Отвечает Александр Чернокульский к. ф.-м. н., старший научный сотрудник Института физики атмосферы им. А. М. Обухова РАН
Вопрос сложный, так как одинаковых облаков не существует. Они отличаются друг от друга формой, размерами, временем жизни, высотой, на которой находятся и на которую простираются, температурой воздуха, скоростью восходящих движений внутри облака.
Чем теплее облако, тем больше обычно его водность — масса жидких капель и кристаллов льда (или того и другого) в 1 м³ воздуха. Чем больше скорость восходящих движений внутри облака, тем больше влаги в нем может быть.
Попробуем подсчитать, сколько примерно воды содержится в том или ином облаке.
Начнем с тонких слоистообразных облаков нижнего яруса, которыми часто бывает затянуто небо осенью и зимой. По сути, это настоящие облачные поля площадью до 5–10 млн км², что примерно сравнимо с общей площадью Австралии и Океании и в два-три раза больше территории Индии. Толщина таких облаков обычно составляет несколько сотен метров, водность — 0,2–0,3 г/м3. И содержать в себе такой гигант может около 500–800 млн тонн воды.
Перистые облака уступают в размере. Расположенные на высоте около 7–10 км, они могут закрывать площадь до 1–4 млн км². Для сравнения: площадь Египта составляет около 1 млн км². Толщина таких облаков — около 1–2 км, водность (скорее, ледность, поскольку они состоят по большей части из кристаллов льда) низкая — около 0,01–0,03 г/м3, за счет чего перистые облака намного легче — около 30–50 млн тонн.
Если осадить всю влагу из облака толщиной 1 км, образуется слой воды всего в 0,3 мм
Впрочем, не все слоистые и перистые облака достигают столь внушительных размеров, да и не всегда легко понять, одно это облако или несколько. С земли этих границ вовсе не видно, ученые определяют их по спутниковым снимкам.
С кучевыми и кучево-дождевыми облаками проще: их края видны невооруженным глазом. Такие облака имеют небольшую протяженность, но они довольно высокие.
В теплый солнечный день мы видим легкие кучевые облака. Они имеют диаметр около 1–2 км и вырастают вверх примерно на столько же. Водность варьируется от 0,5 до 2,5 г/м3. Ученые обнаружили простую зависимость: чтобы определить водозапас кучевого облака, толщина которого не превышает 4 км, надо возвести толщину в квадрат и разделить на три.
Например, для облака толщиной 2 км водозапас составляет 1,2 кг/м2, а для облака толщиной и диаметром 1 км — 0,3 кг/м2. Кстати, 1 кг воды на 1 м2 — это те самые миллиметры, в которых измеряют осадки. То есть, если осадить всю влагу из облака толщиной 1 км, образуется слой воды толщиной всего в 0,3 мм.
Для получения массы надо умножить водозапас на площадь. Например, для облака диаметром и толщиной 2 км масса облака составит около 4000 тонн. Облако диаметром и толщиной в 1 км весит около 250 тонн.
С мощными кучево-дождевыми облаками ситуация сложнее, потому что водность в них сильнее меняется по высоте, хотя примерно варьируется от 1,5 до 4,5 г/м3. Такие облака могут простираться в высоту на 10 км (в тропиках и на 20 км), достигая 10–30 км в диаметре.
Но опять же ученые в свое время вывели закономерность: если разделить максимальное значение водности в вертикальном профиле (в г/м3) на четыре и умножить на толщину облачного слоя (в км), можно получить приближенные оценки водозапаса (кг/м2).
Так, для облака толщиной в 10 км и максимальной водностью в 4,5 г/м3 водозапас составит около 11 кг/м2 (то есть, если осадить все облако, под ним образуется слой воды чуть более 1 см). Вес считается так же, умножением водозапаса на площадь. Получается, что кучево-дождевое облако такой мощности и диаметром в 20 км будет весить около 3,5 млн тонн. Правда, современные спутниковые данные показывают, что эти оценки являются приблизительными.
Таким образом, кучевые облака, как правило, намного легче перистых и слоистых. Есть и другие типы облаков, увидеть некоторые — большая удача. О них мы писали в статье «Топ-10 редких атмосферных явлений».