3.2 Причины образования облаков. Классификация облаков

Облака – это совокупность взвешенных в атмосфере водяных капель и ледяных кристаллов, находящихся на некоторой высоте над земной поверхностью. Облака образуются в результате увеличения общего влагосодержания, понижения температуры воздуха ниже точки росы и конденсации водяного пара,. К понижению температуры воздуха и облакообразованию в атмосфере приводят следующие факторы:

- подъем (восходящие движения) воздуха и адвекция;

- излучение и турбулентное перемешивание (вертикальное и горизонтальное).

Но этого недостаточно, в воздухе должны находиться ядра конденсации. Ядрами конденсации в морских акваториях могут быть частицы соли, попавшие в воздух вместе с водной пылью и брызгами во время штормов, на суше - это микроскопические частицы почвы, дыма. Облака возникают под воздействием сложных термодинамических процессов, приводящих водяной пар к конденсации и сублимации, и являются видимым отображением этих процессов. По внешнему виду облаков, по их форме, вертикальной и горизонтальной протяженности косвенно можно судить о причинах, приведших к облакообразованию, о процессах, происходящих в облаках, а следовательно об условиях полетов в облаках. По направлению и скорости перемещения облаков можно составить представление о направлении и скорости движения воздуха на соответствующих высотах. Вместе с тем облака – это не только показатель текущей погоды, но и определенные предвестники её изменений, поэтому они в ряде случаев являются и местными признаками будущей погоды.

Основными причинами, вызывающими охлаждение воздуха в свободной атмосфере и приводящими к образованию облаков являются адиабатическое расширение, турбулентный обмен и излучение. Адиабатическое расширение воздуха происходит при его вертикальном подъеме. При этом процессе в воздухе, не насыщенном водяным паром, температура понижается на 1⁰ на каждые 100 м высоты. В зависимости от интенсивности восходящих вертикальных движений формируются облака различной горизонтальной и вертикальной протяженности. Так, при интенсивной конвекции формируются облака, значительно развитые по вертикали, но сравнительно небольшой горизонтальной протяженности. В зонах атмосферных фронтов, где на больших площадях происходит медленный упорядоченный подъем воздуха, его адиабатическое расширение и охлаждение приводит к образованию облаков, занимающих большие территории. Восходящие движения воздуха – основная причина формирования больших масс облаков.

Турбулентный обмен, приводящий к охлаждению воздуха, зависит от характера вертикального распределения температуры. Излучение происходит не только от земной поверхности, но и от различных примесей атмосферного воздуха: пылинок, частиц дыма и т.п. Эти примеси, находясь под задерживающими слоями и излучая радиацию в ночное время могут охладить воздух настолько, что водяной пар достигнет пересыщения и возникнут облака. именно этот процесс характерен для образования некоторых видов подынверсионных облаков.

В атмосфере все эти процессы действуют совместно, но решающую роль в облакообразовании играют восходящие движения, которые могут возникать в горах при подъеме воздуха вдоль склонов. Кроме этого, при волновых движениях, происходящих в ряде случаев в атмосфере, восходящие движения наблюдаются на гребнях волн. При благоприятных условиях и достаточной влажности воздуха эти процессы также могут привести к образованию облаков.

Под микроструктурой облаков понимают фазовое состояние облачных элементов и их размеры, по этому принципу облака разделяются на ледяные (кристаллические), водяные (капельные) и смешанные. Водяные облака состоят из капель разных радиусов в основном от 4 до 25 мкм. Они содержат от 100 до 600 капель в 1 см³. Ледяные кристаллы в облаках имеют разную форму и размеры: шестиугольные пластинки и призмы диаметром 10-20 мкм. В процессе сублимации и дальнейшего роста кристаллов образуются снежинки или кристаллы другой сложной формы. Их размер может достигать нескольких миллиметров. В единице объема кристаллов содержится меньше, чем капель, и составляет примерно 1 в 10 см³.

Содержание капельножидкой и кристаллической влаги в г/м³ называется водностью облака. Водяные облака в зависимости от их формы имеют водность от десятых долей грамма до нескольких граммов в 1 м³. В ледяных облаках водность незначительна и составляет сотые и тысячные доли грамма в 1 м³. При этом она зависит от температуры: от 0,03 г/м³ при –15⁰ –20⁰ С до 0,006 г/м³ при температуре –30⁰ С. Микрофизические характеристики и водность облаков имеют существенное значение для оценки условий обледенения воздушных судов.

Облака классифицируют прежде всего по их внешнему виду (морфологическая классификация). В основу определения форм облаков положены их внешний вид и структура, т.е. особенность расположения на небе, например, в виде отдельных, изолированных облачных масс или в виде сплошного покрова облаков, а также плотность облачности. В зависимости от того, на какой высоте расположена нижняя граница облаков, их делят на три яруса: верхний, средний и нижний.

Отдельно выделяют облака вертикального развития, представляющие собой отдельные облачные массы, которые простираются по вертикали до значительных высот. высота их нижней границы обычно располагается в нижнем ярусе, а верхней – большей частью в среднем или верхнем. В качестве международных в классификации употребляются латинские названия облаков и их сокращения: