В летний погожий денек так приятно порой любоваться летящими по высокому небу белоснежными облаками, принимающими причудливые очертания диковинных зверей, сказочных замков или других образов, подсказанных фантазией. Но стоит только на краю неба появиться черной дождевой туче, и беззаботное настроение сразу сменяется неосознанным чувством тревоги. Почему это происходит? Почему облака, такие белые и легкие, становясь грозовой тучей, сразу же темнеют, приобретая глубокий, почти черный цвет?

  • Как образуются облака
  • Как образуется туман

Как образуются облака

Облака — скопление масс капель воды в газообразном состоянии, которые находятся в воздухе на разном расстоянии от земли. Облака закрывают близко 50% поверхности земли в каждый момент времени. С помощью облаков, пресная вода попадает на землю, тем самым реализуя процесс круговорота воды на земле.

Дождь, который идет сегодня, шел и миллионов лет назад. На земле вода как в бутылке, никуда не девается и ниоткуда не берется. Многочисленные литры воды испаряются при нагревании на Солнце, затем она превращается в невидимую пару и поднимается в воздух (тропосферу). Затем пара охлаждается и при большом скоплении пары образуются облака. При сильном переохлаждении и большом скоплении облако не держит высоту и опускается все ниже. При достижении в облаке точки росы пар превращается в жидкое состояние и под силой тяжести стремится к земле.

Чем теплее воздушная пара, тем больше он расширяется. При достижении точки росы происходит конденсация, вода превращается из газообразного состояния в жидкое. Есть две причины образования облаков. Первая — при резком изменении направления и скорости ветра создаются нужные условия для образования облака. Вторая, при подъеме пара над горами и холмами облака принимают тот вид, который нам знаком 🙂 С помощью облаков происходит смена времена года

Классификация облаков

Жан Батист Ламарк (1744 — 1829) предложит классификацию облаков в 1802 году. На сегодня организация ВМО различает 10 главных видов облаков относительно их формы и высоты образования.

  • Облака нижнего яруса (до 3 км) — к ним относят: слоисто-кучевые, кучевые, слоистые, слоисто-дождевые и кучево-дождевые.
  • Облака среднего яруса — (3 — 6 км) — к ним относят: высокослоистые и высококучевые.
  • Облака верхнего яруса (от 6 до 18 км) — к ним относят: перисто-кучевые, перисто-слоистые и перистые. Они не создают осадки.

Рисунок — 1

Как образуется туман

Туман — форма водяной пары в виде микроскопических капель воды, которая находится до нескольких сотен метров над уровнем земли. По сути туман, это тоже облако, но находящиеся низко над землей.

Туман образуется в следствии конденсации водяного пара. Туман возникает тогда, когда воздух охлаждается значительно быстрее, чем водная или земная поверхность. При тумане влажность воздуха стремится к 100%. Структура тумана напрямую зависит от температуры воздуха. Он может состоять из кристаллов льда или капель воды или того и другого.

Техническая информация:

При положительной температуре туман имеет капельки воды радиусом 2.. 5 мкм, а при температурах ниже нуля — радусом менее 1мкм. Водность тумана имеет 0,02 — 1,0 г/м3. В слабом тумане число капель составляет 1 — 10шт/см3, в сильном 400 — 600 шт/см3. Туман образуется тогда, когда парциальное давление водяного пара в слое воздуха прилегающем в земле, превышает давление насыщенного пара, а относительная влажность воздуха близится к 100%. (Не путать с атмосферным давлением).

Туман охлаждения — образуется при понижении температуры прилегающего воздуха к земле. Такой туман имеет 2 вида:

  • Радиационный туман — образуется при радиационном охлаждении земли. Оптимальные условия для такого тумана: достаточная относительная влажность и малооблачная погода с слабым ветром
  • Адвективный туман — образуется при движении теплого воздуха над холодной поверхностью. Такие туманы обычно встречаются возле прибережных зон. Теплый воздух на водоемом перемещается на холодный воздух над землей.

Также есть туманы испарения и туманы смещения — принцип у них такой же.

В отдельную категорию относят туманы вызванные человеком. Городские туманы — возможен в крупных городах, где в воздухе содержаться отходы производства, которые являются ядрами конденсации. В таких случаях при относительной влажности 75% начинается формироваться туман. При прогнозировании оценки загрязнения воздухаможно спрогнозировать будет ли туман в городе или нет. Нужно уделять большое значение для атмосферы

Смотрите также:

  • Поверхностные, грунтовые и подземные водыПоверхностные, грунтовые и подземные воды
  • загрязнение гидросферы металлами и нефтепродуктамизагрязнение гидросферы металлами и нефтепродуктами
  • Что такое водопад и гейзер?Что такое водопад и гейзер?
  • Основные части водной оболочки гидросферыОсновные части водной оболочки гидросферы
  • Живые организмы гидросферыЖивые организмы гидросферы
  • стихийные явления в гидросферестихийные явления в гидросфере
  • Обсидиан вулканическое стеклоОбсидиан вулканическое стекло
  • Вулкан — жерло, лава, извержениеВулкан — жерло, лава, извержение

Что собой представляют облака?

Все без исключения облака представляют собой огромные, иногда размером в несколько десятков километров, скопления мельчайших водяных капелек и кристалликов льда, силой ветра перемещаемые над поверхностью земли на высоте от 0,5 до 30 километров.

Микроскопические размеры облачных элементов – капель или льдинок – дают возможность им долгое время держаться в воздухе. Но как только создаются условия для укрупнения облачных элементов, они становятся слишком тяжелыми, опускаются и выпадают из облака в виде осадков.

Облака бывают:

— перистыми – распростершимися по небу в виде огромных перьев или лент , прямой или изогнутой формы;

— слоистыми – будто состоящими из нескольких слоев, уложенных один на другой, нередко немного разного оттенка;

— кучевыми – напоминающими огромные сугробы или комки белоснежной ваты, летящие высоко в небе. Это основные формы облаков, на практике нередко они сочетаются между собой самым причудливым образом, становясь перисто-слоистыми, перисто-кучевыми, слоисто-кучевыми и т.д.

Как образуются облака?

Как было сказано выше, облака образованы капельками водяного пара. Ежедневно с поверхности океанов, морей, озер и рек, да и просто с поверхности земли испаряются десятки тысяч тонн воды. Вначале эта вода находится в теплых слоях воздуха, расположенных близко к поверхности.

Этот теплый воздух, согласно законам физики, поднимается вверх, но чем больше он удаляется от земли, тем больше остывает. Молекулы воды, теряя энергию, начинают переходить из газообразного состояния в жидкое, конденсируясь в виде капель.

Но так как поднявшийся вверх воздух является более разреженным, чем нижний слой, находящийся возле поверхности, то капли воды не могут сконденсироваться до достаточно крупных размеров и остаются в атмосфере в виде взвеси, мельчайшего аэрозоля из жидких или твердых ледяных частиц. Это и есть облака. Специалисты утверждают, что вода в них нередко присутствует в обоих состояниях одновременно – и в виде капель, и в виде льдинок.

Почему у облаков и туч разный цвет?

Метеорологи не пользуются термином «туча», вместо этого они говорят «дождевое облако» или «грозовое облако». Все мы знаем, что если на горизонте появилось и приближается к нам темное облако, то вскоре обязательно пойдет дождь. Между цветом облака и его способностью проливать капли воды существует самая непосредственная связь.

Дело в том, что структура белых облаков, летящих в небе на высоте шести и выше километров, очень разреженная, неплотная. Поэтому солнечный свет проходит сквозь них практически беспрепятственно, как сквозь матовый абажур лампы. Создается впечатление белоснежной воздушной массы, легкой и сияющей.

Когда, в силу разных причин, облако опускается на высоту двух или меньше километров, оно становится более плотным, и солнечным лучам уже труднее проходить через его толщу.

Чем ниже опускается облако, тем более темным оно выглядит: вначале оно приобретает легкий сероватый оттенок, затем становится явственно серым, синим или фиолетовым.

Одновременно воздушная масса уплотняется, и мельчайшие капельки сближаются друг с другом. Это приводит к тому, что капли воды увеличиваются в размерах, что еще больше ухудшает проходимость сквозь тучу солнечных лучей. Она становится все более тяжелой и опускается все ниже и ниже, и вот наступает момент, когда туча уже не может удерживать в себе капли воды, и они начинают падать вниз, на землю.

Процесс конденсации продолжается до тех пор, пока облако не станет менее плотным и не начнет подниматься в верхние слои атмосферы. Таким образом, становится понятным, что цвет облака зависит в основном от его плотности: чем выше этот показатель, тем темнее облако.

Самую большую плотность имеют дождевые и грозовые облака, капли воды в которых уже сконденсировались практически до готовности пролиться на землю. Именно поэтому дождевая туча выглядит тяжелой и черной, а облако – белым и легким.

1. Кучево-дождевые

Облака, которые составляют эти бури, известные как кучево-дождевые, являются самыми захватывающими, что может предложить природа. Они, безусловно, самые интересные и опасные  облака, которое вы можете видеть.

Они формируются когда ветры дуют в разных направлениях или с высокой скоростью. Внутри этих небесных монстров теплый, влажный воздух всасывается в бури и катапультируется на высоте более 16 км над землей.

Облако вздымается вверх, как грибное облако, оно вращается, что увеличивает его способность порождать торнадо, разрушительные ветры и большой град. Вращающийся восходящий поток также дает этим атмосферным монстрам больше времени на жизнь по сравнению с обычными грозами.

В худшем случае, кучево-дождевые облака могут порождать торнадо, опустошающие целые города.

Из космоса кучево-дождевые облака могут напоминать ядерные взрывы. С земли некоторые суперколлекции, представляют собой медленно вращающиеся космические корабли.

Когда они видны из космоса, грозы выглядят как взрывы, ясно демонстрирующие сильные восходящие потоки, которые приводят к вертикальному росту таких кучево-дождевых облаков.

2. Вымеобразные облака

Вымеобразные облака встречаются редко, но ничто не может сравниться с хорошим изображением этих мешочных облаков на закате.

Метеорологическое общество определяет их как «Висячие выпуклости, такие как мешочки, на нижней поверхности облака». Они обычно вызваны областями тонущего воздуха под облаком.

На нижней стороне кучево-дождевой накидки образуются облака Маммута.

3. Шельфовые облака

Шельфовые облака являются одними из самых опасных, но в целом безвредных облаков. Они имеют тенденцию образовываться на переднем крае сильной грозы, так как более холодный, влажный воздух от шторма продвигается вперед, сталкиваясь с более теплой влажной воздушной массой впереди него и заставляя конденсацию проходить вдоль наклоненного вверх склон.

Фотографии шельфовых облаков часто классифицируются в Twitter и Instagram как «полки», что указывает на то, что эти облака довольно распространены, но также впечатляют.

Шельфовые облака образуются когда воздух, охлаждаемый дождем от грозы, выталкивается впереди шторма, заставляя теплый, влажный воздух подниматься, охлаждаться и конденсироваться на передней части клина.

4. Валовые облака

Валовые облака формируются в сумеречных грозах, и многие порождают торнадо.

Облака, видимые на равнинах весной и летом, являются одними из самых впечатляющих и редких атмосферных форм. Но они далеки от единственных ярких облаков, которые может предложить небо.

Вы слышали об «Облаке дырокола»? Как насчет «Утренней славы»? Или, может быть, вы слышали, но еще не видели, линзовидные облака? Некоторые облака, такие как «Утренняя слава», настолько редки и считаются настолько великолепными, что они могут побудить пересечь континенты и океаны, чтобы иметь возможность их обнаружить.

Для редких облаков требуются правильные условия для возникновения. Некоторые, такие как линзовидные и волновые облака, обычно видны только в горных хребтах.

5. Рулонное облако

Подумайте о рулонных облаках, как о горизонтальных, в форме трубки облаках, которые напоминают маленькие волны на песчаном пляже.

Такие облака, известные по их техническому названию arcus (дуга), обычно связаны с грозой или фронтовым порывом, так как холодный воздух выталкивается перед ливнем или грозой.

Если вам повезло увидеть такое облако, вы должны считать себя счастливым.

6. Облака Кельвина-Гельмгольца

Волновые облака Кельвина-Гельмгольца — редкое облачное образование, напоминающее океанские волны в небе.

По данным Бюро Соединенного Королевства Великобритании: «Отличительное облако Кельвина-Гельмгольца происходит, когда наблюдается сильный вертикальный сдвиг между двумя воздушными потоками, что приводит к тому, что ветры быстрее наступают на верхнем уровне, чем на более низких уровнях».

Они были названы в честь двух метеорологов, изучавших воздушный поток: Германа фон Гельмгольца и Уильяма Томсона Кельвина.

7. Линтикулярные облака

Вероятно, вы видели Линтикулярные облака в какой-то момент своей жизни, но приняли его за НЛО или, возможно, просто не знали, что это такое. Линтикулярные облака обычно образуются вблизи гор, так как воздух вынужден двигаться вверх и по вершинам, охлаждаясь и уплотняясь.

Облака могут приобретать гладкий или сложный вид, например, атмосферный блин, и оставаться на месте в течение нескольких часов подряд. Они также могут иметь более острые края и быть мимолетными —  одна минута и облака уже нет.

8. Асперитус

Облака Асперитус — одни из самых новых облаков в облачном атласе Всемирной метеорологической организации (ВМО, нет, не в романе).

Эти облака обладают волнообразными структурами и довольно хаотичны. ВМО сравнивает их с облаками, которые напоминают «шероховатую морскую поверхность снизу».

Члены Общества облачной оценки задокументировали случаи этого облака и организовали кампанию лоббирования, чтобы получить тип облака, включенный в глоссарий ВМО, что оказалось успешным в прошлом году.

Облако аспиратус, тип, который был вновь признан Всемирной Метеорологической Организацией после лоббирования от облачных энтузиастов.

9. Дырявое облако

Этот тип облака требует редких и конкретных условий для формирования. Он характеризуется круглым отверстием в облаке, состоящим из переохлажденных капель воды.

Как правило, происходит то, что лучи перистых облаков падают в облачный слой под ним, разрушая круговую область, которая затем появляется без облаков. Самолеты, пролетающие через тонкие слои переохлажденных капель воды (что означает, что капли воды в облаке ниже нуля, но не кристаллы льда) также могут вырезать в них бесцветную дорожку, за исключением того, что они имеют прямую траекторию полета лайнера.

10. Высококучевые облака

Как и каждый из нас, облака имеют темную сторону. Грозы могут порождать самые разрушительные погодные явления на планете. Торнадо может очищать хорошо построенные дома до бетонных плит подвала с ветрами до 500 км в час или больше.

Другими словами, самые захватывающие облака в небе — кучево-дождевые, также являются самыми опасными.

Но разве эта двойственность не заставит вас быть очарованными ими?

11. Торнадо

Торнадо — такие редкие явления погоды, что они привлекают сотни, если не тысячи, штормовых охотников на Великие равнины каждую весну и начало лета, в надежде увидеть одного из этих монстров.

Торнадо не являются их собственным облачным типом, и появляются из другого редкого вращающегося облака, известного как валовое облако.

Фактически, некоторые торнадо не полностью видны от земли до основания родительской грозы, из-за недостатка влаги.

Торнадо бывают разных форм и размеров. Дымоходы, канатные торнадо и страшный клин — лишь некоторые из них.

США были избавлены от крупной катастрофы в результате торнадо в 2016 году, но в предыдущие годы им не повезло, особенно в 2011 году, когда случилось 1,961 торнадо, убив 550 человек.

Тем не менее, несмотря на все достижения в прогнозировании смерча, мы до сих пор не знаем точной, микромасштабной последовательности событий, которая порождает такие катастрофы.

Очарование неизвестного — это то, что заставляет многих буревестников выезжать на равнины каждую весну и лето. Некоторые из них собирают данные, чтобы попытаться спасти жизни. Другие — в поисках острых ощущений.

Многие охотники сталкиваются лицом к лицу с ущербом, который могут нанести эти штормы.

12. Бонус: самую скучную облачную награду получает… стратус!

Облачные слои однородные, толстые и практически не имеют вертикального роста. Вы когда-нибудь были в тумане? Это облако стратус или слоистые облака. Когда на улице дождливый день и серое небо – это слоисто-дождевые облака.

По сравнению с вздымающимися взрывами кучево-дождевыми облаками или крутой турбулентностью асперитов слоистые облака больше похожи на простой хлеб облачного мира.

Источник: mashable.com

Смотрите также:Восхитительное звездное небо над “Долиной смерти”

Условия для образование облаков

Мы видели, что для образования облаков необходимым условием является охлаждение атмосферного воздуха, содержащего водяные пары, ниже точки росы. Рассмотрим же, какие причины могут вызвать это.

Охлаждение воздуха благодаря лучеиспусканию

Ночью, когда притока тепла от солнца нет, поверхность земли, отдавая свое тепло вверх в мировое про­странство посредством излучения, охлаждается. Охлаждение бывает особенно интенсивно в ясную погоду, когда облака не оказывает препятствия лучеиспусканию. Охлаждение земли передается и слоям воздуха, которые в свою очередь также охлаждаются.

Охлаждение воздуха благодаря его движению по более холодной земной по­верхности

Аналогичная картина охлаждения нижних слоев атмосферы наблюдается в том случае, когда теплая масса воздуха передвинется в виде воздушного течения в такой район, где поверхность земли, под влиянием предшествующей погоды, была настолько охлаждена, что надвинувшаяся масса воздуха окажется теплее ее. Это обычно наблюдается тогда, когда массы воз­духа из-под тропиков передвинутся далеко на север, где, очевидно, температура земной поверхности холоднее, чем в тропиках. Подобным же примером может служить тот случай, когда зимою, после сильных морозов в степи, на нее при южном ветре надвинется теплый воздух с моря. Аналогичное явление может наблюдаться и на море, когда воздушные массы, расположен­ные над теплым течением и нагретые там, будут перенесены в район, где про­ходит более холодное течение. Очевидно, при движении теплого воздуха над более холодной поверхностью, нижние слои воздуха будут постепенно охла­ждаться и это охлаждение будет постепенно передаваться наверх.

Наоборот, если холодные воздушные массы будут передвигаться по более теплой поверхности — очевидно воздух будет постепенно нагреваться снизу и нагревание будет постепенно передаваться все выше и выше.

Перенос воздуха вдоль земной поверхности носит название «адвекции», почему рассмотренные нами процессы охлаждения и нагревания воздуха мы будем называть «адвективным охлаждением или нагреванием».

Охлаждение воздуха при его поднятии

Рассмотрим теперь наиболее важный процесс, вызывающий образование облаков — именно охлаждение воздуха при его поднятии. Этот процесс рассмотрим более детально, потому что он вызы­вает образование наиболее мощных облаков и наиболее обильных осадков.

Известно, что если мы будем быстро сжимать воздух, например, сдавли­вая его поршнем в какой-либо трубке, воздух будет нагреваться. Это нагре­вание происходит вследствие того, что та работа, которую мы производим при сжатии воздуха, переходит в тепло.

Известно, между прочим, что этим явлением пользуются для производства воспламенения горючей смеси в цилиндрах некоторых систем двигателей внутрен­него сгорания (их называют дизелями). Наоборот, при быстром расширении воздуха происходит его охлаждение. Представим себе, что некоторая масса воздуха, под влиянием той или другой причины, начнет опускаться в атмосфере сверху вниз. Так как атмосферное давление с высотой уменьшается, то опускающаяся воздушная масса, опускаясь с того уровня, где атмосферное давление меньше, к уровню, где оно больше, будет сжиматься, а вследствие сжатия — нагреваться. Наоборот, при поднятии вверх, воздушная масса, попадая в слои с меньшим атмосферным давлением, будет расширяться и вследствие этого охлаждаться.

Таким образом одно только поднятие воздуха уже вызывает его охлаждение.

Физика дает возможность подсчитать, что если поднимающаяся масса воздуха не будет получать тепла со стороны и в то же время не будет отда­вать своего тепла, то при поднятии на каждые 100 метров она только вслед­ствие своего расширения охладится на 1°. Наоборот, опускающаяся масса воздуха, вследствие сжатия, будет нагреваться на каждые сто метров также на 1°.

Когда поднятие или опускание воздуха происходит так, как описано выше, т. е. без отдачи и без получения тепла, то говорят, что поднятие или опускание происходит «адиабатически».

Заключение

Внимательное наблюдение за сменой облач­ности на небе дает возможность наблюдателю предвидеть заранее изменение характера погоды. Облачные наблюдения отличаются от других метеорологиче­ских наблюдений тем, что они не требуют для своего производства никаких приборов, кроме собственных глаз наблюдателя. Привычка следить за посте­пенным изменением картины неба даст ему возможность предугадывать улуч­шение и ухудшение погоды, что часто имеет большое значение при планировке тех или других задач повседневной деятельности человека.

Возможно, вас заинтересует:

Какие бывают облака

Заключение

Кому же подойдет детская книга “Облака. Наблюдаем и изучаем”? Любителям всего прекрасного, мечтателям, романтикам, тем кто любит смотреть в небо и понимать, что они видят. Желающим разобраться как устроен этот мир. Тем у кого имеются узкие интересы, как у моего сына или кто старается дать самое разностороннее образование детям. Самое неудачное место для наблюдения за бегущими “барашками” – Восточная Сахара, но думаю никто из моих читателей в ней не проживает. Поэтому давайте запасемся солнечными очками, зонтиком, биноклем, блокнотом с ручкой и выйдем на улицу… Как вы считаете, заинтересует ваших детей подобное чтиво?