Облако как физическое явление¶

Облако — это видимая совокупность взвешенных в атмосфере продуктов конденсации водяного пара: капель воды, кристаллов льда или их смеси. Облака образуются в тропосфере, реже — в стратосфере и мезосфере, и являются ключевым звеном круговорота воды в природе, а также одним из основных факторов, определяющих погоду и климат.

¶Механизм образования

Основная причина формирования облаков — охлаждение влажного воздуха до точки росы, при которой содержащийся в нём пар становится насыщенным и начинает конденсироваться. Это происходит при подъёме воздушных масс, их адиабатическом расширении и понижении температуры.

Необходимым условием служит наличие ядер конденсации — микроскопических частиц пыли, соли, дыма или пыльцы, на которых оседают молекулы воды. Без них пересыщенный пар может сохраняться без образования капель. Диаметр водяных капель в облаке обычно составляет от 5 до 50 микрометров, ледяных кристаллов — от 10 до 100 микрометров.

Существует несколько основных механизмов подъёма воздуха:

• Конвективный — нагретые у поверхности Земли массы воздуха поднимаются вверх; так формируются кучевые облака.
• Фронтальный — тёплый воздух вытесняется вверх холодным при прохождении атмосферных фронтов.
• Орографический — воздух поднимается по склонам гор.
• Циклонический — восходящие движения в циклонах и областях низкого давления.

¶Классификация

Общепринятая международная классификация облаков была принята в 1896 году и уточнена Всемирной метеорологической организацией. Она основана на высоте расположения и внешнем виде. Выделяют десять основных родов облаков, объединяемых в три яруса.

Перистые облака состоят преимущественно из ледяных кристаллов и отличаются белым полупрозрачным видом. Кучево-дождевые — мощные вертикальные образования, с которыми связаны грозы, ливни и град. Слоистые облака образуют сплошной серый покров и часто сопровождаются моросью.

¶Влияние на климат

Облачность оказывает двойственное воздействие на тепловой баланс Земли. С одной стороны, облака отражают часть солнечной радиации обратно в космос (альбедо), охлаждая поверхность. С другой — задерживают тепловое излучение Земли, способствуя парниковому эффекту. Соотношение этих эффектов зависит от высоты, толщины и микроструктуры облаков.

По оценкам климатологов, суммарное альбедо планеты составляет около 30 %, и значительная его часть формируется именно облачным покровом. Изменения облачности — один из факторов неопределённости в климатических моделях.

¶Осадки

Осадки выпадают, когда облачные элементы укрупняются настолько, что уже не могут удерживаться восходящими потоками. Существуют две основные теории роста осадков:

• Диффузионная — рост капель за счёт конденсации пара на них.
• Коагуляционная — слияние капель при столкновении.

В смешанных облаках, содержащих и капли, и кристаллы, важную роль играет процесс Бержерона — перегонка влаги с капель на кристаллы, что ускоряет образование крупных снежинок, которые затем тают при падении, превращаясь в дождь.

¶Наблюдения и измерения

Для изучения облаков применяются наземные наблюдения с метеостанций, радиозонды, самолётные зондирования и спутниковые системы. Спутники позволяют оценивать облачность глобально, определять высоту верхней границы и водозапас облаков. Степень покрытия неба выражается в баллах от 0 до 10.

¶Облака в культуре и науке

Облака издавна привлекали внимание человека как источник влаги и предвестник погоды. Народные приметы связывали их форму с изменениями погоды. В XX веке облака стали объектом активного воздействия: разработаны методы засева облаков реагентами (йодистым серебром, твёрдой углекислотой) для вызывания осадков и рассеивания туманов.

В России систематические метеорологические наблюдения ведутся с XVIII века; в 1834 году была основана Нормальная магнитно-метеорологическая обсерватория в Санкт-Петербурге, положившая начало государственной метеослужбе. Современные исследования облачности продолжаются в институтах Росгидромета.

¶Рекорды и особенности

Наибольшая высота облаков зафиксирована в тропиках, где кучево-дождевые вершины могут достигать 16–20 км. Серебристые облака, наблюдаемые в мезосфере на высоте около 80 км, образуются из ледяных кристаллов и видны в летние сумерки. Уникальные лентикулярные облака формируются над горными хребтами при устойчивом ветре.

Источники: Всемирная метеорологическая организация, Атлас облаков Росгидромета, Большая российская энциклопедия, учебные курсы по метеорологии.