Облака. Морфологическая классификация облаков

Облака играют ключевую роль для прогноза погоды. Они вносят свой вклад в функционирование водного цикла и всей климатической системы. На протяжении всей истории они вдохновляли художников, поэтов, музыкантов, фотографов и бесчисленное множество других любителей прекрасного.

Независимо от того, какой они формы или размера, облака необходимы для жизни на Земле. В течение дня они помогают защитить нас от сильного солнечного жара. Ночью они действуют как одеяло, чтобы мы не слишком сильно замерзали. Облака также обеспечивают выпадение осадков и сигнализируют об изменениях в погоде.

Облака образуются в результате подъема влажного воздуха, который охлаждается за счет расширения, при сталкивании с более низким давлением, существующим в более высоких слоях атмосферы. Относительная влажность увеличивается до тех пор, пока воздух не насыщается водяным паром, а затем происходит конденсация на любой из частиц, взвешенных в воздухе. Их концентрация варьируется от нескольких частиц на кубический сантиметр в чистом морском воздухе до, возможно, 1 миллиона на кубический сантиметр в сильно загрязненном воздухе над крупным промышленным городом. Для непрерывной конденсации, приводящей к образованию крошечных капелек, воздух должен быть слегка перенасыщен влагой.

Конденсация влаги происходит вокруг мельчайших частиц, к числу которых относятся частицы морской соли и частицы, образующиеся при горении (например, при естественных лесных или техногенных пожарах). Многие из более крупных частиц конденсации над сушей состоят из сульфата аммония. Они образуются в результате поглощения мельчайших капелек жидкой воды, называемых облачными элементами, диоксидом серы и аммиаком. При конденсации образуются капельки диаметром около 10 мкм. Вот они и образуют облако.

Облака обычно кажутся белыми, потому что крошечные капельки воды внутри них плотно упакованы, отражая большую часть солнечного света, который попадает на них. Белый цвет — это то, как наши глаза воспринимают все длины волн солнечного света, смешанные вместе. Когда вот-вот пойдет дождь, облака темнеют, потому что водяной пар собирается в дождевые капли, с большими промежутками между ними. Отражается меньше света. Дождевое облако становится черным или серым.

Типы облаков

Метеорологи классифицируют облака в основном по их внешнему ввиду (так называемая морфологическая классификация) в соответствии с международной системой, аналогичной той, которая была предложена в 1803 году, когда метеоролог-любитель Люк Говард написал Essay on the Modification of Clouds (Эссе о разновидностях облаков).

Первый «Международный атлас облаков» был опубликован в 1896 году. Развитие авиации во время Первой мировой войны стимулировало интерес к облачным образованиям и их важности для краткосрочного прогнозирования погоды. Это привело к публикации в 1932 году более обширного атласа — «Международного атласа облаков и состояний неба», и далее к его пересмотренному варианту в 1939 году. После Второй мировой войны Всемирная метеорологическая организация опубликовала новый «Международный атлас облаков» (1956) в двух томах. В этом атласе приведены фотографии и описание наиболее часто наблюдаемых форм, видов и разновидностей облаков.

Международный атлас облаков в настоящее время устанавливает 10 основных типов облаков, которые определяются в соответствии с местом образования облаков на небе и их приблизительным внешним видом. Эти 10 форм (родов) облаков, в свою очередь подразделяются на ряд видов и разновидностей.

По морфологической классификации основные типы облаков разделены на три группы в зависимости от высоты их нижней границы — облака нижнего яруса, среднего и верхнего. Особо выделяют облака вертикального развития — отдельные облачные массы, значительно простирающиеся по вертикали; их основание обычно находится в нижнем ярусе, а вершина — часто в среднем или верхнем ярусе.

Большинство названий облаков содержат латинские префиксы и суффиксы, которые в сочетании указывают на характер облака. Они включают:
Stratus – слоистые,
Cumulus – кучевые,
Cirrus — перистые,
Nimbus – дождевые,
Alto — среднего яруса (хотя «alto» в переводе с латыни означает высокий).

I. Облака верхнего яруса, которые находятся на высотах свыше 6 км включают перистые облака (cirrus, Ci), перисто-кучевые (cirrocumulus, Cc) и перисто-слоистые (cirrostratus, Cs).

II. Облака среднего яруса, от 2 до ~6 км, включают высококучевые (altocumulus, Ac) и высокослоистые (altostratus, As).

III. Облака нижнего яруса, на высоте от земли до 2 км, включают слоисто-кучевые (stratocumulus, Sc), слоистые (stratus, St) и слоисто-дождевые облака (nimbostratus, Ns).

IV. Облака вертикального развития — кучевые (сumulus, Cu) и кучево-дождевые (сumulonimbus, Cb).

Те облака, которые стелются по поверхности земли, называются туманом.

Указанные высоты являются приблизительными и приведены для умеренных широт. Облака каждого рода, как правило, ниже в полярных регионах и выше в тропиках.

Эти 10 родов подразделяются на виды, описывающие форму и внутреннюю структуру облаков, и разновидности, описывающие их прозрачность и расположение. В общей сложности насчитывается около 100 комбинаций.

Облака верхнего яруса

Распространенными признаками облаков верхнего яруса являются тонкие, белые, высотные облака, выглядящие как волокнистое одеяло, изогнутые перья, волны или прозрачная белая вуаль, затягивающая небо. Эти облака состоят из кристаллов льда: игл, шестигранных колонок или пластинок. Солнце и луна хорошо просвечивают сквозь них. Иногда вокруг солнца или луны, просвечивающей сквозь эти облака, образуются цветные круги (гало).

Основными формами облаков верхнего яруса являются перистые, перисто-кучевые и перисто-слоистые облака.

Перистые облака (Cirrus, Ci)

Перистые облака (Cirrus, Ci) состоят из кристаллов льда и обычно имеют вид раздельных, тонких, нитеобразных элементов в виде белых тонких волокон, чаще всего белого цвета. Эти облака обычно наблюдаются в небольших количествах, но иногда могут занимать и значительную часть неба.  Из этих облаков осадки не выпадают.

Перисто-слоистые облака (Cirrostratus, Cs)

Перисто-слоистые облака (Cirrostratus, Cs) представляют собой тонкий, белый или голубоватый покров, иногда слегка волокнистого строения, часто почти незаметный и только придающий небу беловатый оттенок, как правило, покрывают все небо, иногда создавая эффект ореола вокруг солнца (паргелий) или луны (парселена) – так называемое явление гало. Осадки из облаков не выпадают.

Перисто-кучевые облака (Cirrocumulus, Cc)

Перисто-кучевые облака (Cirrocumulus, Cc) — небольшие полупрозрачные хлопья, образующие слои или параллельные гряды. За некоторое визуальное сходство с белыми овцами их часто называют «барашками». Эти облака малоустойчивые, довольно быстро появляются, видоизменяются и исчезают. Являются признаком повышения температуры. Нередко наблюдаются вместе с перистыми или перисто-слоистыми облаками. Часто являются предвестниками надвигающегося шторма. Осадки из этих облаков не выпадают.

Облака среднего яруса

Общие признаки облаков среднего яруса: это светло-серые, голубовато-серые, иногда белые облака в виде сплошной вуали или волн, пластин и хлопьев, гораздо больших и более массивных, чем у облаков верхнего яруса.

Облака среднего яруса состоят из переохлажденных капель воды или переохлажденных капель воды, смешанных с кристаллами льда и снежинками. Сквозь облака среднего яруса солнце просвечивает слабо или не просвечивает совсем.

К основным формам облаков среднего яруса относятся: высококучевые и высокослоистые облака.

Высококучевые облака (Altocumulus, Ac)

Высококучевые облака (Altocumulus, Ac) насыщены влагой, но, как правило, не вызывают дождя. Серые, белые, или синеватого цвета в виде волн и гряд, состоящих из хлопьев и пластин, разделённых просветами. Наличие кучевых облаков теплым и влажным летним утром предвещает скорое появление грозовых туч или изменение погоды.

Высокослоистые облака (Altostratus, As)

Высокослоистые облака (Altostratus, As) имеют вид однородной или cлабовыраженной волнистой пелены серого или синеватого цвета, они темнее перисто-слоистых облаков, Солнце и Луна сквозь них просвечиваются слабо, как через матовое стекло, и теней не дают. Эти облака состоят из ледяных кристаллов, переохлаждённых капелек воды и снежинок. Осадки из высокослоистых облаков выпадают, но летом обычно не доходят до земли, испаряясь в подоблачном слое воздуха. Зимой даже тонкие высокослоистые облака дают снег. Явления гало в них не наблюдается. 

Облака нижнего яруса

Облака нижнего яруса выглядят как низкие серые тяжелые гряды, валы или пелена, закрывающая небо сплошным покровом. Сквозь эти облака солнце не просвечивает и только иногда слабо просвечивает сквозь их тонкие края.
Облака нижнего яруса включают три основные формы: слоисто-кучевые, слоисто-дождевые и слоистые облака.

Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc)

Слоисто-кучевые (Stratocumulus, Sc) облака образуют крупные и довольно низко расположенные волны, гряды, глыбы белого, сероватого или серого цвета, располагающиеся обычно правильными рядами. Часто между ними бывают просветы голубого неба — это так называемые просвечивающие слоисто-кучевые облака — Stratocumulus translucidus (Sc trans).  А иногда они образуют сплошной тёмно-серый покров, состоящий из валов или крупных глыб — это плотные слоисто-кучевые облака — Stratocumulus opacus (Sc op). Из большинства разновидностей слоисто-кучевых облаков осадки, как правило, не выпадают. Просвечивающие слоисто-кучевые облака часто образуются при хорошей устойчивой и тихой погоде, в этом случае их образование свидетельствует о большой влажности воздуха.

Слоистые (Stratus, St)

Слоистые (Stratus, St) облака кажутся тонким слоем серого или желто-серого цвета на небе. Похоже на туман, приподнятый над поверхностью земли. Часто нижняя поверхность этого слоя бывает разорванной, клочковатой. Обычно слоистые облака закрывают все небо серой пеленой, но иногда могут наблюдаться и в виде разорванных облачных масс. Состоят из мельчайших капелек, при отрицательных температурах — переохлаждённых. Как правило, осадки не выпадают, но может выпадать морось, а зимой — снежные зёрна и мелкие ледяные кристаллы в виде игл.

Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns)

Слоисто-дождевые облака (Nimbostratus, Ns) плотные и темно-серые, обычно закрывают всё небо без просветов, могут вызывать продолжительные осадки, как в виде дождя, так и снега. От слоистых облаков отличаются более тёмным цветом, неоднородностью строения и наличием обложных осадков. Эти облака иногда называют просто дождевыми облаками.

Облака вертикального развития

Облака вертикального развития имеют вид отдельных плотных облачных масс, значительно простирающихся по вертикали. Их основание обычно располагается в нижнем ярусе, а вершина иногда в среднем и даже верхнем ярусе облаков. Вершины облаков всегда ослепительно белого цвета, а основание белого, сероватого или темно-серого цвета. К облакам вертикального развития относят две основные формы: кучевые и кучево-дождевые облака.

Кучевые (Cumulus, Cu)

Кучевые (Cumulus, Cu) — наиболее любимые формы облаков для наблюдения: они большие, белые, пушистые и — в зависимости от вашего воображения — могут выглядеть как медведь, яблоко или любой другой знакомый объект. Осадки обычно не выпадают.

Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb)

Кучево-дождевые (Cumulonimbus, Cb) облака формируются в процессе дальнейшей эволюции кучевых облаков. Это тяжелые и плотные облака с темными, иногда синеватыми основаниями, поднимающиеся в виде огромных горообразных облачных масс, с вершинами, имеющими по большей части волокнистое строение и часто являются предвестниками грозы, града, ливневых осадков, шквала или торнадо.

Облака являются ценным подспорьем в прогнозировании погоды. Если небо, например, становится затянутым перистыми и перисто-слоистыми облаками, сгущающимися и опускающимися до высокослоистых облаков, неизбежны осадки, вероятно, от приближающегося теплого фронта в умеренных широтах или, возможно, урагана в тропиках. О надвигающейся грозе предупреждают кучевые облака, быстро переходящие в кучево-дождевые, даже несмотря на то, что между облаками может ярко светить солнце.

Наличие облачности приводит к меньшим суточным колебаниям температуры. Вечером низкая облачность действует как одеяло, не позволяя температуре сильно падать ночью. Ясное вечернее небо, напротив, указывает на быстрое предстоящее похолодание (особенно если воздушная масса сухая), что может на следующее утро привести к росе, морозу или туману.

С помощью визуальных наблюдений можно определить количество облаков и их форму, оценить высоту, направление и скорость движения. Некоторые предположения также можно сделать о микроструктуре облаков. Правильное определение формы облаков особенно важно, поскольку их форма связана с определенными типами атмосферных процессов. Очень важно, чтобы наблюдатель понимал суть процессов, происходящих в атмосфере и приводящих к образованию определенных форм облаков. Так он сможет производить более точные наблюдения за облаками даже в тех сложных случаях, когда облака несколько отличаются от показанных в Атласе, когда одновременно наблюдается несколько их форм и т.д.

В Атласе основное внимание уделяется облакам, образующимся в тропосфере — в нижних слоях атмосферы толщиной около 9-10 км в умеренных и полярных широтах и до 16 км в субтропических. В вышележащем слое — стратосфере облака встречаются очень редко. На высотах 20-30 км иногда можно наблюдать так называемые перламутровые облака, состоящие из мелких капель или кристаллов. На высоте около 80 км иногда наблюдаются серебристые облака. Это тонкие, прозрачные, волокнистые облака, которые видны в сумерках, когда солнце освещает их из-за горизонта. Эти редкие облачные формы, представляют большой научный интерес.

В международный облачный атлас также включен новый род облаков — «Volutus» (по-латыни «свернутый в рулон»). Volutus — относительно редкое образование, подверженное влиянию ветра. Облако вида volutus обычно выглядит как низкая, горизонтальная, отдельно парящая трубчатая масса, часто медленно вращающаяся вокруг горизонтальной оси.

Предполагается также ввести обозначение некоторых новых «особых» облаков, таких как «Homogenitus» (от латинского «homo» — человек и » genitus» – сгенерированный, порожденный или произведенный). Одним из примеров такого типа облаков является инверсионный след, иногда образующийся от выхлопов авиационного двигателя.

Особо следует отметить облака «Asperitas» (латинское слово, означающее шероховатость, неровность) — живописное облачное образование, похожее на перевернутую бурную морскую поверхность. В последние годы эти облака захватили воображение общественности. Они включены в Атлас в качестве дополнительного элемента.

---