Классификация облаков.

Облака

В результате конденсации внутри атмосферы возникают скопления продуктов конденсации, их называют облаками. Размеры облачных элементов — капелек и кристаллов настолько малы, что их удельный вес уравновешивается силой трения. Турбулентное движение воздуха приводит к тому, что эти капельки и кристаллы длительное время находятся взвешенными в воздухе, смещаясь то вниз, то вверх с элементами турбулентности. При конденсации непосредственно у земной поверхности скопления продуктов конденсации называют туманами. Прин­ципиальной разницы в строении облаков и туманов нет. В горах возможны и такие случаи, когда облако возникает на самом горном склоне. Для наблюдателя, смотрящего снизу, из долины, явление представится облаком; для наблюдателя на самом склоне — туманом.

Облака переносятся воздушными течениями. Если относительная влажность воздуха, содержащего облака, снижается, то облака испаряются. При определённых условиях часть облачных элементов укрупняется и выпадает из облаков в виде осадков.
дельные облака существуют очень короткое время, это значит, что недавно возникшие капельки, из которых состоит облако, снова быстро испаряются. Даже если облако наблюдается очень долго, это не означает, что оно состоит из одних и тех же капелек. В действительности облака находятся всё время в процессе постоянного образования и исчезновения. Длительно существует процесс облакообразования, облако же является только видимой в данный момент частью общей массы воды, вовлекаемой в этот процесс.

Взвешенность облаков также обманчива. Если облако не меняет своей высоты, то это не означает, что составляющие его элементы не выпадают. Жидкая или твёрдая частичка в облаке может опускаться, но, достигая нижней границы облака, она переходит в ненасыщенный воздух и здесь испаряется. В результате облако кажется длительно находящимся на одном уровне.

По своему строению облака делятся на три класса: водяные (капельные) облака, состоящие только из капелек; смешанные облака, состоящие из смеси переохлаждённых капелек и ледяных кристаллов при умеренных отрицательных температурах; ледяные (кристаллические) облака, состоящие только из ледяных кристаллов при достаточно низких температурах. В тёплое время года водяные облака образуются главным образом в нижних слоях атмосферы, смешанные — в средних, ледяные — в верхних. В холодное время года при низких температурах смешанные и ледяные облака могут возникать вблизи земной поверхности. Чисто капельное строение облака могут сохранять до температуры -10°С.

Размеры облачных капель варьируют в широких пределах — от долей микрона до сотен микронов. Кристаллы также разнообразны по форме и размерам. Замерзание капелек при низких температурах даёт полные кристаллы — ледяные шестиугольные пластинки или призмы диаметром 10-20мк. При дальнейшей сублимации они превращаются в шестилучевые звёзды или кристаллы более сложной структуры и размером до нескольких миллиметров в диаметре.

Количество капелек в единице объёма облачного воздуха составляет несколько сотен на кубический сантиметр в нижней части тропосферы, содержание кристаллов ещё меньше.

Водность облаков (содержание воды в жидком или твёрдом виде) очень невелико и составляет от 0,2 до 5 г на кубический метр облачного воздуха, то есть водность облаков меньше, чем абсолютная влажность воздуха.

Формы облаков в тропосфере очень разнообразны. В настоящее время по внешнему виду (согласно международной классификации) их объединяют в 10 основных родов. В этих основных родах различают значительное число видов, разновидностей и дополнительных особенностей.

Ниже перечислены десять основных родов облаков и приведены международные (латынь) названия и их сокращения.

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)

Кроме международной классификации, основанной на внешнем виде облаков, облака разделяются также по высотам и по происхождению (по механизму образования). По высоте формирования облака подразделяются на три яруса между уровнем моря и тропопаузой. В зависимости от температурных условий и от высоты тропопаузы границы этих ярусов в разных широтах различны.

Верхний ярус облаков в полярных широтах простирается в среднем от 3 до 8 км, в умеренных широтах — от 5 до 13 км, в тропических — от 6 до 18 км. Средний ярус — в полярных широтах — от 2 до 4 км, в умеренных — от 2 до 7 км, в тропических — от 2 до 8 км. Нижний ярус — во всех широтах — от земной поверхности до 2 км.

Из перечисленных 10 родов облаков первые три — перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые — облака верхнего яруса, высоко-кучевые — среднего, слоисто-кучевые и слоистые — нижнего. Высоко-слоистые, располагаясь в среднем ярусе, могут проникать в верхний; слоисто-дождевые облака существуют в нижнем ярусе, но проникают в средний. Основания (нижние поверхности) кучевых и кучево-дождевых облаков находятся в нижнем ярусе, но их вершины часто проникают в средний и верхний ярусы.

1 — 3. Перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые облака верхнего яруса — самые высокие облака тропосферы. Они встречаются при наиболее низких температурах и состоят из ледяных кристаллов. На вид все облака белые, полупрозрачные, мало затеняющие солнечный свет. Разница между этими тремя родами облаков в следующем: перистые облака выглядят как отдельные нити, гряды или полосы волокнистой структуры; перисто-кучевые представляют собой гряды или пласты, имеющие ясно выраженную структуру из мелких хлопьев, шариков, завитков, похожую на рябь на поверхности воды; перисто-слоистые облака — это тонкая прозрачная белесоватая вуаль, частично или полностью перекрывающая небо.

4. Высоко-кучевые облака в среднем ярусе представляют собой облачные пласты или гряды белого или серого цвета. Они тонки, но частично затеняют солнце. Состоят из мелких однородных переохлаждённых капель.

5. Высоко-слоистые облака. Их вертикальная мощность измеряется уже километрами, а на вид они представляют собой светлый, молочно-серый облачный покров, застилающий небосвод целиком или частично. В отдельных частях этого покрова сквозь него можно видеть диск солнца, но в виде размытых пятен. Это типичные смешанные облака, и они дают осадки. Но осадки незначительны и, как правило, в тёплое время года испаряются, не долетев до земной поверхности.

6. Слоисто-дождевые облака имеют общее происхождение с высоко-слоистыми, но значительно более мощные. Они начинаются в нижнем ярусе, проникают в средний, иногда поднимаются и до верхнего. Слой этих облаков серый, солнечный диск сквозь них не просвечивает. Из этих облаков выпадает обложной дождь или снег, достигающий поверхности Земли.

7. Слоисто-кучевые облака в нижнем ярусе представляют собой гряды или слои серых или беловатых облаков, почти всегда имеющих более тёмные части. Они, как правило, не дают осадков, лишь при очень низких температурах из них выпадает мелкий снег.

8. Слоистые облака находятся в нижнем ярусе. Это самые низкие облака, в равнинной местности их высота может быть всего несколько десятков метров над землёй. Это однородный на вид серый слой капельного строения, из которого может выпадать морось. При низких температурах из них выпадает мелкий снег. Солнечный диск, если он просвечивает сквозь облака, имеет чёткие очертания.

9. Кучевые облака — это отдельные облака в нижнем и среднем ярусах, как правило, плотные, с резко очерченными контурами, развивающимися в виде холмов, куполов, башен. На солнце кажутся ослепительно-белыми. Кучевые облака осадков, как правило, не дают, но в тропиках при большой водности облаков из них могут выпадать небольшие дожди.

10. Кучево-дождевые облака являются дальнейшей стадией развития кучевых облаков. Они представляют собой мощные кучеобразные массы, очень сильно развитые по вертикали в виде гор или башен от нижнего до верхнего яруса. Закрывая солнце, они имеют мрачный вид и сильно уменьшают освещённость. Они дают осадки ливневого характера, интенсивные дожди с градом, зимой — густой снег. С ними часто связаны грозовые явления и радуга.

Генетические типы облаков. Различия в структуре и внешнем облике облаков объясняют различиями в условиях их возникновения, в их генезисе. Различают облака внутримассовые и фронтальные. Первые обязаны своим происхождением процессам внутри воздушных масс, вторые — процессам, связанным с фронтами, то есть с границей между отдельными воздушными массами.

Наиболее яркими примерами внутримассовых облаков являются облака конвекции. Они возникают в результате адиабатического охлаждения воздуха в восходящих токах в неустойчивых воздушных массах (рис.6.10).

Рис. 6.10. Схема возникновения облаков конвекции.

В среднем скорость восходящих токов воздуха при облакообразовании 3-6 м/сек, но в отдельных случаях — выше 20 м/сек. Так формируются кучевые облака, которые при последующем развитии могут превратиться в кучево-дождевые. Превращение заключается в появлении ледяных кристаллов в верхней части облаков (оледенение вершин облаков) и появлении в них волокнистых структур. Именно этот процесс приводит к выпадению осадков из кучево-дождевых облаков, тогда как кучевые облака осадков не дают.

Для развития облаков конвекции необходимо, чтобы воздушная масса до значительных высот обладала неустойчивой стратификацией, т.е. вертикальные градиенты температуры в ней до уровня конденсации должны быть больше сухоадиабатического градиента или близки к нему, а выше уровня конденсации – больше влажноадиабатического градиента.

Высоту конденсации в этом случае можно подсчитать, зная температуру и влажность воздуха у земной поверхности:

Z =122 (t₀-t₀), (48)

Где Z – высота конденсации в метрах, t₀ — температура воздуха у земли (⁰С), t₀ – точка росы для этого воздуха, размерность коэффициента – 122 м/град. Температуры на уровне оледенения составляют -8 -12⁰С.

При наличии на какой-либо высоте слоя инверсии температуры или хотя бы слоя с малыми вертикальными градиентами конвекция замедляется или прекращается. Эти слои называются задерживающими. Такие явления часто наблюдаются в тропиках и объясняют отсутствие осадков в сухие сезоны.

Облака конвекции образуются:

— в холодных воздушных массах, движущихся над теплой поверхностью. В этом случае они возникают и над сушей, и над морем;

— летом над сушей в местных воздушных массах над сильно прогревающейся днем поверхностью почвы. В этом случае облакообразование имеет отчетливо выраженный суточный ход: наибольшее развитие днем, в послеполуденные часы, и исчезновение под утро;

— зимой над морем — довольно часто, над сушей – редко или отсутствуют вовсе.

Волнообразные (волнистые) облака. В устойчивых воздушных массах (в основном тёплых) главным процессом развития облаков является турбулентный перенос водяного пара вместе с воздухом от земной поверхности вверх и соответствующее его адиабатическое охлаждение. Подъём осуществляется до слоя инверсии, под ним происходит накопление водяного пара, его радиационное выхолаживание и формирование облаков (рис.6.11).

Рис. 6.11. Схема возникновения волнистых облаков

 

Так образуются слоистые и слоисто-кучевые облака нижнего яруса. И те, и другие облака растянуты в горизонтальном направлении и имеют волнистую структуру. Эта структура связана с волновым процессом в слое инверсии. В слое инверсии и по обе стороны от него возникают воздушные волны длиной 50-2000 м. В гребнях этих волн воздух поднимается вверх, между гребнями опускается вниз. В результате облачный слой разделяется на отдельные валы, характерные для слоисто-кучевых облаков. При больших длинах волн возникают слоистые облака, волнистая структура которых заметна только с самолёта. При существовании слоев инверсии в средней тропосфере этот же процесс приводит к образованию высококучевых облаков. Волнообразные облака образуются чаще всего ночью и в холодный сезон.

Фронтальными облаками являются облака упорядоченного восходящего скольжения (рис.6.12). Эти облака представляют собой огромные облачные системы, вытянутые в длину вдоль линии раздела воздушных масс (вдоль фронта) на тысячи километров и в ширину захватывающие сотни километров.
иболее отчетливо эта облачная система бывает выражена на теплом фронте. При надвигании тёплого воздуха на холодный формируется очень пологая поверхность теплого фронта. Медленное вползание тёплого воздуха по холодному клину приводит к адиабатическому охлаждению мощных слоёв теплого воздуха и к конденсации в нем водяного пара. В результате возникает облачная система, расположенная в тёплом воздухе над холодным клином. Самая мощная часть облачной системы расположена вблизи линии фронта и образована слоисто-дождевыми облаками мощностью в несколько километров между уровнями 1-2 и 6-8 км. Дальше от линии фронта облака теплого фронта представлены менее мощными высокослоистыми, ещё дальше перисто-слоистыми, перед которыми на расстоянии многих сотен километров от линии фронта наблюдаются гряды перистых облаков. Осадки из высокослоистых облаков не достигают земной поверхности, по крайней мере, летом. Но из слоисто-дождевых облаков выпадают обложные осадки полосой, ширина которой 200-300 км. Вместе с перемещением фронта перемещаются и связанные с ним облака и осадки. Признаками приближающегося тёплого фронта с последующей мощной облачностью и осадками являются вытянутые полосы перистых облаков на западном или южном горизонте.

Рис. 6.12. Схема возникновения облаков восходящего скольжения.

 

В случае холодного фронта (перемещения холодной массы на место тёплой) получается, по существу, такая же облачная система. Отличие состоит в том, что она более узкая и в передней, наиболее мощной части, имеет характер кучево-дождевых облаков с ливневыми осадками.

Следует отметить, что на фронтах возможно образование и некоторых других типов облаков. Например, на холодном фронте возможно образование перисто-кучевых облаков, летом кучево-дождевые облака могут образовываться и на теплом фронте.

Облачность упорядоченного восходящего движения более характерна для внетропических широт, а в тропиках преобладают облака конвекции.

6.3.6. Облачность, её суточный и годовой ход

 

Степень покрытия небесного свода облаками называют облачностью. Облачность выражается в десятых долях покрытия неба (0-10 баллов). При облаках, полностью закрывающих небо, облачность обозначается числом 10, при совершенно ясном небе — 0. На метеостанциях облачность обычно определяют на глаз. Но существуют для этого и приборы в виде фотокамер с выпуклым полусферическим зеркалом. Принято отдельно оценивать общую облачность и количество нижних облаков, так как высокие и отчасти средние облака мало затеняют солнечный свет.

Облачность имеет большое значение для оборота тепла на Земле. Она отражает прямую солнечную радиацию и уменьшает её приток на земную поверхность, увеличивает рассеяние радиации, уменьшает эффективное излучение, меняет условия освещённости.

Суточный ход облачности на Земле сложен и в большой степени зависит от рода облаков. Внутримассовые слоистые и слоисто-кучевые облака, связанные с выхолаживанием воздуха от земной поверхности и со сравнительно слабым турбулентным переносом водяного пара вверх, имеют максимум ночью и утром.

Облака конвекции имеют отчетливо выраженный суточный ход. Они возникают в дневное время (максимальное прогревание суши) и исчезают к ночи. Поэтому над сушей в умеренных широтах летом наблюдаются два максимума облаков — утром и после полудня. В холодное же время года преобладает утренний максимум. В тропиках весь год преобладает послеполуденный максимум, так как важнейшим облакообразующим процессов является конвекция. Над морем облака конвекции и облака восходящего скольжения не имеют ясного суточного хода.

Годовой ход облачности различен в разных климатических зонах. В высоких и умеренных широтах над сушей максимум приходится на зиму, когда наиболее развита циклоническая деятельность, а минимум – на весну и лето, когда преобладают облака конвекции. Над морем в этих широтах различий в годовом ходе облачности между сезонами не наблюдается. Внутри континентов, где в зимнее время господствуют антициклоны, минимальная облачность наблюдается зимой, а максимальная летом.

В субтропиках, где летом господствуют антициклоны, на это время приходится минимум облачности, на зиму – максимум. В тропиках, в пассатной зоне – максимум облачности приходится на лето, минимум на зиму.

В географическом распределении облачности на Земле можно отметить следующие особенности. Над морем облачность больше, чем над сушей. В среднем для всего северного полушария она над морем — 5.6, над сушей — 4.8, для южного полушария — над морем 6.0, над сушей — 4.9 . Для всего Земного шара в целом облачность составляет 5.4, то есть поверхность Земного шара в целом закрыта облаками более чем наполовину. От самых высоких к субполярным широтам облачность растёт и достигает максимума в зоне 70-60° широты. Это связано с максимальным развитием циклонической деятельности в субполярных широтах. Затем к субтропикам облачность убывает и достигает минимума в зоне 30-20°. Этот минимум связан с субтропическими антициклонами. Далее к экватору облачность снова увеличивается: это зона пассатов с их кучевыми облаками и затем зона внутритропической конвергенции вблизи экватора, где развивается сильная конвекция.

Источник: studopedia.su

Типы облачности

Облачность играет важную роль в формировании погодных условий. Облачный покров предотвращает нагрев поверхности Земли, и продлевает процесс её охлаждения. Облачный покров существенно снижает суточные колебания температуры. В зависимости от количества облаков в определённое время выделяется несколько типов облачности:

1. «Ясно или малооблачно» соответствует облачности в 3 балла в нижнем (до 2 км) и среднем ярусе (2 – 6 км) или любое количество облаков в верхнем (выше 6 км).
2. «Меняющаяся или переменная» – 1-3/4-7 баллов в нижнем или среднем ярусе.
3. «С прояснениями» – до 7 баллов суммарной облачности нижнего и среднего яруса.
4. «Пасмурно, облачно» – 8-10 баллов в нижнем ярусе или не просвечивающиеся облака в среднем, а также с атмосферными осадками в виде дождя или снега.

Виды облаков

Всемирная классификация облаков выделяет множество видов, каждый из которых обладает своим латинским названием. В ней учитывается форма, происхождение, высота образования и ряд других факторов. Основу классификации составляют несколько видов облаков:

• Перистые облака представляют собой тонкие нити белого цвета. Располагаются на высоте от 3 до 18 км в зависимости от широты. Состоят из падающих кристаллов льда, которым и обязаны своим внешним видом. Среди перистых на высоте свыше 7км облака подразделяются на перисто-кучевые, высоко-слоистые, которые обладают невысокой плотностью. Ниже на высоте около 5км располагаются высоко-кучевые облака.
• Кучевые облака это плотные образования белого цвета и значительной высоты (иногда более достигает 5 км). Располагаются чаще всего в нижем ярусе с вертикальным развитием в средний. Кучевые облака на верхней границе среднего яруса зовутся высококучевыми.
• Кучево-дождливые, ливневые и грозовые облака, как правило, располагаются невысоко над поверхностью Земли 500-2000 метров, характерны выпадением атмосферных осадков в виде дождя, снега.
• Слоистые облака представляют собой слой взвеси небольшой плотности. Они пропускают свет солнца и луны и находятся на высоте между 30 и 400 метров.

Перистые, кучевые и слоистые типы смешиваясь, образуют другие виды: перисто-кучевые, слоисто-кучевые, перисто-слоистые. Кроме основных видов облаков и существуют и другие, менее распространённые: серебристые и перламутровые, лентикулярные и вымеобразные. А облака, образованные пожарами или вулканами называются пирокумулятивными.

Источник: xn—-8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai

Морфологическая классификация облаков

По современной классификации выделяются 10 основных облачных форм, делящихся на множество типов и разновидностей. Существует более 90 разновидностей, со многими не знакомят даже студентов на метеорологической практике. Виды облаков изучают школьники в 6 классе, в учебниках географии для детей дана упрощенная классификация.

По внешнему виду выделяют формы:

• cumulus – кучевые;
• stratus – слоистые;
• cirrus – перистые;
• nimbus – дождевые.

По расстоянию от земной поверхности облака бывают:

• cir – высокие;
• alto – средние;
• низкие.

Ниже дается характеристика с фото видов облаков. Приводится сравнение атмосферных образований, расположенных на разных уровнях от поверхности планеты.

Облака верхнего яруса

Располагаются выше 6 км от земли:

1. Перистые (cirrus). Легкие, волокнообразные, воздушные образования, обычно правильной полосчатой формы, реже неправильной, при которой волокна хаотично раскиданы по небу. Формируются из микроскопических ледяных кристаллов. Часто сигнализируют о смене погоды.
2. Перисто-слоистые (cirrostratus). Тонкий полупрозрачный слой, сквозь который просвечивается солнечный диск. Бывает туманным или волокнообразным. Предупреждает о приближении непогоды.
3. Перисто-кучевые (cirrocumulus). Тонкий полупрозрачный покров хлопьеобразной или волнообразной структуры. Затягивает верхний ярус неба перед бурей.

Облака среднего яруса

Формируются на расстоянии от 2 до 6 км от земли:

1. Высокослоистые (altostratus). Плотный сероватый или сизоватый покров, имеющий волокнообразную или клочковатую структуру. Закрывает все небо, предупреждает о небольшом дожде. Солнце просвечивает слабо.
2. Высококучевые (altocumulus). Белые или серые «гряды» или «холмы», довольно тонкие, расположенные ровными рядами или равномерно распределенными пятнами. Редко расположение хаотичное. Такое небо отмечается в пасмурную погоду.

Облака нижнего яруса

Располагаются ниже 2 км от земли:

1. Слоисто-кучевые (stratocumulus). Крупные, объемные, тяжелые, сероватые «гряды» и «холмы». Выглядят нагроможденными друг на друга. Редко преобразуются в слоисто-дождевые облака, дающие дождевые и снежные осадки.
2. Слоистые (stratus). Однородные, бесструктурные, серые, самые низкие облака, похожи на высокий лоскутный туман. Закрывают значительную часть неба, зимой держатся долго, летом быстро расходятся. Осадков не дают.
3. Слоисто-дождевые (nimbostratus). Серо-сизые тучи, часто выглядят зловеще, приносят осадки в виде снега и дождя.

Облака вертикального развития

Простираются вверх на многие километры:

1. Кучевые (cumulus). Это название имеют тяжелые «купола», клубящиеся и белые сверху, плоские и серые снизу. При низкой влажности и незначительном восхождении воздуха предсказывают хорошую погоду, в ином случае сгущаются и вызывают грозу.
2. Кучево-дождевые (cumulonimbus). Обширные крупные массы, вырастающие вертикально до 14 км. Образуются из кучевых облаков, имеют белый купол из ледяных частиц и почти черное основание, дают грозы, град, проливные дожди со шквалистым ветром. Существуют до 4 часов.

Источник: 1001student.ru