что такое облака и как они образуются читать
Откуда берутся облака?
Лёгкие, пушистые и воздушные облака – они ежедневно проплывают над нашими головами и заставляют поднимать вверх голову и любоваться причудливыми формами и оригинальными фигурами. Иногда сквозь них пробивается удивительного вида радуга, а бывает – утром или вечером во время заката или восхода Солнца облака озаряют солнечные лучи, придавая им невероятный, зачаровывающий дух оттенок. Ученые уже давно исследуют воздушные облака и другие виды облаков. Они дали ответы на вопросы, что это за явление и какие бывают облака.
Что такое облака
На самом деле, не так уж и просто дать объяснение. Потому что состоят они из обыкновенных капелек воды, которые с поверхности Земли поднял вверх тёплый воздух. Самое большое количество водяных паров образуется над океанами (за один год вода здесь испаряется не менее 400 тыс. км. куб.), на суше – в четыре раза меньше.
А так как в верхних слоях атмосферы значительно холоднее, чем внизу, воздух там довольно быстро остывает, пар конденсируется, образуя малюсенькие частички из воды и льда, вследствие чего появляются белые облака. Вполне можно утверждать, что каждое облако является своеобразным генератором влаги, через который проходит вода.
Вода в облаке находится в газообразном, жидком и твердом состоянии. Вода в облаке и наличие в них ледяных частичек, влияют на внешний вид облаков, его формирование, а также на характер осадков. Именно от типа облака и зависит вода в облаке, например, у ливневых облаков наблюдается наибольшее количество воды, а у слоисто-дождевых этот показатель в 3 раза меньше. Вода в облаке характеризуется также тем количеством, которое запасено в них — водозапас облака (вода или лед, который содержится в столбе облака).
Но всё не так просто, поскольку для того, чтобы образовалось облако, капельки нуждаются в конденсационных зёрнах – мельчайших частицах пыли, дыма или соли (если речь идёт о море), к которым они должны прилипнуть и вокруг которых должны образоваться. Это значит, что даже если состав воздуха будет полностью перенасыщенный водяным паром, без пыли он не сможет превратится в облако.
Какую именно форму примут капли (вода), прежде всего зависит от температурных показателей в верхних слоях атмосферы:
После соответствующих преобразований получится, что в 1 см3 облака содержится около 200 капель, при этом их радиус будет составлять от 1 до 50 мкм (средние показатели – от 1 до 10 мкм).
Классификация облаков
Каждый наверняка задавался вопросом, какие бывают облака? Обычно образование облаков происходит в тропосфере, верхняя граница которой в полярных широтах находится на расстоянии в 10 км, в умеренных – 12 км, в тропических – 18 км. Нередко можно наблюдать и другие виды. Например, перламутровые обычно расположены на высоте от 20 до 25 км, а серебристые – от 70 до 80 км.
В основном мы имеем возможность наблюдать за тропосферными облаками, которые подразделяются на такие виды облаков: верхнего, среднего и нижнего ярусов, а также вертикального развития. Практически все они (кроме последнего типа) появляются тогда, когда влажный тёплый воздух поднимается наверх.
Если воздушные массы тропосферы находятся в спокойном состоянии, образуются перистые, слоистые облака (перисто-слоистые, высокослоистые и слоисто-дождевые) и если воздух в тропосфере движется волнообразно, появляются кучевые облака (перисто-кучевые, высококучевые и слоисто-кучевые).
Облака верхнего яруса
Речь идёт о перистых, перисто-кучевых и перисто-слоистых облаках. Небо облака внешне напоминает перья, волны или вуаль. Все они полупрозрачные и более-менее свободно пропускают солнечные лучи. Они могут быть как чрезвычайно тонкими, так и довольно плотными (перисто-слоистые), значит, свету пробиваться через них тяжелее. Погода облаков сигнализирует о приближении теплового фронта.
Перистые облака также могут возникать выше облаков. Они располагаются полосами, которые пересекают небесный свод. В атмосфере они располагаются выше облаков. Как правило, осадкой из них не выпадает.
В средних широтах расположены белые облака верхнего яруса обычно на высоте от 6 до 13 км, в тропических – значительно выше (18 км). При этом толщина облаков может составлять от несколько сотен метров до сотен километров, которые могут располагаться выше облаков.
Движение облаков верхнего яруса по небосводу прежде всего зависит от скорости ветра, поэтому может варьироваться от 10 до 200 км/ч. Небо облака состоит из мелких ледяных кристалликов, но погода облаков осадков практических не дает (а если и дает, то измерить их на данный момент нет никакой возможности).
Облака среднего яруса (от 2 до 6 км)
Это кучевые облака и слоистые облака. В умеренных и полярных широтах они находятся на расстоянии от 2 до 7 км над Землёй, в тропических могут подниматься немного выше – до 8 км. Все они имеют смешанную структуру и состоят из водяных капелек, смешанных с ледяными кристаллами. Поскольку высота небольшая, в тёплое время года в основном состоят из водяных, в холодное – из ледяных капелек. Правда, осадки из них до поверхности нашей планеты не доходят – испаряются в дороге.
Кучевые облака немного прозрачные и располагаются выше облаков. Цвет облаков белого или серого оттенков, местами затемнённые, имеющие вид слоёв или параллельных рядов из округлых масс, валов или огромных хлопьев. Туманные или волнистые слоистые облака представляют собой пелену, которая постепенно закрывает небеса.
Образуются в основном тогда, когда холодный фронт вытесняет наверх тёплый. И, хотя осадки до земли не долетают, появление облаков среднего яруса почти всегда (кроме, может, башенковидных) сигнализирует о перемене погоды в худшую сторону (например, к грозе или к снегопадам). Происходит это из-за того, что сам по себе холодный воздух намного тяжелее тёплого и двигаясь вдоль поверхности нашей планеты, он очень быстро вытесняет нагретые воздушные массы наверх – поэтому из-за этого при резком вертикальном подъёме тёплого воздуха образуются сначала белые облака среднего яруса, а затем и дождевые облака, небо облака которого несет громы и молнии.
Облака нижнего яруса (до 2 км)
Слоистые облака, дождевые облака и кучевые облака содержат капельки воды, которые в холодное время года замерзают и превращаются в частицы снега и льда. Расположены они довольно невысоко – на расстоянии от 0,05 до 2 км и являют собой плотный, однородный низко нависающий покров, редко размещаются выше облаков (других видов). Цвет облаков серый. Слоистые облака похожи на большие валы. Погода облаков часто сопровождается осадками (мелкий дождь, снег, туман).
Облака вертикального развития (конвенции)
Кучевые облака сами по себе довольно плотные. По форме немного напоминают купола или башни с округлыми очертаниями. Кучевые облака при порывистом ветре могут становиться разорванными. Находятся они на расстоянии 800 метров от земной поверхности и выше, толщина составляет от 1 до 5 км. Некоторые из них способны преобразоваться в кучево-дождевые облака и располагаться выше облаков.
Кучево-дождевые облака могут находиться на довольно большой высоте (до 14 км). Нижние их уровни содержат воду, верхние – ледяные кристаллики. Их появление всегда сопровождается ливнями, грозами, в отдельных случаях – градом.
Кучевые и кучево-дождевые, в отличии от других облаков образуются только при очень быстром вертикальном подъеме влажного воздуха:
Облака верхних слоёв атмосферы
Иногда в небе можно наблюдать за облаками, которые находятся в верхних слоях атмосферы. Например, на высоте от 20 до 30 км образуются перламутровые небесные облака, которые состоят в основном из ледяных кристаллов. А перед заходом или восходом Солнца нередко можно увидеть серебристые тучки, которые находятся в верхних слоях атмосферы, на расстоянии около 80 км (интересно, что эти небесные облака открыли только в 19 веке).
Облака этой категории могут размещаться выше облаков. Например, облако-шапка — это небольшое, горизонтальное и высоко-слоистое облако, которое зачастую располагается выше облаков, а именно выше кучево-дождевых и кучевых. Данный вид облака может образовываться выше облака из пепла или огненного облака в период извержения вулканов.
Сколько живут облака
Жизнь облаков напрямую зависит от влажности воздуха в атмосфере. Если её мало, они довольно быстро испаряются (например, есть белые облака, которые живут не более 10-15 минут). Если много – могут продержаться довольно длительное время, дождаться образования определённых условий, и выпасть на Землю в виде осадков.
Сколько бы не жило облако, оно никогда не находится в неизменном состоянии. Частицы, из которых оно состоит, постоянно испаряются и появляются снова. Если даже внешне облако не изменяет своей высоты, на самом деле оно находится в постоянном движении, поскольку находящиеся в нём капли опускаются, переходят в воздух под облаком и испаряются.
Облако в домашних условиях
Белые облака довольно нетрудно сделать в домашних условиях. Например, один нидерландский художник научился создавать его в квартире. Для этого он при определённой температуре, уровне влажности и освещения из дымовой машины выпустил немного пара. Облако, которое получается в состоянии продержаться несколько минут, чего будет вполне достаточно, чтобы сфотографировать удивительное явление.
Облака
Белоснежные, пушистые, плавно плывущие по небу облака красивы и необычны. Неотрывно любуешься ими, выискивая причудливые образы и формы. Атмосферные образования бывают разными по форме, величине, цветовой гамме, располагаются на разном расстоянии от планетарной поверхности. Воспринимаются как привычное явление, хотя не все знают причины их образования и виды. Ученые активно изучают атмосферное явление, с очередным исследованием получают новые интересные факты.
Что такое облака?
Облака – скопившиеся в атмосфере мельчайшие капли воды и ледяные кристаллы, являющиеся результатом конденсации водяного пара. Аналогичные образования, прилегающие к земной поверхности, называются туманом.
Облаками покрыта почти половина приземного атмосферного слоя. Окружающая планету облачная масса несет более 100 тонн воды, является существенной частью планетарного водного круговорота. Водяная взвесь перемещается в воздушном пространстве на сотни километров, обеспечивая распределение влаги на Земле.
Облако весит меньше окружающего воздуха, благодаря чему плывет по небу. Скорость перемещения обуславливается активностью ветра.
Белизна атмосферного объекта объясняется тем, что составляющие его структуру водяные капли крупнее окружающих атмосферных частиц. Капля, формой приближаясь к треугольнику, способна разделять проходящий сквозь нее световой луч на основные цвета, объединяющиеся в белый поток. Белый цвет превращается в серый, когда скопление капель уплотняется настолько, что прекращает пропускать световые лучи.
Продолжительность существования облаков определяется степенью влажности воздуха. При невысокой влажности испарение протекает интенсивно, облачная масса быстро иссякает (за 10 – 20 минут). Воздух с достаточной влажностью обеспечивает длительное существование водяной взвеси. Достигнув определенной плотности скопления, капли воды выпадают осадками.
Как образуются облака?
Достигнув верхних, более холодных атмосферных слоев, воздух остужается, находящийся в нем пар конденсируется: формируются микроскопические капли воды и частицы льда, становящиеся основой облака. Вода в атмосферном образовании пребывает в 3 агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном. Агрегатное состояние – определяющий фактор вида объекта, его характеристик: длительности формирования и существования, внешнего вида, типа и обильности осадков.
При насыщенном влагой воздухе облако не способно образоваться без присутствия конденсационных частиц (пылевых, дымовых, солевых). Водяные капли прилипают к частицам, посредством их удерживаются в воздухе во взвешенном состоянии.
Агрегатное состояние, принимаемое каплями, определяется температурой в верхних атмосферных слоях:
Какие бывают облака?
Образуются облака в тропосфере – нижнем слое атмосферы, занимающем пространство в 10 км от земной поверхности в полярных широтах, 12 км – в умеренных, 18 км – в тропиках. Редкие виды существуют выше тропосферы (на расстоянии от 20 до 80 км от планетарной поверхности).
Классификация облаков включает 4 вида:
Структуры верхнего яруса формируются на высоте 6 – 18 км, из них не выпадают атмосферные осадки:
Скорость перемещения объектов верхнего слоя обуславливается преимущественно активностью ветра, составляет от 10 до 200 км/ч.
Виды облаков среднего яруса характеризуются смешанным составом: водяные капли (преобладают в теплые месяцы) и ледяные кристаллы (в холодные месяцы). Образуются на высоте 3 – 6 км, в тропиках поднимаются до 8 км:
Объекты среднего слоя способны образовывать осадки, но из-за значительного расстояния выпадающая влага не достигает земной поверхности, испаряется при падении (вирга). Описанный вид облачности всегда предвещает пасмурную погоду.
Образования нижнего яруса занимают высоту до 2 км. В теплые месяцы включают капли воды, в холодные – льдинки и снежинки. Выглядят плотной, низко висящей массой преимущественно серого цвета:
К облакам вертикального развития, устремленным преимущественно вертикально, захватывающим высокие и низкие тропосферные слои, относятся:
Помимо основных типов облаков, существуют редкие и необычные разновидности:
Отдельным техническим видом следует назвать конденсационный самолетный след. Белая полоса появляется в небе, когда летательный аппарат пересекает область холодного воздуха. Теплая воздушная струя, выбрасываемая из выхлопной системы, оставляет тонкую облачную дорожку.
Чем отличается облако от тучи?
Термин «туча» в науке отсутствует. Это обывательское понятие, употребляемое при описании крупного темного облака, грозящего осадками.
Разницу между тучей и облаком установить несложно:
Значение облаков для планеты огромно. Их главная задача – распределение влаги, перенос ее из влажных областей в сухие. Благодаря этому формируются погодные условия, смягчаются переходы между климатическими зонами, жизнь существует во всех уголках планеты.
Почему облака на небе разной формы? Как происходит их формирование?
Все мы знаем, что если посмотреть на небо, то можно увидеть облака разной формы. Почему они так сильно отличаются друг от друга? В чем причина, что порой у нас над головой плывут причудливые милые барашки, а иногда вместо них нависает хмурая зловещая масса? И как происходит формирование облаков?
Оказывается, все это объяснимо простыми законами физики. А для разновидностей облачности придумана даже международная система классификации. Она учитывает все разнообразие облачных масс, их формы и свойства.
Системы классификации
Систем классификации на самом деле существует несколько.
Первую придумал еще в начале девятнадцатого века английский фармацевт, являвшийся по совместительству метеорологом-любителем, Люк Говард. Недостаток его системы был в том, что его классификация никак не опиралась на физические процессы. Ведь этот ученый был химиком-фармацевтом, а не физиком.
Для понимания явлений, происходящих при формировании облаков и для поиска ответа на вопрос, почему они такие разные, лучше подходит генетическая классификация. Именно она связывает форму с физическими процессами.
Что такое облако?
Облако – это скопление водного конденсата в атмосфере, видимое глазом.
Ключевым в этом определении является то, что процесс формирования происходит в атмосфере, то есть, на некоторой высоте. Потому, что, похожее явление у поверхности земли называется туманом. Оно имеет совсем другую природу, чем облачность. Конденсация на поверхности (на почве, траве) называется росой (когда тепло) или инеем (в морозные дни).
Более того, роса и иней – вообще не относятся к облакам. Они являются разновидностью атмосферных осадков.
Поэтому нужно запомнить, что облака – это скопление на высоте капелек воды или кристаллов льда.
Существует три вида облачности, отличающиеся по составу, и состоящие из:
Распространенные заблуждения
Многие считают, что раз формирование облаков происходит в атмосфере, то состоят они из водяного пара. Это мнение является ошибочным.
Если бы облачные массы состояли из пара, то мы б их не видели. Так как пар – невидим. Все облака разной формы, которые мы наблюдаем на небе состоят именно из воды.
Еще одним распространенным заблуждением является мнение, что облака могут существовать долго. А как же иначе? Ведь часто мы наблюдаем облачную унылую погоду по несколько дней или недель подряд.
На самом деле любое облако, какой бы формы оно не было, живет всего 15-20 минут. Вода из него постоянно испарятся. Но, в то же время, параллельно происходит постоянный процесс конденсации. И на месте одних облачных масс образуются другие.
То есть, формирование облаков – это постоянный процесс. Ввиду его непрерывности создается впечатление, что облачность на небе висит продолжительное время.
Как происходит формирование облаков?
Первое условие для начала процесса формирования облаков – это наличие влаги в атмосфере. Появиться она может лишь в процессе испарения. Причем, как с поверхности воды или суши, так и из растений. Явление, когда происходит образование испарений из растений, называется трансферацией. Влага в атмосферу попадает в виде пара.
Второй этап процесса формирования облаков – это подъем, насыщенного паром воздуха, вверх. При подъеме воздух охлаждается. Но, становится холоднее он не от того, что там вверху холодно. Его температура снижается за счет того, что воздух попадает в более разреженные слои (с меньшим атмосферным давлением) и расширяется (увеличивается в объеме).
Расширение – это работа, на совершение которой требуется энергия. Извне энергия не поступает. Следовательно, для расширения объема воздушные массы используют внутренние ресурсы, которыми является в данном случае, температура.
Чем выше поднимается воздух – тем больше он разрежается и охлаждается. По законам физики, чем воздушные массы холоднее, тем меньше водяного пара они могут вмещать. Следовательно, излишки пара начинают конденсироваться. В воздухе образуются капельки воды, которые и формируется облачность. Конденсация – это и есть третий этап формирования облаков.
Какой фактор влияет на то, что облака образуются разной формы?
Нам уже известно три главных процесса, в результате которых происходит формирование облаков. Теперь остается выяснить, какой же из них влияет на то, что облака образуются разной формы?
Оказывается, главным фактором формообразования облачных масс является подъем воздуха на высоту. Именно этот процесс является ключевым в том, что мы увидим на небе – нависающие слои туч, барашки или волны. А может, мы увидим вовсе причудливые формы, в которых мозг человека так любит угадывать знакомые очертания привычных предметов или объектов.
Генетическая классификация построена на разнообразии процессов поднятия воздуха в атмосфере. Разобравшись в ней, мы сможем понять, почему облака разной формы.
Облака конвекции
Исходя из названия, нетрудно догадаться, что формирование таких облачных образований происходит в результате перемешивания. В силу вступает закон Архимеда.
Теплый воздух (более легкий) по законам физики поднимается вверх. Но устремляется ввысь он лишь до тех пор, пока вокруг него находятся воздушные массы более холодные.
Оптимальными условиями формирования облаков конвекции является ситуация, когда температура около земли высокая, а в атмосфере она резко снижается.
Суша прогревается в теплое время года лучше, чем водная гладь морей. Поэтому, вполне закономерно, что конвективные облака наблюдаются в средних широтах чаще всего над континентом летом, а также в теплые деньки весны и осени.
Формирование в теплое полугодие – это основная главная черта конвективных облачных масс. А это и есть те самые облака разной формы в виде башенок или кумулюсов (по международной классификации). Для нас более привычное их название – кучевые.
Башенки из капелек воды могут быть небольшими, а могут быть огромными кучево-дождевыми, из которых проливается на землю дождь. Иногда он может сопровождаться градом, грозами, шквалистым ветром.
Этот вид облачности является типичным для представления в умах большинства людей. Кучевые облака разной формы мы видим на картинках прогнозов погоды, детских рисунках, красивых фото небесной глади.
Термическая конвенция или закон подлости
Формирование кучевых облаков – это еще процесс, который называется термическая конвекция. Спросите, почему его сравнивают с законом подлости? Виной всему типичная ситуация, в которую попадал хоть раз каждый из нас.
Проснувшись утром в летний выходной, вы видите в окне голубое ясное небо. Естественно, в голову приходит мысль, отправиться погулять на природу, в лес, на пляж.
Пока вы обзваниваете друзей, договариваетесь о встрече и собираете бутерброды, воздух в атмосфере прогревается. По неумолимым законам физики теплые воздушные массы устремляются ввысь. И, если вы внимательно читали предыдущие разделы, то уже понимаете, почему пока вы добрались до речки – небо заполонили кучевые облака разной формы. Не исключено, что начнется ливень, гроза или даже град.
Вам ничего не остается, как собрать корзины для пикника и отправиться назад домой.
Вечером, когда температура снижается, облака рассеиваются. Вернувшись домой, вы с удивлением замечаете, что над головой уже чистое небо. Процесс формирования облаков закончился. Те, что образовались раньше, уже пролились дождем. Чем не закон подлости?
Нет, на самом деле, вы ошибаетесь. Это, вполне предсказуемый, закон физики.
Даже когда вы считаете, что закон подлости не сработал, и вам просто повезло, вы все равно ошибаетесь. Это циклон высокого давления помешал формированию конвекционных облаков. И везение тут вовсе не причем.
Слоистообразные (слоистые)
Формирование слоистых облаков происходит при столкновении огромных масс теплого и холодного воздуха, протяженность которых может достигать нескольких тысяч километров. Линия столкновения воздушных масс называется воздушным фронтом.
В зоне такого взаимодействия теплые воздушные массы скользят по клину холодного фронта. Поднимаются вверх они медленно, спокойно. Но, при этом процесс формирования облаков происходит на огромном протяжении.
Если в предыдущем случае, в результате конвекции получались облака разной формы, то теперь они представляют собой слои.
Но, слоистообразные облачные массы также бывают разные. Они могут иметь формы:
Формирование слоистых облаков – это всегда затянутое тучами хмурое небо, длительные осадки.
Волнообразные облака
Волновые движения – это естественный процесс для атмосферы Земли. Образуются они чаще всего в областях раздела, в местах, где присутствует скачок плотности.
Место формирования волнообразных облаков – это слои инверсии. Находятся они на высоте, где температура воздуха перестает падать и начинает подниматься. Теплый воздух оказывается сверху холодного. Образуется поверхность раздела, где формируются облака волнообразные. Разные их формы присущи для разных высот.
Инверсия не дает воздуху подниматься дальше. Возникает интересный эффект, напоминающий крышку кастрюли, где скапливается конденсат.
Воспроизвести волнообразные облака смогли искусственно создатели фантастического фильма Стивена Спилберга. Для того чтобы не дожидаться подходящей погоды, нужной для съемок, умельцы изобрели уникальную установку. В ней находилась теплая вода внизу и холодная вверху. Между ними впрыскивалась белая краска. В результате инверсии образовывалось подобие облачного слоя, который был очень похож на настоящий. Особая подсветка позволяла создать нужную атмосферу на съемочной площадке.
Это изобретение претендовало на премию Оскар. Но, к сожалению, высокая комиссия не смогла по достоинству оценить идею изобретателей.