Международная классификация облаков: типы, уровни, принципы

Классификация облаков. Образование облаков связано с развитием многообразных процессов в атмосфере, которые в значительной степени проявляются во внешнем виде облаков, высоте их нижнего основания и вертикальной протяженности. В связи с этим умение различать разные виды облаков дает возможность составлять представление о процессах, происходящих в атмосфере, и даже о возможных изменениях погоды.

Для того чтобы облегчить наблюдение за облаками и сделать результаты этих наблюдений сравнимыми, используется международная классификация облаков, разработанная специальной международной комиссией. На основании этой классификации составлен Атлас облаков, являющийся основным пособием для наблюдателей на гидрометеорологических станциях и на судах, ведущих гидрометеорологические наблюдения.

Наиболее общей классификацией облаков является их деление на внутримассовые и фронтальные. Внутримассовые облака являются результатом процессов, развивающихся в одной воздушной массе. К числу таких процессов относится конвекция, перемешивание слоев различной влажности и температуры, волновые движения на инверсионных или задерживающих слоях и другие. Фронтальные облака развиваются в результате сравнительно упорядоченного движения на поверхностях раздела воздушных масс различного происхождения и свойств.

Облака классифицируются, кроме того, по генетическим признакам, определяющим характер движений в атмосфере, с которыми связана конденсация и сублимация водяных паров. Согласно этой классификации все виды облаков можно разделить на кучевые, волнистые и слоистые.

Международная классификация облаков построена на морфологических признаках, т. е. в ее основе лежит видимая форма облаков и высота их нижнего основания. Эта классификация приведена в табл. 76.

Следует иметь в виду, что нижние основания облаков над океанами располагаются ниже, чем над сушей. Так, внутримассовые кучевые облака начинаются на высотах около 0,4—0,6 км и распространяются до высот 0,8—1,2 км. Это объясняется тем, что из-за большого влагосодержания и большого падения температуры воздуха но высоте уровень конденсации достигается на меньших высотах, чем над континентом. Известно, что нижняя граница облаков тем выше, чем ниже относительная влажность воздуха, которая над океанами и морями выше, чем над континентами.

Наблюдения за облаками заключаются в определении форм, количества и высоты нижней границы. Формы облаков определяются путем сравнения их с типовыми, которые приводятся в Атласе облаков. Количество облаков определяется следующим образом. Если весь видимый небосвод сплошь покрыт облаками, то их количество оценивается 10 баллами, при отсутствии облаков — 0 баллов, каждое реальное покрытие небосвода облаками оценивается десятыми долями поверхности небосвода, количество которых и определяет балл количества облаков.

При определении количества облаков оценивается балл общей облачности и облачности нижнего яруса. Высота нижнего основания облаков определяется на глаз (визуально), с помощью прожекторов или по высоте исчезновения шара-пилота.

Теперь кратко остановимся на некоторых физических процессах, сопровождающихся образованием облаков. К таким процессам относятся:
- тепловая конвекция;
- упорядоченные восходящие движения воздуха;
- волновое, вертикальное движение воздуха на поверхности раздела между двумя слоями воздуха, имеющими разную температуру;
- турбулентные движения;
- охлаждение в результате процессов излучения.

Облака тепловой конвекции. Как было установлено в гл. 10, одним из необходимых условий тепловой конвекции является наличие вертикальной неустойчивости воздушной массы. Другое условие заключается в неравномерности прогрева воздуха от подстилающей поверхности. Над сушей это условие обеспечивается неоднородностью самой подстилающей поверхности (долины, холмы, болота, реки и т. д.). Над океанами неравномерность прогрева воздуха от подстилающей поверхности обеспечивается наличием течений и разной степенью перемешивания масс воды по вертикали.

В результате местного перегрева образуются струйки восходящего воздуха. При этом достигается положение уровней конденсации, ледяных ядер и других уровней и возникают облака вертикального развития. Если уровень конденсации лежит ниже уровня конвекции, то в восходящих конвективных токах возникают облака, вертикальная протяженность которых определяется уровнем конвекции. Если же восходящие токи встречают на своем пути задерживающий слой или слой инверсии, то развитие кучевых облаков вверх прекращается, вершины их делаются плоскими (например, облака Сu hum.).

Когда задерживающих слоев не наблюдается, то кучевые облака развиваются вверх в виде отдельных куполов и башен, в них заметны движения отдельных частей. Такими облаками являются Сu cong. При дальнейшем развитии вершины этих облаков поднимаются до уровня ледяных ядер, они приобретают гладкую, волокнистую структуру (наковальни). С образованием наковальни облака становятся кучево-дождевыми, из которых выпадают дожди. При высоких температурах воздуха над морем дожди могут выпадать и из Сu cong.

Характерной особенностью образования облаков вертикального развития над морем является то, что они образуются полями, между которыми находятся значительные пространства чистого неба. Это показывает, что в море имеются районы с неодинаковой температурой поверхностного слоя воды.

Упорядоченные вертикальные движения воздуха. Под влиянием сил турбулентного трения, центробежных сил, а также нестационарности атмосферных движений над большими площадями (порядка циклонов) возникают упорядоченные вертикальные движения. Так, в циклонах в целом преобладают упорядоченные восходящие движения. Особенно интенсивно они развиваются у поверхности разделов воздушных масс (у фронтальных поверхностей).

Упорядоченные вертикальные движения являются причиной образования облачности большой горизонтальной и вертикальной протяженности, как правило, слоистых форм. Надо отметить, что в формировании таких облаков значительную роль играют также процессы горизонтального и вертикального перемешивания масс воздуха, излучение и т. д. Определенным сочетанием форм облаков характеризуются процессы у фронтальных поверхностей, которые будут рассмотрены ниже.

Волнистые облака. Иногда можно наблюдать облака, по форме напоминающие волны на морской поверхности, в виде валов. Встречаются они в любом ярусе и относятся к роду Сс, Ас или Sc. Образуются такие облака при наличии в атмосфере инверсионных или задерживающих слоев. Под этими слоями водяной пар достигает состояния, близкого к насыщению. Под влиянием различия в направлении и скорости ветра выше и ниже задерживающих слоев на их границе возникают волновые движения. В зависимости от разности температур слоев и разности скорости ветра в слоях волны приобретают определенную высоту и амплитуду. Облака образуются на гребне таких волн вследствие конденсации водяного пара в поднимающемся воздухе.

Облака турбулентного происхождения. Причиной образования слоистых облаков может явиться турбулентное перемешивание, с которым связано поднятие, а следовательно, и адиабатическое охлаждение воздуха. Например, при движении влажного воздуха с моря на сушу образуются слоистые облака турбулентного происхождения. В тихую устойчивую погоду при большой влажности воздуха над льдами или континентом под слоем инверсии могут появиться слоистые облака под влиянием земного излучения; с восходом Солнца они быстро исчезают.

Сведения об авторах и источниках:

Автор: Н. И. Егоров, И. М. Безуглый, В. А. Мнежинский, и др.

Источник: Морская гидрометеорология

Данные публикации будут полезны для курсантав морских учебных заведений и капитанаов/штурманов гражданского флота, интересующимся глубоким пониманием гидрометеорологии