Лекция 9. Облака

Учебные вопросы:

1. Классификации облаков

2. Механизмы образования облаков.

3. Механизмы образования облаков.

4. Облачные системы атмосферных фронтов

5. Оптические явления в облаках

Классификации облаков

Облака представляют собой значительные по объему скопления продуктов конденсации, сублимации водяного пара, либо кристаллизации водных капель, расположенные на некотором удалении от земной поверхности. Поэтому в основу простейшей классификацией облаков положен их состав. Различают облака водяные, ледяные и смешанные.

Водяные облака состоят из капель воды, температура которых может достигать -26 ^о С. Ледяные облака существуют только при отрицательной температуре и состоят из ледяных кристаллов. Смешанные облака содержат и капли и кристаллы. При отрицательных температурах они со временем превращаются в ледяные облака, а при положительных – водяные.

Причиной образования облаков является увеличение содержания в некоторой области атмосферы водяного пара и атмосферных ядер конденсации или понижение температуры воздуха. Важнейшими процессами, приводящими к этому, являются адвекция и восходящие движения воздуха. При различных сочетаниях параметров этих процессов, а также при разных значениях вертикальных градиентов температуры воздуха и упругости водяного пара образуются облака разнообразнейших конфигураций и свойств. Особенности конфигурации тех или иных облаков наиболее просто выявляются визуально. Поэтому наиболее распространенной классификацией облаков является т.н. "морфологическая".

В соответствии с ней, в метеорологии выделяют четыре семейства облаков, в которые входят облака разных видов и подвидов, встречающиеся в тропосфере и так или иначе связанные с погодой.

Различают следующие 10 основных форм облаков.

А). Облака верхнего яруса.

1. Перистые (Cirrus, Ci) - отдельные тонкие просвечивающие облака волокнистой структуры. Они могут иметь либо очень правильное строение в виде параллельных нитей или полос, либо, наоборот, их волокна могут быть спутанными и разбросанными по небу в виде отдельных пятен.

2. Перистокучевые облака (Cirroccumulus, Cc) - слой облаков, тонких и просвечивающих как перистые, но состоящих из отдельных хлопьев или мелких шариков.

3. Перистослоистые облака (Cirrosstratus, Cs) - тонкий просвечивающий беловатый покров, сквозь который отчетливо виден диск Солнца или Луны. В них образуются оптические явления "гало" (светлые круги вокруг Солнца, ложные и нижние солнца).

Б) Облака среднего яруса.

4. Высококучевые облака (Altocummulus, Ac) - слой облаков, состоящий из гряд или отдельных "глыб" - элементов между которыми просвечивает синее небо. Эти элементы сравнительно тонки и располагаются правильными рядами или в шахматном порядке, реже в беспорядке.

5.Высокослоистые облака (Altostratus, As) - тонкая вуаль сероватого или синеватого оттенка. Солнце и Луна просвечивают сквозь нее в виде светлых пятен с размытыми краями.

В) Облака нижнего яруса.

6. Слоистокучевые (Stratocummulus, Sc) - слой облаков, состоящий из гряд, валов или отдельных элементов, имеющих серый местами темно серый цвет. Аналогичны Ас, но ниже и плотнее их.

7. Слоистые (Stratus, St) - довольно однородный , лишенный структуры слой низких облаков серого цвета.

8. Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns) - низкий плотный , безформенный слой темносерго цвета под которым могут располагаться темные обрывки облаков.

Г) Облака вертикального развития

9. Кучевые облака (Cumulus, Cu) - плотные облака с плоским , сравнительно темным основанием и куполообразной белой клубящейся вершиной.

10. Кучеводождевые (Cumulonimbus, Cb), ливневые или грозовые облака.- мощные высокие облачные массы в виде башен, верхняя часть которых как правило оледеневает и затем приобретает перистую структуру, развиваясь нередко в виде характерной формы - наковальни.

Облака различных форм несколько различаются и по своему составу.

Средний радиус капель в слоистых облаках- 6.8μ;

в высококучевых - 7.1μ;

в слоистокучевых - 8.0μ;

в слоистодождевых - 9.7μ;

В слоистых, кучевых и слоистокучевых облаках самые мелкие капли наблюдаются у их нижней границы, самые крупные у верхней границы.

Водность облаков по мере увеличения высоты слоя возрастает.

В слоистокучевых облаках средняя водность - 0.43 г, возрастание водности на 100м -0.16 г. В слоистых облаках -соответственно 0.48г и 0.04г.. В слоистодождевых облаках - 0.82г и 0.09г.

Максимальная водность в слоистодождевых облаках 1.68 г/куб.м

В кучевых облаках водность с высотой изменяется следующим образом:

Высота над : Водность (г/куб.м)

Основанием мощнокучевые : Низкие кучевые

_______________________________________________

25м 0.1 0.08

150м 0.33 0.17

350м 0.38 0.33

550м 0.85 0.38

750м 1.06 -

950м 1.70 -

1150м 0.89 -

1750м 0.81 -

Максимальная водность в мощнокучевых облаках - 4.1 г/куб.м.

Количественной характеристикой интенсивности облачности является параметр называемый количеством облаков и определяемый как доля поверхности небесного свода, покрытая облаками в данный момент. Количество облаков выражается в десятых долях небесного свода - баллах. Совершенно безоблачному небу соответствует 0 баллов, а небу полностью затянутому тучами - 10 баллов.

Также применяют и такой параметр как оптическая плотность облачности , которая определяется как Ф= lg(p₁/p₂), где p₁- суммарная солнечная радиация над облаками, p₂- суммарная солнечная радиация под облаками.

Кроме количества облков оцененного по общей облачности отдельно подсчитывают аналогичным образом количество облаков нижнего яруса.

Среднее количество облаков наблюдаемое над некоторым регионом зависит от частоты прохождения над ним циклонов и атмосферных фронтов, так как только с этими синоптическими процессами связано возникновение обширных облачных покровов, занимающих сотни тысяч километров.

Высоты нижних границ облаков лишь приближенно соответствуют высотам, на которых достигается точка росы.

Высота нижней границы кучевых облаков находится примерно на уровне конденсации, а для слоистых и слоисто-кучевых облаков она ниже уровня конденсации. Высота слоисто-дождевых облаков уменьшается по мере приближения атмосферного фронта.