Облака

Облако — это видимая совокупность взвешенных в атмосфере капель воды или кристаллов льда, образующаяся в результате конденсации или сублимации водяного пара. Облака относятся к классу атмосферных явлений и являются важнейшим элементом гидрологического цикла, влияя на радиационный баланс Земли, климат и погоду. Основные характеристики облаков включают их форму, высоту нижней границы, вертикальную протяжённость, водность и фазовый состав (капельно-жидкий, кристаллический или смешанный).

Классификация облаков

Классификация облаков основана на их внешнем виде, высоте расположения и происхождении. Международная классификация облаков, принятая Всемирной метеорологической организацией (ВМО), выделяет 10 основных родов (генусов), которые делятся на виды, разновидности и дополнительные признаки.

По высоте нижней границы

Облака подразделяются на три яруса:

• Верхний ярус (выше 6 км): Перистые (Cirrus, Ci), Перисто-кучевые (Cirrocumulus, Cc), Перисто-слоистые (Cirrostratus, Cs). Состоят преимущественно из ледяных кристаллов.
• Средний ярус (от 2 до 6 км): Высококучевые (Altocumulus, Ac), Высокослоистые (Altostratus, As). Могут состоять из капель воды, кристаллов льда или их смеси.
• Нижний ярус (до 2 км): Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc), Слоистые (Stratus, St), Слоисто-дождевые (Nimbostratus, Ns). Состоят преимущественно из капель воды.
• Облака вертикального развития (основание — в нижнем ярусе, вершина — в среднем или верхнем): Кучевые (Cumulus, Cu), Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb). Имеют значительную вертикальную протяжённость, часто состоят из смеси капель и кристаллов.

По морфологическим признакам

• Перистые (Ci): Отдельные, тонкие, волокнистые облака белого цвета, часто с нитевидной структурой. Не дают осадков.
• Перисто-кучевые (Cc): Мелкие белые хлопья или рябь, без серых оттенков. Осадков не дают.
• Перисто-слоистые (Cs): Тонкая, полупрозрачная пелена, часто вызывающая гало вокруг Солнца или Луны. Осадков не дают.
• Высококучевые (Ac): Белые или серые облака в виде гряд, валов или хлопьев, часто с просветами. Осадков обычно не дают, но могут выпадать слабые ливни.
• Высокослоистые (As): Сероватая или синеватая пелена, через которую Солнце просвечивает как через матовое стекло. Могут давать обложные осадки (дождь, снег).
• Слоисто-кучевые (Sc): Серые или белые облака в виде гряд, валов или пластин, часто с тёмными участками. Осадки выпадают редко, обычно в виде слабого дождя или снега.
• Слоистые (St): Однородная серая пелена, часто закрывающая всё небо. Могут давать морось или снежную крупу.
• Слоисто-дождевые (Ns): Тёмно-серые, плотные облака, дающие продолжительные обложные осадки (дождь, снег).
• Кучевые (Cu): Плотные, вертикально развитые облака с плоским основанием и куполообразной вершиной. Осадков не дают, но могут развиваться в кучево-дождевые.
• Кучево-дождевые (Cb): Мощные, грозовые облака с большой вертикальной протяжённостью, часто с наковальней на вершине. Дают ливни, грозы, град, шквалы.

Физические процессы образования

Образование облаков происходит при адиабатическом охлаждении влажного воздуха при его подъёме. Основные механизмы подъёма:

1. Конвекция: Нагрев воздуха от земной поверхности, его расширение и подъём. Приводит к образованию кучевых и кучево-дождевых облаков.
2. Фронтальный подъём: Встреча тёплого и холодного воздуха, где тёплый воздух вытесняется вверх. Формирует слоистые и слоисто-дождевые облака.
3. Орографический подъём: Ветер, поднимающийся по склонам гор. Образует облака различного типа, часто задерживающиеся на наветренных склонах.

При подъёме воздух охлаждается до точки росы, после чего водяной пар начинает конденсироваться на ядрах конденсации (мельчайшие частицы пыли, сажи, соли, продукты сгорания). В зависимости от температуры, процесс может идти как конденсация (образование капель) или сублимация (образование кристаллов льда). Дальнейший рост капель или кристаллов приводит к их укрупнению и, при достижении определённого размера, к выпадению осадков.

Значение в природе и хозяйстве

Облака играют ключевую роль в климатической системе Земли. Они отражают часть солнечной радиации обратно в космос (альбедо облаков), что охлаждает планету, и одновременно задерживают тепловое излучение Земли, создавая парниковый эффект. Результирующее влияние облаков на климат зависит от их типа, высоты и оптических свойств.

В гидрологическом цикле облака являются основным источником осадков, обеспечивая пресной водой экосистемы и сельское хозяйство. В то же время, облака могут вызывать опасные погодные явления: грозы, ливни, град, снегопады, туманы (слоистые облака у поверхности земли).

В авиации облака создают ограничения для визуального полёта, вызывают обледенение самолётов и турбулентность. В метеорологии наблюдение за облаками — один из основных методов прогнозирования погоды. В народном хозяйстве облака используются для искусственного вызывания осадков (засев облаков реагентами) для борьбы с засухой или для рассеивания облаков во время массовых мероприятий.

Интересные факты

• Самое высокое облако — серебристое (мезосферное), образуется на высоте 75–85 км, состоит из кристаллов льда и видно только в сумерках.
• Самое мощное облако — кучево-дождевое, его вертикальная протяжённость может достигать 15–20 км, а вершина часто расплющивается в виде наковальни.
• Облака могут иметь электрический заряд. В кучево-дождевых облаках происходит разделение зарядов, что приводит к возникновению молний.
• В России, в условиях умеренного и арктического климата, наиболее распространены слоистые, слоисто-дождевые и кучевые облака. В горных районах (Кавказ, Урал, Алтай) часто наблюдаются орографические облака, задерживающиеся на склонах.
• Масса облака среднего размера (кучевого) может составлять несколько сотен тонн, но из-за малой плотности (капли воды взвешены в воздухе) оно не падает.

Источники

1. Всемирная метеорологическая организация. «Международный атлас облаков». — Женева: ВМО, 2017.
2. Матвеев Л. Т. «Основы общей метеорологии. Физика атмосферы». — Л.: Гидрометеоиздат, 1965.
3. Хромов С. П., Петросянц М. А. «Метеорология и климатология». — М.: Издательство МГУ, 2001.
4. Атлас облаков / под ред. А. Х. Хргиана. — Л.: Гидрометеоиздат, 1957.