Механизмы образования облаков.

Механизмами образования облаков являются:

• наклонное восходящее движение воздушной массы поверх другой более холодной воздушной массы (при этом образуются облака наклонно-восходящего движения - Ci, Cs, As, Ns);

• волнообразные движения, перерождающиеся в ячеистую циркуляцию (при этом образуются Cc, Ac, Sc);

• вертикальное восходящее движение, дающее начало облакам Cu, Cb;

• турбулентное перемешивание в нижнем слое атмосферы, вызывающее понижение температуры в верхней части перемешиваемого слоя , приводит к образованию облаков St.

Формирование облаков наклонно восходящего движения.

Эти облака образуются когда теплый влажный воздух поднимается по клину холодного. Подобные явления наблюдаются на теплых атмосферных фронтах, а также на анафронтах. Такоевосхождение может продолжаться до высот 8-9км.

Облачные системы теплых атмосферных фронтов и анафронтов имеют мощность до 6-7 км. Они включают перистые облака (7-9 км), высокослоистые (4-6км), а также слоистодождевые облака (до 2 км).

Облака ячейковой циркуляции (Cc, Ac, Sc).

Если в атмосфере один над другим перемещаются два воздушных потока с разной температурой на их границе могут возникнуть волны. В этих волнах, впервые обнаруженных Гельмгольцем, образуются облака Cc, Ac, Sc. Они образуются как результат существующей здесь ячейковой циркуляции, впервые наблюдавшейся Бенаром.

В центре ячеек Бенара, имеющих форму правильных шестиугольников происходит подьем менее плотного вещества вверх, а на их периферии- опускание более холодного вещества вниз. Подобные явления наблюдаются не только в атмосфере, но и в гидросфере, а также в фотосфере Солнца (гранулы).

Образование кучевых и кучево-дождевых (грозовых облаков).

Эти облака всегда связаны с восходящими воздушными потоками, возникающими в неустойчиво- стратифицрованной атмосфере. Облака такого типа являются водяными.

Восходящие потоки могут развиваться как в результате нагрева земной поверхности, так и в зоне катафронтов, где выдавливаемый наступающим холодным воздухом теплвй свечой взлетает вверх.

В первом случае над зонами высоко нагрева земной поверхности образуются "трубы" (вертикальные, либо наклонные) по которым нагретый воздух поднимается вверх.

Если развитие кучевого облака вверх ограничено (либо слабы восходящие потоки, либо встречается слой инверсии) образуются небольшие плоские кучевые облака хорошей погоды.

Если конвекция сильна и в атмосфере нет задерживающих слоев, то кучевое облако растет вверх преворащаясь в мощнокучевое, грозовое. Скорость восходящих потоков в грозовом облаке мождет достигать 30-40 м/с. Такие облака в среднем доростают до высоты 8-9 км, максимально - 20,5 км (в субтропиках).

Облака вертикального развития и грозовые облака часще всего встречаются в тропиках и крайне редко в высоких широтах.

Образование слоистых облаков.

По своему происхождению слоистые облака подобны туманам. Они возникают в результате турбулентного перемешивания слоя теплого и влажного воздуха, при котором на верхней границе этого слоя возникает понижение температуры. Каждый восходящий поток доставляет в зону похолодания очередную порцию водяного пара, который здесь конденсируется. Каждый нисходящий поток выносит из этой зоны капли воды в слой воздуха, где воздух теплее, а водяной пар не насыщен . В результате капли испаряются.

Кроме рассмотренных выше семейств облаков, располагающихся в тропосфере, в атмосфере встречаются также облака нетропосферные. Их два вида.

Первый - т.н. перламутровые облака, возникающие в стратосфере на высоте 30-35 км. Эти облака наблюдаются в высоких и умеренных широтах преимущественно в сумерках. После заката нижние слои атмосферы уже не освещаются солнечными лучами, а эти , удаленные от земной поверхности облака все еще освещаются Солнцем. По внешнему виду они напоминают весьма быстро движущиеся перистые облака.

Перламутровые облака состоят из кристаллической воды.

Механизм попадания этой воды на столь большие высоты не вполне ясен.

Согласно одной из версий он попадает в стратосферу в центрах наиболее мощных циклонов (высота которых достигает, как известно, 20,5 км).

По другой версии водяной пар выбрасывается в стратосферу при наиболее мощных извержениях вулканов (при взрыве вулкана Кракатау в конце ХIX века интенсивные перламутровые облака наблюдались во многих регионах нашей планеты).

Еще одна гипотеза утверждает, что водяной пар в стратосферу попадает из космоса. Часть его попадает в атсмосферу при разрушении метеоритов, а также космической пыли. Другая часть возникает при взаимодействии поднимающихся из нижних слоев атмосферы гидроксилов ОН- и проникающих из космоса протонов Н+.

Последняя версия наиболее правдоподобна, поскольку известно, что приток из космоса протонов в атмосферу наиболее заметен в приполярных регионах нашей планеты, а перламутровые облака наблюдают именно здесь. Наибольшее развитие перламутровых облаков несколько отстает по времени от вспышек на Солнце , при которых значительно усиливается т.н."солнечный ветер", состоящий в основном из электронов, протонов и альфа-частиц.

Второй вид внетропосферных облаков это т.н. серебристые или светящиеся облака. Они возникают на высотах 80-90 км (в зоне мезопаузы) и имеют такую же природу что и перламутровые. Именно по этому их можно наблюдать в высоких широтах преимущественно после вспышек на Солнце.

Не менее загадочна природа и серебристых облаков. Эти скопления микрокристаллов льда располагаются на высоте 80-90 км (в мезопаузе). Они наблюдаются также в сумерках преимущественно в широтах выше 50 параллели. Температура воздуха в мезопаузе опускается до -90 градусов С, поэтому эти микрокристаллы могут возникать только путем сублимации водяного пара.

Между перламутровыми и серебристыми облаками существует значительный слой атмосферы, где какие либо облака отсутствуют. Здесь температура воздуха слишком велика (до +25 град.С), а имеющийся здесь водяной пар чрезвычайно далек от насыщения.