Вымеобразное облако

Отчетливый рисунок из мешочков на нижней стороне некоторых облаков

Облако Мамматуса видели в Путенпидике, Индия

Образование облаков Mammatus в Коимбатуре, Индия

Вымеобразные облака над Непальскими Гималаями

Mammatus (также называемый mamma ^[1] или mammatocumulus , что означает «облако молочной железы») — это ячеистый рисунок мешочков, висящих под основанием облака , как правило, кучево -дождевого облака, хотя они могут быть прикреплены к другим классам родительских облаков. Название mammatus происходит от латинского mamma (что означает « вымя » или « грудь »).

Согласно Международному атласу облаков ВМО , мамма — это дополнительная черта облака, а не род, вид или разновидность облака. Отчетливые «комковатые» нижние стороны образованы холодным воздухом, опускающимся вниз, чтобы сформировать карманы, в отличие от клубов облаков, поднимающихся за счет конвекции теплого воздуха. Эти образования были впервые описаны в 1894 году Уильямом Клементом Леем . ^{[1] [2] [3]}

Характеристики

Мамматовые облака на кучево- дождевых волосах

Mammatus чаще всего ассоциируются с облаками-наковальнями , а также с сильными грозами. Они часто простираются от основания кучево-дождевых облаков , но также могут быть обнаружены под высокослоистыми и перистыми облаками, а также облаками вулканического пепла. ^[4] При появлении в кучево-дождевых облаках mammatus часто указывают на особенно сильный шторм. Из-за интенсивно сдвиговой среды, в которой образуются mammatus, летчикам настоятельно рекомендуется избегать кучево-дождевых облаков с mammatus, поскольку они указывают на турбулентность, вызванную конвекцией. ^[5] Инверсионные следы также могут образовывать лопасти, но их неправильно называют mammatus. ^[1]

Mammatus может выглядеть как гладкие, рваные или комковатые доли и может быть непрозрачным или полупрозрачным. Поскольку mammatus встречается как группа долей, способ, которым они слипаются вместе, может варьироваться от изолированного скопления до поля сосков, которые простираются на сотни километров или организованы вдоль линии, и могут состоять из неравных или схожих по размеру долей. Отдельная доля mammatus имеет средний диаметр 1–3 километра (0,6–1,9 мили) и длину в среднем 1 ⁄ 2 километра (0,3 мили). Доля может существовать в среднем 10 минут, но целое скопление сосков может существовать от 15 минут до нескольких часов. Они обычно состоят изо льда, но также могут быть смесью льда и жидкой воды или состоять почти полностью из жидкой воды.

Верные своему зловещему виду, облака mammatus часто являются предвестниками приближающегося шторма или другой экстремальной погодной системы. Обычно состоящие в основном из льда, они могут простираться на сотни миль в каждом направлении, а отдельные образования могут оставаться визуально статичными в течение десяти-пятнадцати минут за раз. Обычно они появляются около, до или даже после суровой погоды.

Предполагаемые механизмы формирования

Панорама образования облаков мамматус в Свифтс-Крик, Виктория

Образование облаков Mammatus, освещенное закатом в Вишакхапатнаме, Индия

Несколько мешков с облаками мамматуса видны под кучево-дождевыми облаками в Биньяне , Лагуна.

Существование множества различных типов облаков mammatus, каждое из которых обладает уникальными свойствами и встречается в различных условиях, породило множество гипотез об их формировании, которые также актуальны и для других форм облаков. ^{[4] [6]}

Одна экологическая тенденция является общей для всех механизмов формирования, предполагаемых для облаков mammatus: резкие градиенты температуры, влажности и импульса ( сдвиг ветра ) на границе наковальни/подоблачного воздуха, которые сильно влияют на взаимодействия в них. Ниже приведены предлагаемые механизмы, каждый из которых описан со своими недостатками:

• Наковальня кучево-дождевого облака постепенно оседает по мере того, как она распространяется от своего исходного облака. По мере того, как воздух опускается, он нагревается. Однако облачный воздух будет нагреваться медленнее (при влажном адиабатическом градиенте ), чем подоблачный, сухой воздух (при сухом адиабатическом градиенте ). Из-за дифференциального потепления облачный/подоблачный слой дестабилизируется , и может произойти конвективное опрокидывание, создавая комковатую основу облака. Проблемы с этой теорией заключаются в том, что существуют наблюдения за долями mammatus, которые не подтверждают наличие сильного оседания в долях, и что трудно разделить процессы выпадения гидрометеоров и оседания основания облака, таким образом, делая неясным, происходит ли какой-либо из этих процессов.
• Охлаждение из-за выпадения гидрометеоров является вторым предложенным механизмом образования. Когда гидрометеоры падают в сухой подоблачный воздух, воздух, содержащий осадки, охлаждается из-за испарения или сублимации . Будучи теперь холоднее окружающего воздуха и нестабильными, они опускаются до тех пор, пока не придут в статическое равновесие, в этот момент восстанавливающая сила изгибает края осадков обратно вверх, создавая дольчатый вид. Одна из проблем этой теории заключается в том, что наблюдения показывают, что испарение основания облака не всегда производит mammatus. Этот механизм может быть ответственным за самую раннюю стадию развития, но другие процессы (а именно процесс 1, выше) могут вступать в игру по мере формирования и созревания долей.
• Также может быть дестабилизация в основании облака из-за таяния. Если основание облака находится вблизи линии замерзания, то охлаждение в непосредственном воздухе, вызванное таянием, может привести к конвективному опрокидыванию, как и в процессах выше. Однако эта строгая температурная среда присутствует не всегда.
• Вышеуказанные процессы, в частности, основывались на дестабилизации подоблачного слоя из-за адиабатических или скрытых эффектов нагрева. Не принимая во внимание термодинамические эффекты выпадения гидрометеоров, другой механизм предполагает, что динамики выпадений достаточно для создания лепестков. Неоднородности масс гидрометеоров вдоль основания облака могут вызывать неоднородное падение вдоль основания. Фрикционное сопротивление и связанные с ним вихревые структуры создают лепестковый вид выпадений. Главным недостатком этой теории является то, что вертикальные скорости в лепестках, как было замечено, превышают скорости падения гидрометеоров внутри них; таким образом, должно также иметь место динамическое нисходящее принуждение.
• Другой метод, впервые предложенный Керри Эмануэлем , называется неустойчивостью выноса облаков (CDI), которая действует очень похоже на конвективный захват верхней части облаков . При CDI облачный воздух смешивается с сухим подоблачным воздухом, а не осаждается в нем. Облачный слой дестабилизируется из-за испарительного охлаждения, и образуются вымпельные образования.
• Облака подвергаются тепловой реорганизации из-за радиационных эффектов по мере их развития. Есть несколько идей относительно того, как радиация может вызывать образование мамматус. Одна из них заключается в том, что поскольку облака радиационно охлаждаются ( закон Стефана-Больцмана ) очень эффективно на своих вершинах, целые карманы холодных, отрицательно плавучих облаков могут проникать вниз через весь слой и выходить в виде мамматус у основания облака. Другая идея заключается в том, что по мере того, как основание облака нагревается из-за радиационного нагрева от длинноволнового излучения поверхности земли, основание дестабилизируется и опрокидывается. Этот метод применим только для оптически толстых облаков. Однако природа облаков-наковальней такова, что они в основном состоят изо льда и, следовательно, относительно оптически тонкие.
• Предполагается, что гравитационные волны являются механизмом формирования линейно организованных облаков mammatus. Действительно, волновые паттерны наблюдались в среде mammatus, но это в основном из-за создания гравитационных волн в ответ на конвективный восходящий поток , падающий на тропопаузу и распространяющийся в форме волны по всей наковальне. Поэтому этот метод не объясняет преобладание облаков mammatus в одной части наковальни по сравнению с другой. Более того, временные и размерные масштабы для гравитационных волн и mammatus не полностью совпадают. Поезда гравитационных волн могут быть ответственны за организацию mammatus, а не за их формирование. ^[7]
• Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца (К-Г) распространена вдоль границ облаков и приводит к образованию волнообразных выступов (называемых валами Кельвина-Гельмгольца) от границы облака. Mammatus не имеют формы валов KH, поэтому предполагается, что нестабильность может спровоцировать образование выступов, но что другой процесс должен сформировать выступы в доли. Тем не менее, главный недостаток этой теории заключается в том, что нестабильность KH возникает в стабильно стратифицированной среде, а среда mammatus обычно, по крайней мере, несколько турбулентна .
• Неустойчивость Рэлея–Тейлора — это название, данное неустойчивости, которая существует между двумя жидкостями с разной плотностью, когда более плотная из двух находится над менее плотной жидкостью. Вдоль границы раздела облаков и подоблачных пространств более плотный, насыщенный гидрометеорами воздух может вызвать смешивание с менее плотным подоблачным воздухом. Это смешивание примет форму облаков mammatus. Физическая проблема с этим предлагаемым методом заключается в том, что неустойчивость, существующая вдоль статического интерфейса, не обязательно может быть применена к интерфейсу между двумя сдвиговыми атмосферными потоками.
• Последний предложенный механизм образования заключается в том, что mammatus возникают из-за конвекции Рэлея-Бенара , где дифференциальный нагрев (охлаждение наверху и нагрев внизу) слоя вызывает конвективное опрокидывание. Однако в этом случае mammatus основание охлаждается термодинамическими механизмами, упомянутыми выше. По мере того, как основание облака опускается, это происходит в масштабе долей mammatus, в то время как рядом с долями происходит компенсирующий подъем. Этот метод не доказал свою надежность с точки зрения наблюдений и рассматривается как в целом необоснованный.

Такое обилие предложенных механизмов формирования показывает, что облако mammatus в целом плохо изучено. ^{[1] [8]}

Ссылки

1. Шульц, Дэвид М.; Хэнкок, И. (2016). «Конденсационные доли или молочная железа? Важность правильной терминологии» (PDF) . Погода . 71 (8): 203. Bibcode :2016Wthr...71..203S. doi : 10.1002/wea.2765 .
2. Аноним (1975). Международный атлас облаков. Том I. Руководство по наблюдению за облаками и другими метеорами (PDF) . Всемирная метеорологическая организация. Архивировано из оригинала (PDF) 2017-07-08 . Получено 2017-05-13 .
3. Лей, Уильям Клемент (1894). Cloudland: исследование структуры и характеристик облаков. Лондон, Англия: Edward Stanford. С. 104–105.
4. Шульц, Дэвид М.; Канак, Кэтрин М.; Страка, Джерри М.; Трапп, Роберт Дж.; Гордон, Брент А.; Зрнич, Душан С .; Брайан, Джордж Х.; Дюрант, Адам Дж.; Гарретт, Тимоти Дж.; Кляйн, Петра М.; Лилли, Дуглас К. (2006). "Тайны облаков Mammatus: наблюдения и механизмы формирования". Журнал атмосферных наук . 63 (10): 2409. Bibcode : 2006JAtS...63.2409S. doi : 10.1175/JAS3758.1 . S2CID  53128552.
5. Лейн, Тодд П.; Шарман, Роберт Д.; Триер, Стэнли Б.; Фовелл, Роберт Г.; Уильямс, Джон К. (2012). «Последние достижения в понимании турбулентности около облаков». Бюллетень Американского метеорологического общества . 93 (4): 499. Bibcode : 2012BAMS...93..499L. doi : 10.1175/BAMS-D-11-00062.1 .
6. Гарретт, Тимоти Дж.; Шмидт, Клинтон Т.; Кильгрен, Стина; Корнет, Селин (2010). «Облака Mammatus как ответ на радиационный нагрев нижней границы облаков». Журнал атмосферных наук . 67 (12): 3891. Bibcode : 2010JAtS...67.3891G. doi : 10.1175/2010JAS3513.1 . S2CID  54938314.
7. Уинстед, Натаниэль С.; Верлинде, Дж.; Артур, С. Трейси; Яскевич, Франсин; Дженсен, Майкл; Майлз, Наташа; Никосия, Дэвид (2001). «Высокоразрешающие воздушные радиолокационные наблюдения за Mammatus». Monthly Weather Review . 129 (1): 159–166. Bibcode : 2001MWRv..129..159W. doi : 10.1175/1520-0493(2001)129<0159:HRAROO>2.0.CO;2 .
8. Канак, Кэтрин М.; Страка, Джерри М.; Шульц, Дэвид М. (2008). «Численное моделирование млекопитающих». Журнал атмосферных наук . 65 (5): 1606. Bibcode : 2008JAtS...65.1606K. CiteSeerX 10.1.1.720.2477 . doi : 10.1175/2007JAS2469.1. 

Внешние ссылки

• Формирование облаков Mammatus, покадровая видеозапись
• Вымеобразные облака над Гастингсом, Небраска
• Облака Mammatus, провисающие мешкообразные структуры
• Астрономическая фотография дня от NASA: облака Mammatus над Мексикой (30 декабря 2007 г.)
• Облака Mammatus над Сент-Олбансом, Хартфордшир, Великобритания, 12 августа 2008 г. на веб-сайте BBC News. 21 августа 2008 г.