Как образуются облака?

Вы наверняка замечали: если долго наблюдать за отдельным облаком, плавно перемещающимся в воздухе, то оно потихоньку меняет то одну свою сторону, то другую. Сначала Вы видели «собаку», а потом стал вырисовываться какой-то «крокодил». Почему так происходит? Все дело в строении облаков.

Облака– это скопления продуктов конденсации (капель и/или кристаллов), видимых простым глазом [2].

Облака переносятся воздушными течениями. Отдельные облака существуют очень короткое время. Например, время существования отдельного кучевого облака иногда составляет всего 10-15 мин. То есть недавно возникшие в результате конденсации капли, из которых состоит облако, снова испарились [2].

Облачные элементы (капли и кристаллы) постоянно испаряются и возникают заново. Поэтому в научной метеорологической литературе встречается определение облака не как объекта, а как процесса.

Облака и туманы образуются в связи с конденсацией водяного пара на ядрах конденсации (частичках солей, почв, пыльцы и др.). Чтобы запустился процесс облакообразования, необходимо два условия:

- увеличение концентрации водяного пара;

- понижение температуры воздуха.

Источником водяного пара в атмосфере является испарение воды с поверхности почвы и водоемов, а также испарение частиц облаков и осадков. Конденсация обычно происходит при относительной влажности воздуха, несколько превышающей 100%.

Понижение температуры некоторой массы воздуха может осуществляться по-разному, но чаще всего происходит при подъеме воздуха (вертикальные движения).

Основными видами вертикальных движений, ведущих к образованию облаков, являются следующие [3]:

1) подъем и опускание воздуха в циклонах и антициклонах, особенно вблизи атмосферных фронтов;

2) орографический подъем и опускание воздуха (перемещение воздуха через возвышенности и горы);

3) конвекция: большого масштаба – муссоны, бризы; малого масштаба, связанная с неоднородностью нагревания почвы. Как правило, конвекция обусловлена неравномерным нагревом частей подстилающей поверхности. Например, на границе моря и суши днем облака возникают над сушей (если ее поверхность теплее, чем поверхность моря, и воздух влажный). Ночью ситуация противоположная – облака развиваются над морем.

Различные виды вертикальных движений могут наблюдаться одновременно, накладываясь друг на друга. Чем интенсивнее результирующий перенос влаги вверх, к уровню конденсации, тем активнее процесс облакообразования [3].

Таким образом, чаще всего облака образуются вследствие подъема влажного воздуха. При этом действует не только процесс конденсации (из водяного пара формируются капли), но наблюдается и сублимация – образование кристаллов (когда водяной пар сразу переходит в твердое состояние). С высотой температура воздуха падает, поэтому на расстоянии порядка 6-15 км от поверхности земли (в умеренных широтах, в тропических, как правило, может быть и выше) в облаке присутствуют кристаллы или переохлажденные капли.

Следовательно, облака по фазовому строению делятся на водяные (или капельные), смешанные и ледяные (или кристаллические) (рис.1).

Рис.1. Классификация облаков по фазовому строению (по материалам [1])

В теплое время года водяные облака образуются главным образом в нижних слоях тропосферы (примерно до 2 км от поверхности земли), смешанные – в средних слоях (примерно 2-6 км), ледяные – в верхних (примерно 6-15 км в умеренных широтах). В холодное время года при низких температурах смешанные и ледяные облака могут возникать и вблизи земной поверхности. В исключительно редких случаях чисто капельное строение облака могут сохранять до температур порядка -30…-35°С [2].

Принципиального различия с точки зрения микрофизического строения между облаками и туманами нет. Как и для образования облака, для возникновения тумана требуется конденсация и охлаждение воздуха. При этом для тумана уровень конденсации практически совпадает с подстилающей поверхностью. А вот главной причиной охлаждения воздуха при формировании туманов является уже не его подъем, а отдача тепла из воздуха земной поверхности.

Нередко туманы образуются в результате оседания низких облаков до земли. В то же время поднятие тумана над земной поверхностью ведет к преобразованию его в облако. Но чаще всего облака образуются на некоторой высоте от земли [3].

В горах отличить туман от облаков наиболее сложно. Облако, натекающее на горный склон, кажется для наблюдателя на самом склоне туманом, а для наблюдателя в долине оно будет облаком.

Используемые источники:

1. Атлас облаков / Федер. служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (Росгидромет), Гл. геофиз. обсерватория им. А.И. Воейкова ; [Д. П. Беспалов и др. ; ред.: Л. К. Сурыгина]. Санкт-Петербург: Д’АРТ, 2011. 248 с.
2. Метеорология и климатология: учебник. 7-е изд. / С.П. Хромов, М.А. Петросянц. М., Изд-во Моск. Ун-та: Наука, 2006. 582 с.
3. Шишкин Н.С. Облака, осадки и грозовое электричество. Л., Гидрометеоиздат, 1964, 401 с.

© Екатерина Кузьмина. «Записки по географии»