Образование и классификация облаков: полное руководство

Введение в образование и классификацию облаков. Облака представляют собой видимые скопления мельчайших капель воды или кристаллов льда, взвешенных в атмосфере Земли, преимущественно в тропосфере. Их образование является результатом конденсации или сублимации водяного пара на микроскопических ядрах конденсации, таких как частицы пыли, морской соли или аэрозолей. Современную систему классификации этих атмосферных образований впервые разработал в 1803 году английский натуралист Люк Говард. Он предложил использовать для описания основных форм облаков латинские термины: Cumulus (кучевые, «куча»), Stratus (слоистые, «слой») и Cirrus (перистые, «волосок»). Позднее, в 1887 году, система была расширена метеорологами Ральфом Аберкромби и Х. Хильдебрандссоном, которые ввели категории по высоте образования, а также суффикс -nimbus (нимбус) для обозначения облаков, дающих осадки.

Облака верхнего яруса: состав и типы. Облака верхнего яруса формируются в средних широтах на высотах выше 6000 метров, где температуры постоянно ниже 0°C, что обусловливает их кристаллический ледяной состав. Наиболее распространённый тип — перистые облака (Cirrus, Ci), имеющие вид тонких белых нитей или прядей и часто свидетельствующие о спокойной погоде. Перисто-кучевые облака (Cirrocumulus, Cc) проявляются как мелкие белые хлопья или зёрна, образующие волнистый узор, так называемое «рябое небо». Перисто-слоистые облака (Cirrostratus, Cs) образуют тонкую, полупрозрачную белёсую пелену, часто вызывающую оптические явления — гало вокруг Солнца или Луны. Появление перисто-слоистых облаков обычно указывает на приближение тёплого фронта и осадков в течение 12-24 часов.

Рисунок 1. Перистые облака над береговым хребтом Пурисима-Крик-Редвудс, район залива, Калифорния (NOAA/Министерство торговли).

Облака среднего яруса: характеристики и прогностическое значение. Облака среднего яруса занимают высотный слой от 2000 до 7000 метров и состоят в основном из переохлаждённых капель воды, иногда смешанных с кристаллами льда. Высоко-кучевые облака (Altocumulus, Ac) наблюдаются в виде сероватых или белых слоистых пятен или валов, часто с тёмными участками; их утреннее появление может сигнализировать о развитии конвекции и грозах днём. Высоко-слоистые облака (Altostratus, As) образуют сплошную серую или голубоватую пелену, через которую Солнце просвечивает как размытый диск. Эти облака — классический предвестник обложных, продолжительных осадков, связанных с фронтальными системами.

Облака нижнего яруса: структура и осадки. Облака нижнего яруса формируются на высотах ниже 2000 метров и состоят преимущественно из капель воды. Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns) — это тёмные, аморфные и плотные слои, непосредственно дающие обложные осадки от слабых до умеренных. Под их основным слоем часто наблюдаются рваные слоисто-дождевые облака (Fractonimbus, Frnb). Слоисто-кучевые облака (Stratocumulus, Sc) представляют собой обширные серые валы или гряды с просветами, через которые могут пробиваться сумеречные лучи. Однородные слоистые облака (Stratus, St) напоминают высокий туман и характерны для пасмурной погоды, особенно в прибрежных регионах.

Облака вертикального развития: динамика и опасные явления. Данный класс облаков характеризуется значительным вертикальным развитием, часто пронизывая несколько ярусов. Кучевые облака (Cumulus, Cu) — это плотные облака с плоским основанием и куполообразными вершинами, типичные для хорошей погоды. При усилении неустойчивости атмосферы они эволюционируют в мощные кучево-дождевые облака (Cumulonimbus, Cb) — основные грозовые облака. Их вершины могут достигать высоты тропопаузы (12-15 км), а состав изменяется от капель воды у основания до ледяных кристаллов в наковальне. Эти облака порождают опасные явления: ливни, град, шквалы, интенсивные электрические разряды и даже торнадо.

Рисунок 2. Кучевые облака над пустыней Аризоны.

Необычные и специализированные облачные формы. Некоторые облачные формы возникают в уникальных условиях. Верхнекучевые вымеобразные облака (Altocumulus mammatus) — это мешковидные выпуклости на нижней поверхности облаков, образующиеся в зоне турбулентности. Линзовидные облака (Lenticularis) имеют чёткую форму линзы и формируются на подветренной стороне горных хребтов при орографическом подъёме воздуха. Воронкообразные облака (Pileus) похожи на гладкую шапку и возникают над быстро растущими кучевыми облаками. Антропогенным явлением являются инверсионные следы (Contrails) от самолётов — полосы конденсации, которые могут влиять на местную облачность и радиационный баланс.

Ключевая роль облаков в климатической системе Земли. Облака играют двойственную роль в радиационном балансе планеты, реализуя конкурирующие механизмы. С одной стороны, они обладают высоким альбедо, эффективно отражая коротковолновую солнечную радиацию обратно в космос и охлаждая поверхность. С другой стороны, они поглощают и переизлучают длинноволновое инфракрасное излучение от Земли, усиливая парниковый эффект. Суммарное воздействие зависит от характеристик облака: низкие и плотные облака (например, слоисто-кучевые) обычно оказывают охлаждающий эффект, а высокие и тонкие (например, перистые) — согревающий. Изучение этих процессов и обратных связей является критически важной задачей для современной климатологии и моделирования климата.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Тимоти Куски

Источник: Энциклопедия наук о Земле и космосе

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам геологических специальностей, профессиональным геологам-тектонистам, специалистам в области геодинамики и региональной геологии, а также всем, кто интересуется фундаментальными процессами формирования и эволюции земной коры.