3 Состав облаков, фазовое состояние
Облака состоят из мельчайших капель воды и/или кристаллов льда (называемых облачными элементами). Капельные облачные элементы наблюдаются при температуре воздуха в облаке выше −10 °C; от −10 до −15 °C облака имеют смешанный состав (капли и кристаллы), а при температуре в облаке ниже −15 °C — кристаллические.
При укрупнении облачных элементов и возрастании их скорости падения, они выпадают из облаков в виде осадков. Как правило, осадки выпадают из облаков, которые хотя бы в некотором слое имеют смешанный состав (кучево-дождевые, слоисто-дождевые, высоко-слоистые). Слабые моросящие осадки (в виде мороси, снежных зёрен или слабого мелкого снега) могут выпадать из однородных по составу облаков (капельных или кристаллических) — слоистых, слоисто-кучевых.
4 Водность . Видимость облаков
содержание воды в жидком или твердом виде в единице объема облака. Водность облаков капельножидких может колебаться от 0,2 до 5 г/м3, кристаллических - от 0,1 до 0,01 г/м3. Водность облаков кучево-дождевых наибольшая. От величины водности облаков зависит интенсивность обледенения самолетов, видимость в облаках и т.д.
5 Семейство облаков по международной классификации
При метеорологических наблюдениях принята морфологическая (по внешнему виду) международная классификация облаков, включающая четыре семейства и десять родов (форм). A. Семейство облаков верхнего яруса (высота основания более 6 км): перистые, Cirrus (циррус, Ci); перисто-кучевые, Cirrocumulus (циррокумулюс, Cc); перисто-слоистые, Cirrostratus (цирростратус, Cs). Б. Семейство облаков среднего яруса (высота основания 2-6 км): высококучевые, Altocumulus (альтокумулюс, Ac); высокослоистые, Alto-stratus (альтостратус, As). B. Семейство облаков нижнего яруса (высота основания менее 2 км): слоистые, Stratus (стратус, St); слоисто-кучевые, Stratocumulus (стратокумулюс, Sc); слоисто-дождевые, Nimbostratus (нимбостратус, Ns). Г. Семейство облаков вертикального развития (нижнее основание на высоте 0,5-1,5 км, вершины могут достигать верхнего яруса): кучевые, Cumulus (кумулюс, Cu); кучево-дождевые, Cumulonimbus (кумулонимбус, Cb).
Перечислим 10 основных родов облаков с указанием их международных латинских названий и сокращений. 1. Перистые – Cirrus (Ci). 2. Перисто-кучевые – Cirrocumulus (Cc). 3. Перисто-слоистые – Cirrostratus (Cs). 4. Высоко-кучевые – Altocumulus (Ac). 5. Высоко-слоистые – Altostratus (As). 6. Слоисто-дождевые – Nimbostratus (Ns). 7. Слоисто-кучевые – Stratocumulus (Sc). 8. Слоистые – Stratus (St). 9. Кучевые – Cumulus (Cu). 10. Кучево-дождевые – Cumulonimbus (Cb).
6 Основные формы, разновидности и высоты облаков верхнего яруса
Облака верхнего яруса (в средних широтах высота от 6 до 13 км) |
Перистые (Cirrus, Ci) Перисто-кучевые (Cirrocumulus, Cc) Перисто-слоистые (Cirrostratus, Cs) |
7 Основные формы, разновидности и высоты облаков среднего яруса
Облака среднего яруса (в средних широтах высота от 2 до 6 км) |
Высококучевые (Altocumulus, Ac) Высокослоистые (Altostratus, As) |
8 Основные формы, разновидности и высоты облаков нижнего яруса
Облака нижнего яруса (в средних широтах высота до 2 км) |
Слоисто-дождевые (Nimbostratus, Ns Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc) Слоистые (Stratus, St) |
9 Схема развития кучевообразных облаков
Кучевые облака состоят из водяных капель и могут давать только мелкие капли мороси, которая наблюдается только под самым основанием облака и не доходит до поверхности земли.
Эти облака, называемые кучевыми, обычно появляются над сушей днем при спокойной ясной погоде, к вечеру растекаются и исчезают.
10 Основные формы, разновидности и высоты облаков вертикального развития
Облака вертикального развития (облака конвекции) |
Кучевые (Cumulus, Cu) Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb) |
11 Облака термической конвекций
Облака термической конвекции формируются за счёт неравномерного нагрева снизу и подъёма более тёплых воздушных масс.
12 Облака динамической конвекции. Облака турболентности
Облака динамической конвекции формируются за счёт вынужденного подъёма воздуха перед горами.
Облака турбулентного перемешивания — результат поднятия воздуха при усилении ветра, особенно, если в приземных слоях наблюдается туман, который постепенно переходит в слоистые облака.
13 Волнистообразные облака
Волнистые облака облака образуются в антициклонах при инверсии, когда нижняя граница инверсии совпадает с уровнем конденсации. На границе между тёплым менее плотным (сверху) и холодным более плотным (снизу) воздухом при движении развиваются воздушные волны. На их гребнях поднимающийся воздух адиабатически охлаждается — образуются облака в виде валов и гряд. В ложбинах волн воздух опускается, адиабатически нагревается, удаляется от состояния насыщения — образуются просветы голубого неба.
14 Облака восходящего скольжения
Облака восходящего скольжения образуются при встрече тёплых и холодных воздушных масс. Они возникают в результате адиабатического охлаждения тёплого воздуха при его подъёме по холодному.
15 Эволюция Облаков
Первыми непосредственными наблюдателями за облаками стали воздухоплаватели, поднимавшиеся на воздушных шарах, которыми был установлен факт, что все наблюдаемые формы облаков по своему строению распадаются на две группы:
Облака из водяных частиц в жидком виде и
Облака из мелких ледяных кристалликов.
Подъемами на воздушных шарах и наблюдениями при восхождениях на горы был констатирован другой факт, что строение облаков первой группы, когда наблюдатель окружен таким облаком со всех сторон, ничем не отличается от обыкновенного тумана, наблюдаемого вблизи земной поверхности; что наблюдателю внизу казалось облаками, держащимся на склоне горы или на некоторой высоте в атмосфере, то наблюдателю, попавшему в такое облако, представлялось туманом. Со времен Галлея и Лейбница было уже известно и подтверждено непосредственным наблюдением, что отдельные частицы тумана, а, следовательно, и облака, имеют шарообразную форму. Для объяснения того, почему эти шарики держатся в воздухе в равновесии, была предложена гипотеза, что эти шарообразные частицы тумана состоят из воздушных пузырьков, окруженных тончайшей водяной оболочкой (везикюлей — как такие пузырьки были названы); при достаточных размерах пузырьков и достаточно тонкой оболочке (расчёт, сделанный Клаузиусом показал, что толщина водяной оболочки должна быть не более 0,0001 мм) сопротивление воздуха их падению должно быть настолько значительно, что падение везикюлей может совершаться очень медленно, и они должны представляться плавающими в воздухе, а при самом слабом восходящем потоке их падение может перейти даже в восходящее движение. Гипотеза эта приобрела широкое распространение, после того, как Клаузиусу удалось, основываясь на предполагаемой необычайно тонкой водяной оболочке везикюлей, дать объяснение голубому цвету неба. Одновременно с везикюлярной гипотезой существовало и другое мнение, считавшее водяные шарики туманов состоящими сплошь из жидкой воды. Трудность рассматривания под микроскопом водяных шариков привела к тому, что подобные наблюдения над ними удалось сделать в достаточно надежной форме только в 1880 году, когда впервые Динес (Dines), наблюдая водяные шарики, из которых состоят туманы в Англии, пришел к заключению, что наблюдаемые им частицы тумана суть настоящие капельки воды, размеры которых колеблются от 0,016 до 0,127 мм. Позднее подобные же наблюдения были сделаны Ассманом на вершине Брокена, которая — особенно в холодное время года — находится в области наиболее энергичного образования облаков различных форм, образующихся то несколько выше, то немного ниже, то как раз на её высоте. Ассман убедился, что все наблюденные им формы облаков, содержащих жидкую воду, состоят из настоящих капелек, размеры которых меняются между 0,006 мм (в верхних частях облаков) и 0,035 мм (в нижних его частях). Капельки эти наблюдались жидкими даже при температуре −10°С; только прикасаясь к какому-нибудь твёрдому телу (например, предметное стеклышко микроскопа) они моментально превращались в ледяные иголочки. Наконец, Обермайер и Будде показали, что если исходить из явлений капиллярных, существование везикюлей не может быть допущено. Таким образом эта гипотеза ушла в прошлое. Исследования Стокса и расчёты, сделанные Максвеллом, доказали, что слабого потока, подымающегося со скоростью не более 0,5 метров в секунду, достаточно, чтобы остановить падение водяных капелек. Относительно второй группы облаков, образующихся обыкновенно на больших высотах — как перистые и перисто-слоистые — наблюдения воздухоплавателей показали, что эти формы состоят исключительно из воды в твердом состоянии. Мириады ледяных кристалликов и иголочек, подобных тем, которые наблюдаются нередко в нижних слоях атмосферы падающими в тихие, морозные дни зимой, — часто даже при безоблачном небе, — образующих правильные гексагональные пластинки или шестисторонние призмы от микроскопически малых до видимых простым глазом, держатся в верхних слоях атмосферы и образуют то отдельные волокна или перистые пучки, то однообразным слоем распространены на большие пространства, придавая небу белесоватый оттенок при перисто-слоистой облачности.
16 Стратосферные и мезосферные облака
___________________________________________
17 Высота и толщина облаков всех ярусов
Облака верхнего яруса (в средних широтах высота от 6 до 13 км)
Перистые (Cirrus, Ci) Перисто-кучевые (Cirrocumulus, Cc) Перисто-слоистые (Cirrostratus, Cs)
Облака среднего яруса (в средних широтах высота от 2 до 6 км)
Высококучевые (Altocumulus, Ac) Высокослоистые (Altostratus, As)
Облака нижнего яруса (в средних широтах высота до 2 км)
Слоисто-дождевые (Nimbostratus, Ns Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc) Слоистые (Stratus, St)
18 Виды осадков по фазовому состоянию
Атмосферные осадки по характеру выпадения подразделяются на обложные, ливневые и моросящие.
Обложные осадки – это длительные осадки средней интенсивности. Ливневые осадки интенсивные, но малопродолжительные. Моросящие осадки состоят из очень мелких капель – мороси. Это внутримассовые осадки, выпадающие из слоистых и слоисто-кучевых облаков.
Кроме того, различают жидкие, твердые и смешанные осадки.
К жидким относятся обложной дождь, ливневый дождь и морось. Обложной дождь выпадает преимущественно из слоисто-дождевых облаков в течение длительного времени непрерывно или с небольшими перерывами и охватывает обширную территорию. Ливневый дождь выпадает из кучево-дождевых облаков сравнительно непродолжительное время. Интенсивность его резко колеблется. Ливневый дождь охватывает, как правило, сравнительно небольшую территорию, проходит «полосой» и нередко сопровождается сильным ветром. Морось – осадки, состоящие из очень мелких капелек, не образующих кругов при падении на водную поверхность. Морось обычно выпадает из плотных слоистых облаков.
Твердые осадки имеют разнообразные формы: снег, снежная крупа, ледяная крупа, снежные зерна, ледяной дождь, град. К смешанным осадкам относится мокрый снег. Обложной снег выпадает из слоисто-дождевых, слоисто-кучевых и высокослоистых облаков. Остальные виды твердых осадков выпадают из кучево-дождевых облаков. Для сельского хозяйства опасным видом осадков является град. Град повреждает посевы, сады, виноградники и причиняет большой ущерб.
19 Виды осадков по физическим условиям образования и характеру выпадения
_______________________________________________
20 Виды осадков по синоптическим условиям образования
_______________________________________________________________________
21 Конденсационный рост облачных элементов
Зародышевые капли и кристаллы имеют размеры около 0,01 - 2 мкм в радиусе. Как только они возникают, сразу же начинается их дальнейший рост за счет диффузионного притока водяного пара (или конденсационный рост), т.к. зародыш находится в среде пересыщенной по отношению к воде и ко льду. На первом этапе рост идет очень быстро, и зародышевые капли и кристаллы в считанные секунды вырастают от ядра конденсации до 2-3 мкм, превращаясь в облачные элементы. Однако далее рост замедляется, и до 10 мкм им уже надо расти несколько минут. Если бы и дальнейшее укрупнение облачных элементов происходило только за счет конденсации водяного пара, то для достижения 100 мкм (капли мороси) потребовалось бы несколько часов или даже десятков часов. Поэтому с этого момента укрупнение идет за счет других факторов.
22 Сублимационный рост в облачных элементов
___________________________________________________________________________
23 Коагуляционный рост в облачных элементов
Основным процессом укрупнения облачных элементов до размеров осадков является коагуляция (слипание частиц коллоида). Коагуляция происходит в поле тяжести за счет различия скоростей падения более крупных и мелких частиц. Но для этого должны в поле облачных капель радиусом от 1 - 3 до 5 - 10 мкм появиться более крупные капли радиусом 15 - 20 мкм (капля-коллектор). Пока таких капель нет, поле мелких капель чрезвычайно устойчиво к слиянию.
Качественно процесс коагуляции выглядит так. Крупная капля R сначала переносится вверх в восходящем потоке вместе с мелкими каплями r, которые движутся с более высокими скоростями и сталкиваются с R. Капля-коллектор начинает расти и все сильнее отставать от мелких капель, что способствует ее более быстрому росту. Через некоторое время капля-коллектор становится настолько большой, что начинает падать вниз, тогда как мелкие капли летят ей навстречу. Рост падающей капли идет все интенсивнее и продолжается до тех пор, пока она находится в облаке и не выпадет из него в виде дождевой капли. Чем выше водность облака (масса жидкой и кристаллической воды в единице объема облака), его мощность (толщина по вертикали), скорость восходящих потоков и чем крупнее сама капля-коллектор, тем до больших размеров за счет коагуляции вырастет капля (или кристалл).
24 Образование Осадков в водяных облаках
Дождь образуется тогда, когда мельчайшие капельки влаги, содержащиеся в облаке, сливаются в более крупные и, преодолевая силу восходящих потоков воздуха, под действием силы тяжести выпадают на Землю. Если в облаке оказываются мельчайшие частицы твердых тел, например пыль, то процесс конденсации ускоряется, поскольку пылинки играют роль ядер конденсации.
25-26-27-28-29-30 в картинках
31 Распределение осадков на земной поверхности
Осадки на нашей планете распределены крайне неравномерно. В одних районах дожди льют каждый день и влаги на поверхность Земли поступает столько, что реки остаются полноводными весь год, а тропические леса поднимаются ярусами, закрывая солнечный свет. Но можно найти на планете и такие места, где несколько лет подряд с неба не падает ни капли дождя, высохшие русла временных водных потоков растрескиваются под лучами палящего Солнца, а скудные растения лишь благодаря длинным корням могут добраться до глубоких слоев подземных вод. В чём причина такой несправедливости?
Распределение осадков на земном шаре зависит от того, сколько облаков, содержащих влагу, образуется над данной территорией или сколько их может принести ветер. Очень важна температура воздуха, потому что интенсивное испарение влаги происходит именно при высокой температуре. Влага испаряется, поднимается вверх и на определённой высоте образуются облака.
Температура воздуха убывает от экватора к полюсам, следовательно, и количество выпадающих осадков максимально в экваториальных широтах и уменьшается к полюсам. Однако на суше распределение осадков зависит от целого ряда дополнительных факторов.
Над прибрежными территориями выпадает много осадков, а по мере удаления от океанов их количество уменьшается. Больше осадков на наветренных склонах горных хребтов и значительно меньше на подветренных. Например, на атлантическом побережье Норвегии в Бергене выпадает 1730 мм осадков в год, а в Осло (за хребтом - прим. от geoglobus.ru) только 560 мм. Невысокие горы тоже оказывают воздействие на распределение осадков — на западном склоне Урала, в Уфе, выпадает в среднем 600 мм осадков, а на восточном склоне, в Челябинске, — 370 мм.
На распределение осадков влияют и течения Мирового океана. Над районами, вблизи которых проходят тёплые течения, количество осадков увеличивается, так как от тёплых водных масс воздух нагревается, он поднимается вверх и образуются облака с достаточной водностью. Над территориями, рядом с которыми проходят холодные течения, воздух охлаждается, опускается вниз, облака не образуются, и осадков выпадает значительно меньше.
Наибольшее количество осадков выпадает в бассейне Амазонки, у берега Гвинейского залива и в Индонезии. В некоторых районах Индонезии их максимальные значения достигают 7000 мм в год. В Индии в предгорьях Гималаев на высоте около 1300 м над уровнем моря находится самое дождливое место на Земле — Черапунджи (25,3° с.ш. и 91,8° в.д. - прим. от geoglobus.ru), здесь выпадает в среднем более 11 000 мм осадков в год. Такое обилие влаги приносит в эти места влажный летний юго-западный муссон, который поднимается по крутым склонам гор, охлаждается и проливается мощным дождём.