Образование облаков и осадков

В области, захваченной фронтальной облачной системой, осадки отмечаются на всех или на большинстве станций и суммы осадков на отдельных станциях не слишком сильно отличаются одна от другой. Наибольший процент в общем количестве осадков в умеренных широтах составляют именно обложные осадки.

2) Из кучево-дождевых облаков, связанных с конвекцией, выпадают интенсивные, но малопродолжительные ливневые осадки. Сразу же после начала они могут иметь большую интенсивность, но вскоре быстро обрываются. Их сравнительно небольшая продолжительность объясняется тем, что они связаны с отдельными облаками или узкими зонами облаков. В холодной воздушной массе, движущейся над теплой земной поверхностью, ливневый дождь в каждом конкретном пункте иногда продолжается всего несколько минут. При местной конвекции летом над сушей, когда неустойчивость атмосферы существует в течение всего дня и кучево-дождевые облака непрерывно образуются, или при прохождении фронтов ливни иногда продолжаются часами. По наблюдениям в США, средняя площадь, одновременно захватываемая одним и тем же ливневым дождем, около 20 квадратных километров.

Интенсивность ливневых осадков сильно колеблется. Даже во время одного дождя количество осадков, выпавшее на расстоянии всего 1−2 км, может различаться на 50 мм. Ливневые осадки являются основным видом осадков в низких тропических и экваториальных зонах.

3).Моросящие осадки — это внутримассовые осадки, выпадающие из слоистых и слоисто-кучевых облаков, типичных для теплых или местных устойчивых воздушных масс. Вертикальная протяженность этих облаков невелика, поэтому в теплое время года осадки могут выпадать из них только в результате взаимного слияния капель. Выпадающие жидкие осадки — морось — состоят из очень мелких капелек. Зимой при низких температурах такие облака могут содержать кристаллы. Тогда вместо мороси из них выпадают мелкие снежинки и так называемые снежные зерна.

Как правило, моросящие осадки не дают существенных суточных количеств влаги. Зимой они не увеличивают заметно снежного покрова. Только в особых условиях, например в горах, морось может быть более интенсивной и обильной.

По форме различают следующие виды осадков.

1) Дождь — жидкие осадки, состоящие из капель диаметром 0,5−6 мм. Капли более значительных размеров при падении разбиваются на части. В ливневых дождях величина капель больше, чем в обложных, особенно в начале дождя. При отрицательных температурах иногда могут выпадать переохлажденные капли. Соприкасаясь с земной поверхностью, они замерзают и покрывают ее ледяной коркой. Морось — жидкие осадки, состоящие из капель диаметром порядка 0,5−0,05 мм с очень малой скоростью падения. Они легко переносятся ветром в горизонтальном направлении.

2) Снег — твердые осадки, состоящие из сложных ледяных кристаллов (снежинок). Формы их очень разнообразны и зависят от условий образования. Основная форма снежных кристаллов — шестилучевая звезда. Звезды получаются из шестиугольных пластинок, потому что сублимация водяного пара наиболее быстро происходит на углах пластинок, где и нарастают лучи. На этих лучах, в свою очередь, создаются разветвления. Диаметры выпадающих снежинок могут быть очень различными (в среднем порядка нескольких миллиметров). Снежинки при падении часто сливаются в крупные хлопья. При температурах, близких к нулю и выше нуля, выпадает мокрый снег или снег с дождем. Для него характерны крупные хлопья.

Из слоисто-дождевых и кучево-дождевых облаков при отрицательных температурах выпадает еще крупа, снежная и ледяная, — осадки, состоящие из ледяных и сильно озерненных снежинок диаметром более 1 мм. Чаще всего крупа наблюдается при температурах, близких к нулю, особенно осенью и весной. Снежная крупа имеет снегоподобное строение: крупинки легко сжимаются пальцами. Ядрышки ледяной крупы имеют оледеневшую поверхность. Раздавить их трудно, при падении на землю они подскакивают. Из слоистых облаков зимой вместо мороси выпадают снежные зерна — маленькие крупинки диаметром менее 1 мм, напоминающие манную крупу.

Зимой при низких температурах из облаков нижнего или среднего яруса иногда выпадают снежные иглы — осадки, состоящие из ледяных кристаллов в виде шестиугольных призм и пластин без разветвлений. При значительных морозах такие кристаллы могут возникать в воздухе вблизи земной поверхности. Они особенно хорошо видны в солнечный день, когда сверкают своими гранями, отражая солнечные лучи. Из подобных ледяных игл состоят облака верхнего яруса.

3) Особый характер имеет ледяной дождь — осадки, состоящие из прозрачных ледяных шариков (замерзших в воздухе капель дождя) диаметром 1−3 мм. Их выпадение ясно говорит о наличии инверсии температуры. Где-то в атмосфере есть слой воздуха с положительной температурой, в котором выпадающие сверху кристаллы растаяли и превратились в капли, а под ним — слой с отрицательной температурой, где капли замерзли.

4) Град — осадки, выпадающие в теплое время года из мощных кучево-дождевых облаков в виде частичек плотного льда различных, иногда очень крупных размеров. Град обычно бывает при грозе вместе с ливневым дождем.

Поднимающийся от земной поверхности в жаркий летний день теплый воздух охлаждается с высотой, а содержащаяся в нем влага конденсируется, образуется облако. Минуя на некоторой высоте нулевую изотерму, мельчайшие капли воды становятся переохлажденными. Переохлажденные капли в облаках встречаются даже при температуре минус 40° (высота примерно 8 — 10 км). Но эти капли очень нестабильны. Поднятые с земной поверхности мельчайшие частицы песка, соли, продукты сгорания и даже бактерии при столкновении с переохлажденными каплями нарушают хрупкий баланс. Переохлажденные капли, вступившие в контакт с твердыми ядрами конденсации, превращаются в ледяной зародыш градины.

Мелкие градины существуют в верхней половине почти каждого кучево-дождевого облака, но чаще всего такие градины при падении к земной поверхности тают. Так, если скорость восходящих потоков в кучево-дождевом облаке достигает 40 км/час, то они не в силах удержать зародившиеся градины, поэтому, проходя сквозь теплый слой воздуха между нулевой изотермой (в среднем высота от 2,4 до 3,6 км) и земной поверхностью, они выпадают из облака в виде мелкого «мягкого» града, либо и вовсе в виде дождя. В противном случае восходящие потоки воздуха поднимают мелкие градины до слоев воздуха с температурой от -10 до -40 градусов (высота между 3 и 9 км), диаметр градин начинает расти, достигая порой диаметра нескольких сантиметров (в исключительных случаях скорость восходящих и нисходящих потоков в облаке может достигать 300 км/час). Чем выше скорость восходящих потоков в кучево-дождевом облаке, тем крупнее град. Для образования градины размером с шар для гольфа потребуются более 10 миллиардов переохлажденных капель воды, а сама градина должна оставаться в облаке как минимум 5 — 10 минут, чтобы достичь столь крупного размера. Стоит заметить, что на формирование одной капли дождя необходим примерно миллион таких мелких переохлажденных капель.

Градины диаметром более 5 см встречаются в супер-ячейковых кучево-дождевых облаках, в которых наблюдаются очень мощные восходящие воздушные потоки. Именно супер-ячейковые грозы порождают смерчи (торнадо), сильные ливни и интенсивные шквалы. В средних широтах такие грозы наблюдаются редко. Например супер-ячейковые кучево-дождевые облака отмечались в Москве в ночь с 20 на 21 июня 1998 года, а также 30 июля 2004 года, когда из-за обильного ливня отмечались значительные подтопления на западе Москвы — в Филях.

Наиболее часто град выпадает в умеренных широтах, а с наибольшей интенсивностью — в тропиках. В полярных широтах град не наблюдается.

Заключение

Облака принадлежат к числу важнейших атмосферных явлений. Из облаков выпадают осадки, облачный покров днем уменьшает приток солнечного тепла и света, а ночью резко ослабляет излучение и охлаждение земной поверхности. Тем самым облака сильно влияют на изменения температуры, в частности на ее суточный ход, препятствуют возникновению радиационных заморозков и туманов, ослабляют дневное нагревание и пр.

Причина возникновения облаков — конденсация — начинается тогда, когда воздух достигает насыщения, что чаще всего происходит в атмосфере при понижении температуры. С понижением температуры до точки росы, количество водяного пара, недостаточное для насыщения, становится насыщающим. При дальнейшем понижении температуры избыток водяного пара сверх того, что нужно для насыщения, переходит в жидкое состояние, таким образом возникают начальные комплексы молекул воды, которые в дальнейшем растут до величины облачных капелек. Если точка росы лежит значительно ниже нуля, то первоначально возникают такие же комплексы, на которых растут переохлажденные капельки; но затем эти зачаточные капельки замерзают, и на них происходит развитие ледяных кристаллов.

Охлаждение воздуха чаще всего происходит адиабатически вследствие его расширения без отдачи тепла в окружающую среду. Такое расширение происходит преимущественна при подъеме воздуха.

Пока воздух не насыщен, он адиабатически охлаждается на один градус на каждые 100 м подъема. Таким образом, для воздуха, не очень далекого от насыщения, вполне достаточно подняться вверх на несколько сотен метров, в крайнем случае на одну-две тысячи метров, чтобы в нем началась конденсация.

Механизмы такого подъема воздуха различны. Воздух может подниматься в процессе турбулентности в виде неупорядоченных вихрей. Он может подниматься в более или менее сильных восходящих токах конвекции. Может происходить и подъем больших количеств воздуха на атмосферных фронтах, причем возникают облачные системы, покрывающие площади в сотни тысяч квадратных километров. Подъем воздуха может происходить и в гребнях атмосферных волн, вследствие чего также могут возникать облака на тех высотах, где существует волновое движение. В зависимости от механизма подъема воздуха возникают и различные виды облаков.

Облака переносятся воздушными течениями. Если относительная влажность в воздухе, содержащем облака, убывает, то облака испаряются. При определенных условиях часть облачных элементов укрупняется и утяжеляется настолько, что выпадает из облака в виде осадков.

Наличие облачности, в особенности плотной и сильно развитой по вертикали, может существенно затруднять работу авиации. Полеты, в особенности взлет и посадка, весьма затруднительны при очень низкой облачности, в капельных переохлажденных облаках происходит обледенение самолетов, в грозовых облаках наблюдаются опасные для самолета восходящие и нисходящие токи воздуха и пр.

Образование определенных форм облаков или их распад характеризуют многие типичные атмосферные процессы, происходящие в данном районе. Поэтому наблюдения над облачностью на метеорологических станциях имеют важнейшее значение для прогноза погоды.

Правильное определение формы облаков имеет особенно большое значение, потому что их формы связаны с конкретными типами атмосферных процессов.

Список литературы

С.П. Хромов, М. А. Петросянц. Метеорология и климатология: Учебник для вузов/ -6-е изд., перераб. и доп. -М.: Изд-во Моск. ун-та: Колос

С, 2004. -584 с.

http://meteo-geofak.narod.ru/cloud-atlas.htm Кафедра метеорологии и климатологии МГУ

http://www.krugosvet.ru Энциклопедия Кругосвет.

http://www.planet.elcat.kg Планета — информационно-образовательный журнал.

http://meteoweb.ru/

http://www.planet.elcat.kg Планета — информационно-образовательный журнал

http://meteo-geofak.narod.ru/cloud-atlas.htm Кафедра метеорологии и климатологии МГУ

http://meteoweb.ru/clouds.php

http://meteoweb.ru/phen003.php