Облака

Облака (далее О) атмосферные, скопление в атмосфере продуктов конденсации водяного пара в виде огромного числа мельчайших капелек воды или льда либо тех и других. Аналогичные скопления непосредственно у земной поверхности называется туманом. О — существенный погодообразующий фактор, определяющий формирование и режим осадков, влияющий на тепловой режим атмосферы и Земли и т.д. О покрывают в среднем около половины небосвода Земли и содержат при этом во взвешенном состоянии до 109 т воды. О являются важным звеном влагооборота на Земле, они могут перемещаться на тысячи км, перенося и тем самым перераспределяя огромные массы воды.   В основном водяной пар содержится в нижней части атмосферы — тропосфере, поэтому именно здесь на различных высотах и сосредоточено подавляющее большинство О Однако нередко в стратосферу проникают перистые и кучево-дождевые О, последние могут иногда достигать высоты 16 и более км. В стратосфере могут также возникать перламутровые О(на высоте около 25 км), а в мезосфере — (около 80 км). К основным формам О (см. табл.) относятся: О нижнего яруса — слоистые (однородный, лишенный упорядоченной структуры, сравнительно тонкий слой), слоисто-кучевые (слой с ясно выраженной структурой в виде волн, гряд или крупных "пластин") и слоисто-дождевые (сплошная серая пелена большой вертикальной мощности, дающая длительные осадки в виде обложного дождя или снега); О среднего яруса — высоко-слоистые (сероватая или чуть синеватая пелена) и высоко-кучевые (похожие на слоисто-кучевые, но более тонкие. О верхнего яруса — перистые (неплотные, часто просвечивающие О в виде отдельных параллельных или спутанных нитей), перисто-слоистые (белая или голубоватая, довольно однородная пелена) и перисто-кучевые (тонкие, полупрозрачные О в виде ряби или скопления хлопьев) и, наконец, О вертикального развития, имеющие сравнительно плоские основания и куполообразные вершины часто причудливых очертаний кучевые, мощно-кучевые и кучево-дождевые. Имеются многочисленные разновидности основным форм О   Образование О связано с возникновением в атмосфере областей с высокой относит. влажностью. Наличие в атмосфере огромного числа мельчайших частиц, играющих роль ядер конденсации, обеспечивает появление зародышевых капель уже при достижении насыщения. Условия же насыщения создаются в результате охлаждения воздуха, вызванного, например, расширением его при упорядоченном подъеме на фронтах атмосферных (так образуются О Ns и системы Ns——), при неупорядоченном турбулентном перемешивании или волновых движениях (St, , ), при конвективном подъеме (, Cong, Cb), при отекании горных препятствий () и др. Дальнейшее охлаждение воздуха приводит к появлению избыточного пара, который поглощается растущими каплями. Т. о., первоначально капли растут преимущественно за счет конденсации водяного пара. Затем по мере их укрупнения, все большую роль начинают играть процессы столкновения и слияния капель друг с другом (т. н. коагуляция облачных элементов). Коагуляционный механизм — основной механизм роста облачных капель радиусом более 30 мкм. При отрицательных температурах О могут быть капельные (переохлажденные), или смешанные, т. е. состоящие из капель и Малые размеры облачных капель позволяют им долго сохраняться в жидком виде и при отрицательных температурах. Так, при —10 °С О в половине случаев капельные, в 30% — смешанные и лишь в 20% Переохлажденные же капли в О встречаются вплоть до —40 °С. Пересыщение над значительно больше, чем над каплями (насыщающая упругость водяного пара над льдом ниже, чем над водой), благодаря чему в смешанных О растут значительно быстрее капель, что способствует выпадению осадков.   Размеры подавляющего большинства капель в О составляют тысячные и сотые доли мм, а их концентрация — сотни в 1 см3. обычно имеют в десятки раз б_ольшие размеры, а концентрация их в тысячи и десятки тысяч раз меньше (до сотни в 1 л). Форма зависит главным образом от температуры их образования и чрезвычайно разнообразна — иглы, столбики, пучки столбиков, тонкие и толстые пластинки и, наконец, просто частицы неправильной формы. В О, как правило, присутствуют и "сверхкрупные" капли, достигающие десятых долей мм с концентрацией единицы и менее в 1 л. Подобные частицы являются зародышами осадков и вносят основной вклад в радиолокационный сигнал от капельных облаков. Масса сконденсированной воды в единице объема О называется водностью О и колеблется обычно от десятых долей до неск. г/м3 для капельных О и от тысячных до десятых долей г/м3 в Данные о физическом строении О получены главным образом с помощью самолетов — летающих лабораторий, оснащенных специальной аппаратурой. Дифракция и преломление света в частицах О вызывают различные оптические явления — глории, гало, венцы и др.,— по которым можно судить о наличии в О капель или Широкое применение находят радиолокационные методы исследования О, развиваются спутниковые и лазерные методы.   Многообразны и сложны физические процессы, управляющие развитием О Возникнув на ядрах конденсации, облачные капли растут, перемещаются внутри О, выносятся за его пределы и испаряются. Время жизни облачных частиц может быть во много раз меньше времени жизни О в целом. Цикл жизни О в целом завершается его испарением. Выпадение осадков способствует уносу воды и ускоряет процесс разрушения О Длительное существование О объясняется малыми скоростями падения частиц (капли радиусом 1—10 мкм падают со скоростью 0,05—1,2 см/сек), наличием восходящих движений воздуха, которые не только поддерживают облачные частицы, но и вместе с турбулентными движениями обеспечивают приток водяного пара и способствуют зарождению новых частиц.   Можно управлять некоторыми процессами в О, искусственно изменяя их фазовое состояние и микроструктуру. Наибольшие успехи достигнуты в рассеивании переохлажденных О и туманов, в воздействии на градоопасные О в целях предотвращения градобитий (см. Град). Для рассеяния переохлажденных О и туманов в них вносятся (с помощью специальных наземных установок—генераторов или с самолета) хладореагенты (частицы сухого льда — твердой углекислоты) или частицы ледообразующих веществ ( и др.), способствующие образованию в О достаточного количества льда, которые затем укрупняются и выпадают из облаков. При этом упругость водяного пара в О понижается, капли испаряются и наступает рассеяние О (тумана). Таким методом рассеивают туманы и низкие О над взлетно-посадочными полосами в аэропортах. Время и место внесения реагентов определяются с помощью специальных метеорологических радиолокационных станций. О могут быть искусственно созданы с помощью тепловых источников конвекции — метеотронов — или с помощью внесения дополнительной влаги. Так, при сгорании 1 кг керосина образуется около 1,2 кг водяного пара. Этого обычно достаточно для образования конденсационных следов за самолетами, летящими на высоте 8—12 км. Длительность существования таких следов зависит от влажности атмосферы.   Ведутся активные поиски способов искусственного регулирования и перераспределения осадков. Большая природная изменчивость количества естественно выпадающих осадков существенно осложняет проблему определения реальной эффективности применяемых методов воздействия. С развитием этих методов все большее внимание привлекают экономические, юридические и социальные аспекты проблемы искусственного воздействия на погоду. Основные формы облаков и их характеристика< Формы облаков, их латинские названия и обозначения Размеры облаков Преимущественное фазовое строение Время жизни облака Максимальные вертикальные скорости Виды осадков у земли высота нижней границы, км Толщина, км Горизонтальная протяженность, км Слоистообразные облака< Слоистые, Stratus (St)……………………. Слоисто-кучевые, Stratocumulus ()…. Высоко-кучевые, Altocumulus ()…… Перисто-кучевые, Cirrocumulus (Cc)….. Слоисто-дождевые, Nimbostratus (Ns)….. Высоко-слоистые, Altostratus ()……… Перисто-слоистые, Cirrostratus ()…….. Перистые, Cirrus (Ci)……………………. 0,1-0,7 0,4—2,0 2—6 6—9 0,1—1,0 3—6 5—9 6—10 0,1—1,0 0,1—1,0 0,1—0,8 0,2—1,0 1—10 0,5—3 0,5—5 0,2—3 10-103 10—103 10—102 10—102 10—103 10—103 10—103 10—103 капельные капельные капельные, смешанные смешанные смешанные, сутки и более " " " " " " " десятки см/сек " " " " " " " отсутствуют или морось то же отсутствуют отсутствуют дождь, снег дождь, снег отсутствуют отсутствуют Кучевообразные облака< Кучевые, Cumulus (Си)......………………. Мощно-кучевые, Cumulus Congestus ( Cong.)..………….. Кучево-дождевые, Cumulonimbus (Cb).. 0,8—2,0 0,8—2,0 0,4—1,5 0,3—3 3—5 5—12 1—5 2—10 5—50 капельные капельные смешанные десятки минут " " 1 м/сек 10 м/сек 15—20 м/сек отсутствуют отсутствуют ливень, град     Лит.: Атлас облаков, под ред. А. X. Хргиана, Л., 1957; Физика облаков, под ред. А. Х. Хргиана, Л., 1961; Шметер С. М., Физика конвективных облаков, Л., 1972; Труды Всесоюзной конференции по физике облаков и активным воздействиям, Л., 1970; Изменение погоды человеком, пер. с англ., под ред. И. П. Мазина, М., 1972; Mason В. J., The physics of clouds, Oxf., 1957; Proceedings of the International conference on cloud physics, Toronto, August, 1968, Toronto, 1968.   И. П. Мазин.