясняет образование форм, похожих на жгуты, когда льдинки падают из слоев верхового ветра в слой ветра с меньшей скоростью. Понимание этого поможет нам определять по облакам направление ветра на высоте.

Будем использовать префикс cirro- для слоистых и кучевых облаков в верхних слоях атмосферы; префикс alto- (с латинского высокий как свист) для облаков на средних высотах. Без приставки будем называть облака до высот 2000м. В таблице дана классификация основных облаков для умеренных широт в зависимости от типа и высоты.

Префикс nimbo- имеют названия дождевых облаков. Эти облака, по сравнению с другими, выглядят более темными. Следует отметитья, что nimbocumulus иногда называют cumulonimbus. Мы отвели им место на средних высотах, но, на самом деле, они могут быть ниже или выше, например, так называемые грозовые тучи могут иметь базу ниже 1000 м, а вершину на высоте более 25 км.

Слоисто-кучевые облака часто формируются, когда кучевые облака, образованные термической активностью, ограничиваются слоем инверсии, который они не могут преодолеть. Это ситуация, когда облака приобретают комковатые, бугорчатые формы даже, если они слоистого типа. На рисунке 29 показаны различные типы облаков по высотам.

СЕЗОННЫЕ И МЕСТНЫЕ ВАРИАЦИИ

Высотность и тип облаков меняются по широтам и сезонам. Когда воздух холоднее, как в полярных областях или зимой, относительная влажность выше и воздух ближе к насыщению. Холодный зимний воздух может быть суше, чем летом в доме, но снаружи он вблизи точки насыщения. Как результат, любой восходящий поток приводит к образованию облака с базой более низкой, чем летом.

Более прогретая поверхность зарождает мощную вертикальную конвекцию, которая является причиной конденсации и дождей, а точка насыщения поднимается выше. Результатом этого является то, что облака имеют тенденцию быть выше над экватором и чаще кучевые, а над полюсом ниже и слоистые. Аналогичная картина наблюдается по сезонам: зимой чаще слоистые и ниже, летом чаще кучевые и выше. На рисунке 30 показано изменение высоты облаков над Землей.

МЕНЕЕ ИЗВЕСТНЫЕ ОБЛАКА

Наверное, наблюдение за облаками не так интересно, как наблюдение за птицами, но они всегда привлекают внимание пилотов, особенно если могут дать достаточно информации о погодных условиях. Попробуем описать различные облака и дать пояснения, как узнать, что они предвещают.

ДЫМКА - эта форма облаков хорошо известна и не нуждается в пояснениях. Образовывается, когда тепло и влажный воздух с моря движется на берег, или когда земля излучает тепло ночью в холодный и влажный слой, лежащий над ней.