Кучевые облака от чего образуются. Откуда берутся облака? Образование грозовых облаков

Л. Тарасов

Как и туманы, облака возникают в результате конденсации водяного пара в жидкое и твёрдое состояния. Конденсация происходит или вследствие увеличения абсолютной влажности воздуха, или в результате понижения температуры воздуха. На практике в образовании облаков участвуют оба фактора.

Формирование облаков в результате конвекции.

Формирование облаков над тёплым атмосферным фронтом.

Формирование облаков над холодным атмосферным фронтом.

Понижение температуры воздуха обусловлено, во-первых, подъёмом (восходящим движением) воздушных масс и, во-вторых, адвекцией воздушных масс — их перемещением в горизонтальном направлении, благодаря чему тёплый воздух может оказаться над холодной земной поверхностью.

Ограничимся обсуждением образования облаков, вызванного понижением температуры воздуха при восходящем движении. Очевидно, что такой процесс существенно отличается от образования тумана - ведь туман практически не поднимается вверх, он остаётся непосредственно у земной поверхности.

Что заставляет воздух подниматься вверх? Отметим четыре причины восходящего движения воздушных масс. Первая причина - конвекция воздуха в атмосфере. В жаркий день солнечные лучи сильно прогревают земную поверхность, она передаёт тепло приземным массам воздуха - и начинается их подъём. Кучевые и кучево-дождевые облака имеют чаще всего именно конвективное происхождение.

Процесс образования облака начинается с того, что некоторая воздушная масса поднимается вверх. По мере подъёма будет происходить расширение воздуха. Это расширение можно считать адиабатным, так как воздух поднимается относительно быстро, и поэтому при достаточно большом его объёме (а в образовании облака участвует действительно большой объём воздуха) теплообмен между поднимающимся воздухом и окружающей средой просто не успевает произойти за время подъёма. При адиабатном расширении воздух, не получая теплоты извне, совершает работу только за счёт собственной внутренней энергии, а потом охлаждается. Итак, поднимающийся вверх воздух будет охлаждаться.

Когда начальная температура Т 0 поднимающегося воздуха понизится до точки росы Т р, соответствующей упругости содержащегося в нём пара, станет возможным процесс конденсации этого пара. При наличии в атмосфере ядер конденсации (а они практически всегда присутствуют) этот процесс действительно начинается. Высота Н, на которой начинается конденсация пара, определяет нижнюю границу формирующегося облака. Её называют уровнем конденсации. В метеорологии применяют приближённую формулу для высоты Н (так называемую формулу Ферреля):

Н = 120(Т 0 -Т р),

где Н измеряется в метрах.

Продолжающий поступать снизу воздух пересекает уровень конденсации, и процесс конденсации пара происходит уже выше этого уровня - облако начинает развиваться в высоту. Вертикальное развитие облака прекратится тогда, когда воздух, охладившись, перестанет подниматься. При этом сформируется нечётко выраженная верхняя граница облака. Её называют уровнем свободной конвекции. Он располагается несколько выше уровня, на котором температура поднимающегося воздуха становится равной температуре окружающего воздуха.

Вторая причина подъёма воздушных масс обусловлена рельефом местности. Ветер, дующий вдоль земной поверхности, может встретить на своём пути горы или иные природные возвышения. Преодолевая их, воздушные массы вынуждены подниматься вверх. Образующиеся в данном случае облака называют облаками орографического происхождения (от греческого слова oros, означающего «гора»). Понятно, что такие облака не получают существенного развития в высоту (она ограничена высотой преодолеваемого воздухом возвышения); в этом случае возникают слоистые и слоисто-дождевые облака.

Третья причина подъёма воздушных масс - возникновение тёплых и холодных атмосферных фронтов. Образование облака происходит особенно интенсивно над тёплым фронтом - когда тёплая воздушная масса, надвигаясь на холодную массу воздуха, вынуждена скользить вверх по клину отступающего холодного воздуха. Фронтальная поверхность (поверхность холодного клина) очень пологая - тангенс угла её наклона к горизонтальной поверхности составляет всего 0,005-0,01. Поэтому восходящее движение тёплого воздуха мало отличается от горизонтального движения; как следствие облачность, возникающая над холодным клином, слабо развивается в высоту, но имеет значительную горизонтальную протяжённость. Такие облака называют облаками восходящего скольжения. В нижнем и среднем ярусах это слоисто-дождевые и высокослоистые облака, а в верхнем ярусе - перисто-слоистые и перистые (понятно, что облака верхнего яруса образуются уже далеко за линией атмосферного фронта). Горизонтальная протяжённость облаков восходящего скольжения может измеряться сотнями километров.

Образование облаков происходит также и над холодным атмосферным фронтом - когда наступающая холодная воздушная масса подвигается под массу тёплого воздуха и тем самым поднимает её. В этом случае наряду с облаками восходящего скольжения могут возникать также кучевые облака.

Четвёртая причина подъёма воздушных масс - циклоны. Воздушные массы, двигаясь вдоль поверхности земли, закручиваются к центру депрессии в циклоне. Накапливаясь там, они создают перепад давления по вертикали и устремляются вверх. Интенсивный подъём воздуха вплоть до границы тропосферы приводит к мощному облако-образованию - возникают облака циклонического происхождения. Это могут быть слоисто-дождевые, высокослоистые, кучево-дождевые облака. Из всех таких облаков выпадают осадки, создавая дождливую погоду, характерную для циклона.

По книге Л. В. Тарасова «Ветры и грозы в атмосфере Земли». - Долгопрудный: ИД «Интеллект» , 2011.
Информация о книгах издательского дома «Интеллект» - на сайте

Метео. Облака в виде густых белых клубов … Словарь многих выражений

Кучевые облака - (cumulus)Cumulus, облаковое образование, состоящее из округлых форм, кучеобразно громоздящихся одна на другую … Страны мира. Словарь

Высоко кучевые облака, фотография U.S. National Oceanic and Atmospheric Administration Высоко кучевые облака (лат. … Википедия

- (лат. Stratocumulus, Sc) крупные серые гряды пластин или х … Википедия

- (лат. Cirrocumulus, Cc) тонкие облака, состоящие из мелких волн, хлопьев или ряби … Википедия

слоисто-кучевые облака - Облака нижнего яруса (символ: Sc), преимущественно слоистообразные в виде серых или белых слоев и гряд, лежащих против ветра, иногда из них выпадают слабые осадки в виде дождя, снега или мороси … Словарь по географии

перисто-кучевые облака - Слои или гряды тонких белых облаков верхней тропосферы (выше 6000 м) без теней, состоящие из мелких элементов, имеющих вид хлопьев или ряби (символ: Cc) … Словарь по географии

Высоко кучевые облака - (altocumulus)Altocumulus, облака средних слоев тропосферы, представляющие округлые массы в виде слоев и гряд и состоящие из мельчайших капель и кристаллов льда … Страны мира. Словарь

Перисто-кучевые облака - (cirrocumulus),Cirrocumulus обычная форма высоких облаков, состоящих из примыкающих друг к другу, небольших округлых курчавых облачков. Такую облачность называют барашковым небом … Страны мира. Словарь

ОБЛАКА, видимая масса частиц воды или кристаллов льда, взвешенных в нижних слоях атмосферы. Облака образуются, когда вода, находящаяся на поверхности Земли, превращается в пар в процессе ИСПАРЕНИЯ. По мере подъема в атмосферу пар охлаждается и… … Научно-технический энциклопедический словарь

Книги

• Собиратель чудес
• Собиратель чудес , Сергеев Леонид Анатольевич. В сборнике рассказов известного детского писателя Леонида Сергеева речь идет об обычных мальчишках и девчонках, о том, как они проводят свободное время, чем увлекаются, о чем мечтают. У…

Облака могут быть классифицированы следующим образом: слоистые, кучевые и перистые. Слоистые облака наблюдаются при медленном подъеме широкой полосы воздуха над поверхностью теплого фронта.

Кучевые облака образуются при освобождении теплого воздуха почвой или при обусловленном холодным воздухом неустойчивом состоянии верхних слоев атмосферы. Перистые облака, напротив, появляются в случае, когда скопившиеся в верхних слоях атмосферы кристаллы льда падают вниз и разносятся местными воздушными потоками. Эти три основных разновидности часто сочетаются, образуя длинный ряд дополнительных типов облаков.

Кучевые облака медленно растут по мере того, как воздушные потоки продолжают подниматься. Если их рост продолжается достаточно дол-" го, то они могут превращаться в кучево-дождевые облака.

Инверсионный слой расплющивает облако

Если слой температурной инверсии (в котором температура увеличивается вместе с высотой) формируется над развивающимся облаком, то облако может начать расти по горизонтали (внизу), становясь слоисто-кучевым. Если под влиянием стратосферы облако расширяется, оно превращается в плоское кучево-дождевое. Рост вверх или внутрь Облака различаются также в зависимости от высоты их положения над Землей: нижние, средние и верхние. Верхние облака (обнаруженные на высоте 5-8 км) включают в себя перистые, перисто-слоистые и перисто-кучевые облака. Средние облака, к которым относятся высоко-слоистые, высоко-кучевые и слоисто-дождевые облака, расположены на высоте от 2 до 7,3 км. И наконец, облака, которые образуются на высоте ниже 2 км, называются нижними облаками; к ним относятся слоистые и слоисто-кучевые. Вертикальные облака, образующиеся при нагревании воздуха солнцем в непосредственной близости от поверхности, бывают кучевыми и дождевыми.

Изгибающиеся облака

Кристаллы льда из плывущих на большой высоте перистых облаков (справа) могут падать вертикально, если скорость воздушных струй одинакова на всех высотах. Однако при наличии разницы скоростей, они могут изгибаться или надрезаться.

Высоко-кучевые облака (внизу), образующиеся между слоями теплого и холодного, соответственно, нижнего и верхнего, воздуха, иногда принимают округлую форму. Они удерживаются между нисходящими воздушными потоками верхнего слоя и восходящими потоками нижнего.

Высоко-кучевые облака

Слоистые облака и дождь

Когда дождевые капли падают на особенно теплые участки земной поверхности, часть из них начинает испаряться уже во время падения (внизу). Если испарение будет продолжаться, воздух может стать насыщенным и образовать слоистые облака.

Облака, образующиеся волнообразно

Когда горизонтальные воздушные массы (внизу) движутся быстро в верхней атмосфере и медленно - ближе к поверхности, их вращение создает облака волнообразной формы.

Гребни волн

Волнообразные облака (справа) могут также наблюдаться на вершинах потоков воздуха, которые перемещаются между сухим теплым слоем сверху и влажным холодным внизу.

Всем доводилось видеть облака. Они бывают большими и маленькими, почти прозрачными и совсем густыми, белыми или темными, предгрозовыми. Принимая различную форму, они напоминают животных и предметы. Но и почему они так выглядят? Об этом расскажем ниже.

Что такое облако

Тот, кто летал на самолете, наверняка "проходил" сквозь облако и заметил, что оно похоже на туман, только находится он не прямо над землей, а высоко в небе. Сравнение вполне логичное, ведь и то, и другое представляет собой обычный пар. А он, в свою очередь, состоит из микроскопических капелек воды. Откуда же они берутся?

Эта вода поднимается в воздух в результате испарения с поверхности земли и водоемов. Поэтому наибольшее скопление облаков наблюдается над морями. За год с их поверхности испаряется около 400 тысяч кубических километров, что в 4 раза превышает аналогичный показатель суши.

Какие бывают? Все зависит от состояния воды, которая их образует. Она может быть газообразной, жидкой или твердой. Может показаться удивительным, но некоторые облака действительно состоят из льдинок.

Мы уже выяснили, что облака образуются в результате скопления большого количества частичек воды. Но для завершения процесса необходимо связующее звено, к которому будут "липнуть" капли и собираться вместе. Зачастую эту роль выполняет пыль, дым или соль.

Классификация

От высоты расположения во многом зависит, из чего образуются облака и как они будут выглядеть. Как правило, белые массы, которые мы привыкли видеть на небе, появляются в тропосфере. Ее верхняя граница варьируется в зависимости от географического положения. Чем ближе территория к экватору, тем выше могут формироваться стандартные облака. Например, над местностью с тропическим климатом граница тропосферы располагается на высоте примерно 18 км, а за Полярным кругом - 10 км.

Образование облаков возможно и на больших высотах, но они в настоящее время мало изучены. Например, перламутровые появляются в стратосфере, а серебристые - в мезосфере.

Облака тропосферы условно делятся на типы в зависимости от того, на какой высоте они расположены - в верхнем, среднем или нижнем ярусе тропосферы. Движение воздуха также оказывает большое влияние на формирование облака. В спокойной среде образуются перистые и слоистые облака, но если тропосферы движутся неравномерно, повышается вероятность появления кучевых.

Верхний ярус

Этот промежуток охватывает участок неба на высоте более 6 км и до края тропосферы. Учитывая, что температура воздуха здесь не поднимается выше 0 градусов, несложно догадаться, из чего образуются облака в верхнем ярусе. Это может быть только лед.

По внешнему виду облака, расположенные здесь, подразделяются на 3 рода:

1. Перистые . Имеют волнистую структуру и могут выглядеть как отдельные нити, полосы или целые гряды.
2. Перисто-кучевые состоят из мелких шариков, завитков или хлопьев.
3. Перисто-слоистые представляют собой полупрозрачное подобие ткани, "накрывающей" небо. Облака такого типа могут растягиваться на все небо или занимать только небольшой участок.

Высота облака, находящегося в верхнем ярусе, может сильно варьироваться в зависимости от различных факторов. Это могут быть и несколько сотен метров, и десятки километров.

Средний и нижний ярус

Средний ярус - это часть тропосферы, расположенная обычно в промежутке между 2 и 6 км. Здесь встречаются высококучевые облака, представляющие собой объемные серые или белые массы. Состоят они из воды в теплое время года и, соответственно, изо льда в холодное. Второй тип облаков - высокослоистые. Они имеют и зачастую полностью накрывают небо. Такие облака несут осадки в виде моросящего дождя или мелкого снега, но они редко долетают до поверхности земли.

Нижний ярус представляет собой непосредственно находящееся над нами небо. Облака здесь могут быть 4 типов:

1. Слоисто-кучевые в виде глыб или валов серого цвета. Могут нести осадки, кроме тех случаев, когда температура слишком низкая.
2. Слоистые . Располагаются ниже всех остальных, имеют серый цвет.
3. Слоисто-дождевые. Как можно понять по названию, несут осадки, причем, как правил, они имеют обложной характер. Это серые облака, не имеющие определенной формы.
4. Кучевые . Одни из самых узнаваемых облаков. Выглядят, как мощные кучи и клубы с практически плоским основанием. Осадков такие облака не приносят.

Существует еще один вид, не входящий в общий список. Это кучево-дождевые облака. Они развиваются вертикально и присутствуют в каждом из трех ярусов. Такие облака приносят ливни, грозы и град, поэтому зачастую их называют грозовыми, или ливневыми.

Продолжительность жизни облака

Для тех, кто знает, из чего образуются облака, интересным может быть и вопрос о сроке их жизни. Здесь большое значение играет уровень влажности. Она является своеобразным источником жизненных сил для облаков. Если воздух в тропосфере достаточно сухой, то облако не сможет просуществовать долго. Если же влажность высока, оно может дольше парить в небе, пока не станет более мощным для того, чтобы произвести осадки.

Что касается формы облака, то срок ее жизни совсем мал. Частицы воды имеют свойство постоянно перемещаться, испаряться и появляться снова. Поэтому одна и та же форма облака не может сохраниться даже на 5 минут.

Главной причиной образования облаков является восходящее движение воздуха . При таких движениях воздух адиабатически охлаждается и водяной пар содержащийся в нем достигает насыщения и сгущается: восходящее движение в данном случае могут быть вызваны разными причинами: нагреванием воздуха снизу от подстилающей поверхности, скольжением его вдоль наклонной фронтальной поверхности и движением вверх вдоль склонов возвышенности и другое. Важным фактором облакообразования является так же турбулентное движение. Благодаря которым водяной пар перемещается из нижних слоёв в более высокие. Большую роль в образовании облаков играет ещё охлаждение воздуха излучением, а так же волновые движения в атмосфере на поверхности инверсии.

Первичными продуктами при образовании облаков являются обычно капли воды. Если облака образуются в слое с температурой ниже 0, то они состоят из переохлажденных капель. Облака состоящие из капель называются водяными . При достаточно низких отрицательных температурах облака состоят из кристалликов льда и называются ледяными/кристаллическими . Облака так же могут состоять одновременно из переохлажденных капель воды и кристалликов льда и называются смешанными . Вертикальная мощность этих облаков(смешанных) велика, особенно в случае длительного их существования они значительно превосходят мощность водяных и ледяных облаков. Мельчайшие капельки воды и кристаллы льда из которых состоит облака имеет ничтожный вес. Скорость падения их очень мала и достаточно слабого восходящего движения воздуха для того чтобы заставить капельки воды и кристаллы льда плавать в воздухе и даже подниматься вверх. При помощи ветра облака перемещаются в горизонтальном направлении. Высота облаков летом больше, чем зимой. С возрастанием широты, высота облаков уменьшается.

Свойство облаков и их основные роды.

Согласно международной классификации все облака по характеру строения и по высоте на которой образуется делятся на 4 семейства.

Облака верхнего яруса обычно бывают ледяными – это тонкие, прозрачные, легкие облака без тени белого цвета. Солнце сквозь них просвечивает, предметы дают тень.

Облака среднего и нижнего яруса обычно бывают водяными или смешанными. Однако зимой при достаточно низких отрицательных температурах облака этих ярусов могут переходить в ледяные. Облака среднего более плотные чем перистые. Они могут вызывать вокруг солнца или луны цветным венцы.

Облака вертикального развития или облака конвекции образуются при восходящих потоках воздуха. Так как конвекция над сушей в умеренных широтах возникает главным образом в теплое время года, когда воздух значительно прогревается снизу, от подстилающей поверхности, то за это время наблюдается наибольшая повторяемость облаков вертикального развития. Облака конвекции имеют суточный ход. Над сушей эти облака появляются летом и утром, достигают наибольшее развитие в околополуденное время, а к вечеру исчезают. Над нагретыми склонами гор и воды, низменностей облака вертикального развития образуются чаще чем на равнинах.

Роды облаков:

- перистые – отдельные тонкие легкие облака белого цвета, часто блестящие, волокнистой или питьевой структуры имеют вид хлопьев, крючков, нитей или перьев

- перисто-кучевые облака представляют собой мелкие белые хлопья или меленькие шарики(барашки) напоминают комочки снега без теней, располагаются группами или рядами, часто имеют вид ряби/рыбьей чешуи.

- перисто-слоистые – тонкая беловатая пелена обликов, затягивающая часто всё небо, придающая ему молочно-белый оттенок, иногда пелена обнаруживает волокнистую структуру. Эти облака являются причиной образования оптических явлений – это большие бесцветные круги около солнца/луны. Эти круги образуются в следствии преломления и отражения света в ледяных кристалликах.

- высококучевые – имеют вид пластин, шаров, валов различных размеров, белого или серого цвета расположенные грядами, группами или слоями идущими в одном или двух направлениях. Иногда эти облака располагаются параллельно волнами между элементами облаков. Часто бывают, видны значительные просветления или голубое небо.

- высокослоистые – представляют серую пелену, эта пелена часто бывает настолько тонкой, что через нее, как через матовое стекло видно солнце или луну в виде размытых пятен. Они могут давать осадки в виде дождя или снега, но летом осадки из этих облаков во время падения обычно испаряются и не достигают поверхности земли.

- слоисто-кучевые – серого цвета с темными частями, собранные в группы, ряды или валы в одном или двух направлениях между элементами облаков иногда видны просветы голубого неба. Чаще всего облака появляются на суше зимой. Часто они покрывают все небо и придают ему волнистый вид.

- слоистые – эти облака представляют сплошной однородный слой, светло/темно серого цвета, покрывающий небо и придающий ему пасмурный вид. Эти облака могут давать осадки в виде мороси или в виде очень мелких снежных зерен и ледяных игл.

- слоисто-дождевые – низкие плотные, темно-серые облака с разорванными краями. Выпадают осадки обложного характера в виде дождя или снега. Иногда осадки не достигают поверхности земли, т.е. по пути испаряются. В этом случае в облаках бывают видны полосы падения осадков.

- кучевые – плотные облака, сильно развитые в высоту с куполообразной белой вершиной, с резкими круглыми очертаниями и горизонтальным серым/темным основанием. Осадки они в наших условиях не дают. Иногда они разрываются ветром на отдельные небольшие клочки, такие облака носят название разорвано – дождевые.

- кучево-дождевые – мощные массы, клубящихся кучево-образных облаков с сильным вертикальным развитием, имеющих вид гор или башен, основание у этих облаков темные.

Образование облаков конвекции, восходящего скольжения и волнистых.

С точки зрения происхождения перечисленных выше родов облаков можно разделить на облака конвекции, облака восходящего скольжения и волнистые.

К облакам конвекции относятся кучевые и кучево-дождевые облака. Они развиваются главным образом при неустойчивом распределении температуры по вертикали и возникают преимущественно в теплое время года. Но кучево-дождевые облака иногда образуются и в холодное время года. При прохождении холодного фронта, когда холодный воздух быстро подтекает под теплый и последний бурно поднимается вверх. В этом случае кучево-дождевые облака могут давать зимой в виде хлопьев ранней весной и поздней осенью крупу.

Облака восходящего скольжения к ним относятся перистые, перисто-слоистые, высоко-слоистые и слоисто-дождевые. Эти облака образуются при восходящем скольжении тёплого воздуха вдоль наклонных фронтальных поверхностей. Такое скольжение наблюдается при натекании теплого влажного воздуха под теплый, когда последний вытесняется вверх и начинает натыкать на холодный. Все эти скольжения совершаются медленно и постепенно, при таких скольжениях воздуха адиабатически охлаждается(резко), что приводит к сужению водяного пара. В результате возникает облачная система, основание которой совпадает с фронтальной поверхностью. Облака входящие в эту систему занимают большое пространство. В этой облачной системе самыми высокими являются перистые, затем идут перисто-слоистые, ниже высоко-слоистые, а потом слоисто-дождевые.

Иной характер образования имеют волнистые облака , т.е. облака располагающиеся на небе полосами, грядами или волами, между которыми бывают видны более светлые части облака или просветы голубого неба. Волнистый вид имеет следующие облака: слоисто-кучевые, высоко-кучевые, перисто-кучевые. Эти облака образуются в случае, если в воздухе располагается на одной и той же высоте два слоя, имеющих разную температуру, влажность и плотность. Если эти слои перемешиваются, то на границе между ними возникают волны с большой длиной и большой амплитудой. Однако такие волны являются неустойчивыми и превращаются в ряд вихрей. Воздух который они захватывают, развиваясь при этом на большое количество ячеек и в каждой из них возникает движение воздуха вверх вниз. Такая ячейковая циркуляция воздуха и приводит к образованию волнистых облаков.