В метеорологии облако — это аэрозоль , состоящий из видимой массы миниатюрных капель жидкости , замороженных кристаллов или других частиц , взвешенных в атмосфере планетарного тела или аналогичного пространства. [1] Капли и кристаллы могут состоять из воды или других химических веществ. На Земле облака образуются в результате насыщения воздуха при его охлаждении до точки росы или при получении достаточной влаги (обычно в виде водяного пара ) из соседнего источника для повышения точки росы до окружающей среды. температура .
Облака наблюдаются в гомосфере Земли , которая включает тропосферу , стратосферу и мезосферу . Нефология — это наука об облаках, которая ведется в разделе физики облаков метеорологии . Существует два метода обозначения облаков в соответствующих слоях гомосферы: латинское и общее название .
Типы родов в тропосфере, слое атмосферы, ближайшем к поверхности Земли, имеют латинские названия из-за повсеместного принятия номенклатуры Люка Ховарда , официально предложенной в 1802 году. Она стала основой современной международной системы, которая делит облака на пять физических групп. формы , которые можно далее разделить или классифицировать по высотным уровням , чтобы получить десять основных родов . Основными репрезентативными типами облаков для каждой из этих форм являются слоистообразные , кучевые , слоисто-кучевые , кучево-дождевые и усиковидные . Низкоуровневые облака не имеют префиксов, связанных с высотой. Однако слоисто -кучевым типам среднего уровня дается префикс альто-, в то время как варианты этих же двух форм высокого уровня имеют префикс перисто- . В обоих случаях страто- опускается из последней формы, чтобы избежать двойного префикса. Типы родов, имеющие достаточную вертикальную протяженность, чтобы занимать более одного уровня, не имеют никаких префиксов, связанных с высотой. Формально они классифицируются как низко- или среднеуровневые в зависимости от высоты, на которой каждый из них первоначально формируется, а также более неформально характеризуются как многоуровневые или вертикальные . Большинство из десяти родов, полученных с помощью этого метода классификации, можно подразделить на виды и далее на разновидности . Очень низкие слоистые облака, доходящие до поверхности Земли, имеют общие названия «туман » и «туман» , но не имеют латинских названий.
В стратосфере и мезосфере облака имеют общие названия основных типов. Они могут иметь вид слоистообразных вуалей или листов, усиковидных пучков или слоисто-кучевых полос или ряби. Их видят нечасто, в основном в полярных регионах Земли. Облака наблюдались в атмосферах других планет и лун Солнечной системы и за ее пределами. Однако из-за различных температурных характеристик они часто состоят из других веществ, таких как метан , аммиак и серная кислота , а также из воды.
Тропосферные облака могут оказывать прямое влияние на изменение климата на Земле. Они могут отражать входящие лучи Солнца, что может способствовать охлаждающему эффекту там, где и когда возникают эти облака, или улавливать более длинноволновое излучение, которое отражается обратно от поверхности Земли, что может вызвать эффект потепления. Высота, форма и толщина облаков — основные факторы, влияющие на локальный нагрев или охлаждение Земли и атмосферы. Облака, образующиеся над тропосферой, слишком редки и тонкие, чтобы оказать какое-либо влияние на изменение климата. Облака являются основной неопределенностью в чувствительности климата . [2]
Происхождение термина «облако» можно найти в древнеанглийских словах clud или clod , означающих холм или каменную массу. Примерно в начале 13 века это слово стало использоваться как метафора дождевых облаков из-за внешнего сходства между массой камней и кучевым облаком. Со временем метафорическое использование этого слова вытеснило древнеанглийское слово «weolcan» , которое буквально обозначало облака в целом. [3] [4]
Следующая таблица имеет очень широкий охват, как и шаблон типов облаков, на котором она частично основана. Существуют некоторые различия в стилях номенклатуры между схемой классификации, используемой для тропосферы (строго латынь, за исключением приземных аэрозолей) и более высоких уровней гомосферы (общие термины, некоторые неофициально заимствованные из латыни). Однако представленные здесь схемы используют перекрестную классификацию физических форм и уровней высоты для получения 10 родов тропосферы, [5] тумана и тумана, образующегося на уровне поверхности, а также нескольких дополнительных основных типов над тропосферой. Род кучевых облаков включает четыре вида, которые имеют вертикальный размер, который может влиять на высоту над уровнем моря.
Исследования древних облаков не проводились изолированно, а наблюдались в сочетании с другими погодными элементами и даже с другими естественными науками. Около 340 г. до н. э. греческий философ Аристотель написал «Метеорологику» — работу, которая представляла собой сумму знаний того времени о естественных науках, включая погоду и климат. Впервые осадки и облака, из которых выпадали осадки, были названы метеорами, что происходит от греческого слова « meteoros» , что означает «высоко в небе». От этого слова произошел современный термин метеорология , изучение облаков и погоды. Meteorologica была основана на интуиции и простом наблюдении, а не на том, что сейчас считается научным методом. Тем не менее, это была первая известная работа, в которой была предпринята попытка систематического рассмотрения широкого круга метеорологических тем, особенно гидрологического цикла . [10]
После столетий спекулятивных теорий о формировании и поведении облаков первые по-настоящему научные исследования были предприняты Люком Говардом в Англии и Жаном-Батистом Ламарком во Франции. Ховард был методичным наблюдателем с сильным знанием латинского языка и использовал свой опыт для формальной классификации различных типов тропосферных облаков в 1802 году. Он считал, что научные наблюдения за изменением формы облаков в небе могут открыть ключ к прогнозированию погоды.
В том же году Ламарк независимо работал над классификацией облаков и придумал другую схему именования, которая не произвела впечатления даже в его родной стране, Франции , поскольку в ней использовались необычно описательные и неформальные французские названия и фразы для типов облаков. Его система номенклатуры включала 12 категорий облаков с такими названиями, как (в переводе с французского) туманные облака, пятнистые облака и метлоподобные облака. Напротив, Говард использовал общепринятую латынь, которая быстро завоевала популярность после ее публикации в 1803 году. [11] В знак популярности схемы наименования немецкий драматург и поэт Иоганн Вольфганг фон Гете сочинил четыре стихотворения об облаках, посвятив им Говарду.
Разработка системы Ховарда была в конечном итоге официально принята Международной метеорологической конференцией в 1891 году. [11] Эта система охватывала только типы тропосферных облаков. Однако открытие облаков над тропосферой в конце 19 века в конечном итоге привело к созданию отдельных схем классификации, которые вернулись к использованию описательных общих названий и фраз, которые несколько напоминали методы классификации Ламарка. Эти очень высокие облака, хотя и классифицируются этими разными методами, тем не менее во многом похожи на некоторые формы облаков, идентифицированные в тропосфере с латинскими названиями. [8]
Земные облака можно найти на большей части гомосферы, включая тропосферу, стратосферу и мезосферу. Внутри этих слоев атмосферы воздух может стать насыщенным в результате охлаждения до точки росы или добавления влаги из соседнего источника. [12] В последнем случае насыщение происходит, когда точка росы повышается до температуры окружающего воздуха.
Адиабатическое охлаждение происходит, когда один или несколько из трех возможных подъемных агентов – конвективный, циклонический/фронтальный или орографический – заставляют порцию воздуха, содержащую невидимый водяной пар, подниматься и охлаждаться до точки росы, температуры, при которой воздух становится насыщенным. Основным механизмом этого процесса является адиабатическое охлаждение. [13] Когда воздух охлаждается до точки росы и становится насыщенным, водяной пар обычно конденсируется, образуя капли облаков. Эта конденсация обычно происходит на ядрах конденсации облаков, таких как частицы соли или пыли, которые достаточно малы, чтобы удерживаться в воздухе за счет нормальной циркуляции воздуха. [14] [15]
Одним из факторов является конвективное движение воздуха вверх, вызванное дневным солнечным нагревом на уровне поверхности. [14] Низкая нестабильность воздушных масс приводит к образованию кучевых облаков в тропосфере, которые могут вызывать ливни, если воздух достаточно влажный. [16] В умеренно редких случаях конвективный подъем может быть достаточно мощным, чтобы проникнуть через тропопаузу и вытолкнуть верхнюю часть облака в стратосферу. [17]
Фронтальный и циклонический подъем возникают в тропосфере, когда стабильный воздух вытесняется вверх на погодных фронтах и вокруг центров низкого давления в результате процесса, называемого конвергенцией . [18] Теплые фронты , связанные с внетропическими циклонами, имеют тенденцию образовывать в основном усикообразные и стратиформные облака на обширной территории, если только приближающаяся теплая воздушная масса не нестабильна, и в этом случае густые кучевые или кучево-дождевые облака обычно встроены в основной слой осадков. [19] Холодные фронты обычно движутся быстрее и образуют более узкую линию облаков, которые в основном имеют слоисто-кучевую, кучево- или кучево-дождевую форму, в зависимости от стабильности теплой воздушной массы непосредственно перед фронтом. [20]
Третий источник подъемной силы — это циркуляция ветра, заставляющая воздух преодолевать физический барьер, например гору ( орографический подъем ). [14] Если воздух в целом стабилен, не образуется ничего, кроме чечевицеобразных облаков. Однако если воздух становится достаточно влажным и неустойчивым, могут появиться орографические ливни или грозы . [21]
Облака, образованные любым из этих подъемных агентов, первоначально наблюдаются в тропосфере, где эти агенты наиболее активны. Однако водяной пар, поднятый к вершинам тропосферы, может быть перенесен гравитационными волнами еще выше, где дальнейшая конденсация может привести к образованию облаков в стратосфере и мезосфере. [22]
Наряду с адиабатическим охлаждением, требующим подъемного агента, существуют три основных неадиабатических механизма понижения температуры воздуха до точки росы. Кондуктивное, радиационное и испарительное охлаждение не требуют подъемного механизма и могут вызвать конденсацию на уровне поверхности, приводящую к образованию тумана . [23] [24] [25]
В качестве способа достижения насыщения без какого-либо процесса охлаждения в воздух можно добавить несколько основных источников водяного пара: испарение из поверхностных вод или влажной почвы, [26] [12] [27] осадки или вирга , [28] и транспирация из растения. [29]
Классификация в тропосфере основана на иерархии категорий с физическими формами и уровнями высоты наверху. [6] [7] В общей сложности они разделены на десять типов родов, большинство из которых можно разделить на виды и далее подразделить на разновидности, которые находятся в нижней части иерархии. [30]
Облака в тропосфере принимают пять физических форм в зависимости от структуры и процесса формирования. Эти формы обычно используются для целей спутникового анализа. [31] Ниже они приведены в приблизительном порядке возрастания нестабильности или конвективной активности. [32]
Тропосферные облака формируются на любом из трех уровней (ранее называвшихся этажами) в зависимости от диапазона высот над поверхностью Земли. Группировка облаков по уровням обычно выполняется для целей составления атласов облаков , приземных погодных наблюдений [7] и карт погоды . [40] Диапазон базовой высоты для каждого уровня варьируется в зависимости от широтной географической зоны . [7] Каждый высотный уровень включает два или три родотипа, различающихся главным образом по физической форме. [41] [5]
Стандартные уровни и типы родов суммированы ниже в приблизительном порядке убывания высоты, на которой обычно базируется каждый из них. [42] Многоуровневые облака со значительной вертикальной протяженностью перечислены отдельно и суммированы примерно в порядке возрастания нестабильности или конвективной активности. [32]
Высокие облака формируются на высоте от 3000 до 7 600 м (от 10 000 до 25 000 футов) в полярных регионах , от 5000 до 12 200 м (от 16 500 до 40 000 футов) в умеренных регионах и от 6100 до 18 300 м (от 20 000 до 60 000 футов) в тропе от 6,100 до 18 300 м (от 20 000 до 60 000 футов) в троп. . [7] Все усиковидные облака относятся к категории высоких и таким образом составляют один род перистых облаков (Ci). Слоисто-кучевые и слоисто-образные облака в высокогорном диапазоне носят приставку перисто- , что дает соответствующие названия рода перисто-кучевые (Cc) и перисто-слоистые (Cs). Если анализировать спутниковые изображения высоких облаков с ограниченным разрешением без подтверждения данных прямых наблюдений человека, различение отдельных форм или типов родов становится невозможным, и они коллективно идентифицируются как высокотипные (или неофициально как перистые , хотя и не все высокие облака). облака имеют перистую форму или род). [43]
.jpg/1280px-Sunrise_(Abbottabad).jpg)
Невертикальные облака на среднем уровне имеют префикс alto- , что дает названия рода altocumulus (Ac) для слоисто-кучевых типов и altostratus (As) для слоистообразных типов. Эти облака могут образовываться на высоте всего 2000 м (6500 футов) над поверхностью на любой широте, но могут располагаться на высоте до 4000 м (13000 футов) вблизи полюсов, на высоте 7000 м (23000 футов) в средних широтах и на высоте 7600 м (25000 футов). футов) в тропиках. [7] Как и в случае с высокими облаками, основные типы рода легко распознаются человеческим глазом, но различить их только с помощью спутниковой фотографии невозможно. Когда подтверждающие данные человеческих наблюдений недоступны, на спутниковых изображениях эти облака обычно относят к среднему типу . [43]
Низкие облака встречаются у поверхности на высоте до 2000 м (6500 футов). [7] Типы родов на этом уровне либо не имеют префикса, либо содержат префикс, который относится к характеристике, отличной от высоты. Облака, образующиеся на нижних уровнях тропосферы, обычно имеют более крупную структуру, чем облака, образующиеся на средних и верхних уровнях, поэтому их обычно можно идентифицировать по форме и типам родов, используя только спутниковые фотографии. [43]
Эти облака имеют основания от низкого до среднего уровня, которые формируются где угодно, от поверхности до примерно 2400 м (8000 футов), и вершины, которые могут простираться до среднего диапазона высот, а иногда и выше в случае слоисто-дождевых облаков.
Эти очень крупные кучевые и кучево-дождевые типы имеют основание облаков в том же диапазоне от низкого до среднего уровня, что и многоуровневые и умеренно вертикальные типы, но вершины почти всегда доходят до высоких уровней. В отличие от менее вертикально развитых облаков, их необходимо идентифицировать по стандартным названиям или сокращениям во всех авиационных наблюдениях (METARS) и прогнозах (TAFS), чтобы предупреждать пилотов о возможных суровых погодных условиях и турбулентности. [9]
Типы родов обычно делятся на подтипы, называемые видами , которые указывают на конкретные структурные детали, которые могут варьироваться в зависимости от стабильности и характеристик сдвига ветра в атмосфере в любой данный момент времени и в любом месте. Несмотря на эту иерархию, отдельный вид может быть подтипом более чем одного рода, особенно если роды имеют одну и ту же физическую форму и отличаются друг от друга главным образом высотой или уровнем. Существует несколько видов, каждый из которых может быть связан с родами более чем одной физической формы. [74] Типы видов сгруппированы ниже в соответствии с физическими формами и родами, с которыми каждый из них обычно связан. Формы, роды и виды перечислены слева направо в примерном порядке возрастания нестабильности или конвективной активности. [32]
Из неконвективной стратиформной группы высокоуровневые перисто-слоистые тела включают два вида. Cirrostratus nebulosus имеет довольно размытый вид, лишенный структурных деталей. [75] Cirrostratus fibratus — это вид, состоящий из полуслитых нитей, которые являются переходными к перистым волокнам или от них. [76] Среднеслоистые и многоуровневые нимбослоистые всегда имеют плоский или размытый вид и поэтому не подразделяются на виды. Низкослоистый относится к виду nebulosus [75], за исключением случаев, когда он разбит на рваные листы слоистых изломов (см. ниже). [62] [74] [77]
Усиковидные облака имеют три неконвективных вида, которые могут образовываться в стабильных условиях воздушной массы. Перистые фибратусы состоят из нитей, которые могут быть прямыми, волнистыми или иногда скручиваться под действием сдвига ветра. [76] Вид uncinus похож, но имеет перевернутые крючки на концах. Cirrus spissatus выглядят как непрозрачные пятна со светло-серым оттенком. [74]
Слоисто-кучевые род-типы (перисто-кучевые, высококучевые и слоисто-кучевые), которые появляются в основном в стабильном воздухе с ограниченной конвекцией, имеют по два вида каждый. Виды stratiformis обычно встречаются обширными пластами или небольшими участками, где конвективная активность минимальна. [78] Облака видов lenticleis имеют тенденцию иметь линзообразную форму, суженную на концах. Чаще всего их рассматривают как орографические облака горных волн , но они могут встречаться в любом месте тропосферы, где наблюдается сильный сдвиг ветра в сочетании с достаточной стабильностью воздушной массы для поддержания в целом плоской структуры облаков. Эти два вида можно встретить на верхних, средних или нижних уровнях тропосферы в зависимости от рода или родов слоисто-кучевых форм, присутствующих в любой момент времени. [62] [74] [77]
Видовой фрактус демонстрирует переменную нестабильность, поскольку может представлять собой подразделение родов-типов разных физических форм, имеющих разные характеристики устойчивости. Этот подтип может представлять собой рваные, но преимущественно устойчивые слоистообразные пластины (слоистые разломы) или небольшие рваные кучевые нагромождения с несколько большей нестабильностью (кучевые разломы). [74] [77] [79] Когда облака этого вида связаны с выпадающими облаками систем значительной вертикальной, а иногда и горизонтальной протяженности, они также классифицируются как дополнительные облака под названием паннус (см. раздел о дополнительных характеристиках). [80]
Эти виды являются подразделением типов рода, которые могут встречаться в частично нестабильном воздухе с ограниченной конвекцией . Вид castellanus появляется, когда в основном стабильный слоисто-кучевой или усиковидный слой нарушается локализованными областями нестабильности воздушных масс, обычно утром или днем. Это приводит к образованию вложенных кучевообразных построек, возникающих на едином стратиформном основании. [81] Castellanus напоминает башенки замка, если смотреть сбоку, и его можно найти с слоисто-кучевыми родами на любом уровне высоты тропосферы и с ограниченно-конвективными участками перистых облаков высокого уровня. [82] Тафтинговые облака более отдельных видов флоккусов представляют собой подразделения родовых типов, которые по общей структуре могут быть усиковидными или слоисто-кучевыми. Иногда их можно увидеть с перистыми, перисто-кучевыми, высококучевыми и слоисто-кучевыми облаками. [83]
Недавно признанный вид слоисто-кучевых облаков или высококучевых облаков получил название volutus — рулонное облако, которое может возникать перед кучево-дождевым образованием. [84] Есть некоторые спиральные облака, которые образуются в результате взаимодействия с конкретными географическими объектами, а не с родительским облаком. Возможно, самым странным географически специфичным облаком этого типа является Утренняя Слава , катящееся цилиндрическое облако, которое непредсказуемо появляется над заливом Карпентария в Северной Австралии . В связи с мощной «рябью» в атмосфере по облаку можно «бороздить» самолеты -планеры . [85]
Более общая нестабильность воздушных масс в тропосфере имеет тенденцию образовывать облака более свободно конвективного типа кучевых облаков, виды которых в основном являются индикаторами степени нестабильности атмосферы и, как следствие, вертикального развития облаков. Кучевое облако первоначально формируется на нижних уровнях тропосферы в виде облачка вида humilis , которое демонстрирует лишь незначительное вертикальное развитие. Если воздух становится более нестабильным, облако имеет тенденцию разрастаться вертикально до вида mediocris , а затем до сильно конвективного конгеста , самого высокого вида кучевых облаков [74] , который относится к тому же типу, который Международная организация гражданской авиации называет «высокими кучевыми облаками». [9]
При крайне нестабильных атмосферных условиях большие кучевые облака могут продолжать перерастать в еще более сильные конвективные кучево-дождевые облака (по сути, в очень высокое плотное облако, вызывающее гром), а затем, в конечном итоге, в вид capillatus , когда переохлажденные капли воды на вершине облака превращаются в лед. кристаллы, придающие ему усиковидный вид. [74] [77]
Типы родов и видов далее подразделяются на разновидности , названия которых могут появляться после названия вида, чтобы обеспечить более полное описание облака. Некоторые разновидности облаков не ограничены определенным уровнем высоты или формой и поэтому могут быть общими для более чем одного рода или вида. [86]
Все разновидности облаков относятся к одной из двух основных групп. Одна группа определяет непрозрачность определенных облачных структур низкого и среднего уровня и включает разновидности translucidus (тонкий полупрозрачный), perlucidus (толстый непрозрачный с полупрозрачными или очень маленькими прозрачными разрывами) и opacus (толстый непрозрачный). Эти разновидности всегда можно идентифицировать по родам и видам облаков с переменной непрозрачностью. Все три связаны с видами стратиформных высококучевых и слоисто-кучевых облаков. Однако встречаются только две разновидности: altostratus и stratus nebulosus, однородная структура которых препятствует образованию разновидности perlucidus. Разновидности, основанные на непрозрачности, не применяются к высоким облакам, потому что они всегда полупрозрачны, а в случае перистых списсатусов - всегда непрозрачны. [86] [87]
Вторая группа описывает случайное расположение облачных структур в определенные узоры, которые различимы наблюдателем с поверхности (поля облаков обычно видны только со значительной высоты над образованиями). Эти разновидности не всегда присутствуют вместе с родами и видами, с которыми они иным образом связаны, а появляются только тогда, когда атмосферные условия благоприятствуют их образованию. Разновидности Intortus и vertebratus иногда встречаются с перистыми фибратами. Это соответственно нити, скрученные в неправильную форму, и те, которые расположены в виде рыбьих костей, обычно из-за неравномерных ветровых потоков, которые способствуют образованию этих разновидностей. Разновидность radiatus связана с рядами облаков определенного типа, которые кажутся сходящимися у горизонта. Иногда его можно увидеть с видами перистых облаков fibratus и uncinus, видами высококучевых и слоисто-кучевых слоевообразных, видами кучевых облаков mediocris и иногда humilis, [89] [ ненадежный источник? ] [90] и с родом altostratus. [91]
Другая разновидность, duplicatus (близко расположенные однотипные слои, расположенные один над другим), иногда встречается с перистыми слоями как у fibratus, так и у uncinus, а также с высоко- и слоисто-кучевыми слоями у видов Stratiformis и lenticleis. Разновидность undulatus (имеющая волнистое волнистое основание) может встречаться с любыми облаками видов stratiformis или lenticleis, а также с altostratus. Лишь изредка наблюдается у stratus nebulosus. Разновидность lacunosus вызвана локализованными нисходящими потоками, которые создают круглые отверстия в форме сот или сети. Иногда его можно увидеть с перисто-кучевыми и высококучевыми облаками видов Stratiformis, castellanus и floccus, а также с слоисто-кучевыми облаками видов Stratiformis и castellanus. [86] [87]
Некоторые виды могут одновременно проявлять комбинированные разновидности, особенно если одна разновидность основана на непрозрачности, а другая — на узоре. Примером этого может служить слой высококучевых слоевообразных слоев, расположенных кажущимися сходящимися рядами, разделенными небольшими перерывами. Полное техническое название облака в этой конфигурации будет altocumulus stratiformis radiatus perlucidus , что будет обозначать соответственно его род, вид и две комбинированные разновидности. [77] [86] [87]
Дополнительные особенности и дополнительные облака не являются дальнейшими подразделениями типов облаков ниже уровня видов и разновидностей. Скорее, это либо гидрометеоры , либо особые типы облаков со своими латинскими названиями, образующиеся в связи с определенными родами, видами и разновидностями облаков. [77] [87] Дополнительные характеристики, будь то в виде облаков или осадков, непосредственно привязаны к основному роду-облаку. Вспомогательные облака, напротив, обычно отделяются от основного облака. [92]
Одна группа дополнительных особенностей — это не настоящие облачные образования, а осадки, которые выпадают, когда капли воды или кристаллы льда, составляющие видимые облака, становятся слишком тяжелыми, чтобы оставаться в воздухе. Вирга - это особенность, наблюдаемая в облаках, производящих осадки, которые испаряются, не достигая земли; они относятся к родам перисто-кучевых, высококучевых, высокослоистых, нимбослоистых, слоисто-кучевых, кучевых и кучево-дождевых. [92]
Когда осадки достигают земли, не испаряясь полностью, это называется особенностью precipitatio . [93] Обычно это происходит с altostratus opacus, который может давать обширные, но обычно легкие осадки, а также с более толстыми облаками, которые демонстрируют значительное вертикальное развитие. Из последних растущие вверх кучевые облака дают лишь отдельные легкие ливни, в то время как растущие вниз слоисто-дождевые облака способны выдавать более сильные и обильные осадки. Высокие вертикальные облака обладают наибольшей способностью вызывать интенсивные осадки, но они имеют тенденцию быть локализованными, если не организованы вдоль быстро движущихся холодных фронтов. Из кучевых облаков могут выпадать ливни умеренной и сильной интенсивности. Кучево-дождевые облака, самые крупные из всех родов облаков, способны вызывать очень сильные ливни. Низкослоистые облака обычно дают только небольшие осадки, но это всегда происходит как особенность preecipitatio из-за того, что этот род облаков лежит слишком близко к земле, чтобы обеспечить образование вирги. [77] [87] [92]
Наковальня - наиболее типоспецифичный дополнительный признак, наблюдаемый только у кучево-дождевых облаков вида capillatus. Верхняя часть кучево-дождевого облака растянулась в четкую форму наковальни в результате воздействия восходящих воздушных потоков на слой стабильности в тропопаузе, где воздух больше не становится холоднее с увеличением высоты. [94]
Особенность маммы образуется у оснований облаков в виде обращенных вниз пузыреобразных выступов, вызванных локализованными нисходящими потоками внутри облака . Его также иногда называют mammatus , более ранняя версия термина, использовавшаяся до стандартизации латинской номенклатуры, проведенной Всемирной метеорологической организацией в 20 веке. Наиболее известными являются кучево-дождевые облака с сосцевидными сосочками , но особенность сосцевидных сосков также иногда наблюдается при перистых, перисто-кучевых, высококучевых, высокослоистых и слоисто-кучевых облаках. [92]
Особенностью тубы является столб облаков, который может свисать со дна кучевых или кучево-дождевых облаков. Вновь сформированная или плохо организованная колонна может быть сравнительно безобидной, но может быстро превратиться в воронкообразное облако или торнадо. [92] [95] [96]
Особенностью дуги является рулонное облако с рваными краями, прикрепленное к нижней передней части густых кучевых или кучево-дождевых облаков, образующееся вдоль передней кромки линии шквала или грозового истечения. [97] Большое дугообразное образование может иметь вид темной угрожающей арки. [92]
Несколько новых дополнительных функций были официально признаны Всемирной метеорологической организацией (ВМО). Колебание особенностей может формироваться в условиях сильного сдвига атмосферного ветра, когда слоисто-кучевое, высококучевое или перистое облако распадается на регулярно расположенные гребни. Этот вариант иногда неофициально называют облаком Кельвина-Гельмгольца (волновое) . Это явление также наблюдалось в облачных образованиях над другими планетами и даже в атмосфере Солнца. [98] Еще одна сильно нарушенная, но более хаотичная волнообразная особенность облаков, связанная со слоисто-кучевыми или высококучевыми облаками, получила латинское название asperitas . Дополнительным признаком полости является круглая полоса падения, которая иногда образуется в тонком слое переохлажденных высококучевых или перисто-кучевых облаков. Под лункой обычно видны осенние полосы, состоящие из вирги или пучков перистых облаков, когда кристаллы льда падают на меньшую высоту. Отверстия этого типа обычно больше, чем типичные отверстия лакуноза. Особенностью Муруса является кучево-дождевое настенное облако с опускающейся вращающейся нижней частью, что может привести к развитию торнадо. Особенностью хвоста является хвостовое облако, которое простирается горизонтально от облака Муруса и является результатом поступления воздуха в шторм. [84]
Дополнительные облачные образования, отделившиеся от основного облака, известны как дополнительные облака . [77] [87] [92] Более тяжелые осаждающиеся облака, нимбослоистые, высокие кучевые облака (кучевые облака) и кучево-дождевые облака обычно наблюдают за образованием в осадках паннусного элемента , низких рваных облаков родов и видов кучевых фрактусов или слоистых фрактусов. [80]
К группе акцессорных облаков относятся образования, связанные главным образом с растущими вверх кучево- и кучево-дождевыми облаками свободной конвекции. Шпилеус — это шапочное облако, которое может образовываться над кучево-дождевым или большим кучевым облаком, [99] тогда как велум представляет собой тонкий горизонтальный слой, который иногда образует фартук вокруг середины или перед родительским облаком. [92] Вспомогательное облако, недавно официально признанное Всемирной метеорологической организацией, — это люмен , также более неофициально известный как бобровый хвост . Он образуется в результате теплого и влажного притока суперячеистой грозы, и его можно принять за торнадо. Хотя люмен может указывать на опасность торнадо, по внешнему виду он похож на паннус или облака -порывы и не вращается. [84]
Облака первоначально образуются в ясном воздухе или превращаются в облака, когда туман поднимается над уровнем поверхности. Род вновь образовавшегося облака определяется главным образом характеристиками воздушных масс, такими как стабильность и влажность. Если эти характеристики изменяются с течением времени, род имеет тенденцию меняться соответствующим образом. Когда это происходит, исходный род называется материнским облаком . Если материнское облако сохраняет большую часть своей первоначальной формы после появления нового рода, его называют генитальным облаком . Одним из примеров этого является слоисто-кучевое облако , слоисто-кучевое облако, образующееся в результате частичного распространения кучевого типа при потере конвективной подъемной силы. Если материнское облако претерпевает полную смену рода, оно считается мутировавшим облаком. [100]
Категории genitus и mutatus были расширены и теперь включают в себя определенные типы, которые не происходят из ранее существовавших облаков. Термин flammagenitus (на латыни «созданный огнем») применяется к густым кучевым облакам или кучево-дождевым облакам, которые образуются в результате крупномасштабных пожаров или извержений вулканов. Меньшие по размеру низкоуровневые «пирокучевые» или «фумулюсные» облака, образовавшиеся в результате сдерживаемой промышленной деятельности, теперь классифицируются как кучевые гомогенитус (лат. «искусственные»). Инверсионные следы , образующиеся от выхлопов самолетов, летающих в верхних слоях тропосферы, могут сохраняться и распространяться в образования, напоминающие перистые облака, которые обозначаются как гомогенные перистые облака . Если облако перистых облаков полностью переходит в любой из родов высокого уровня, их называют перистыми, перисто-слоистыми или перисто-кучевыми гомомутатусами . Stratus cataractagenitus (лат. «созданный катарактой») образуются в результате брызг водопадов. Silvagenitus (лат. «созданный лесом») — это слоистое облако, которое образуется при добавлении водяного пара в воздух над пологом леса. [100]
Иногда определенные атмосферные процессы приводят к тому, что облака образуют узоры, которые могут покрывать большие площади. Эти закономерности обычно трудно идентифицировать с уровня поверхности, и их лучше всего увидеть с самолета или космического корабля.
Слоисто-кучевые облака могут быть организованы в «поля», которые принимают определенные специально классифицированные формы и характеристики. В целом эти поля более различимы с больших высот, чем с уровня земли. Их часто можно встретить в следующих формах:
Эти узоры образуются в результате явления, известного как вихрь Кармана , названного в честь инженера и специалиста по гидродинамике Теодора фон Кармана . [103] Переносимые ветром облака, обычно высококучевые или перистые облака высокого уровня, могут образовывать параллельные ряды, повторяющие направление ветра. Когда ветер и облака сталкиваются с высотными объектами суши, такими как вертикально выступающие острова, они могут образовывать водовороты вокруг высоких массивов суши, которые придают облакам искривленный вид. [104]
Хотя на местное распределение облаков может существенно влиять топография, глобальная распространенность облачного покрова в тропосфере имеет тенденцию больше варьироваться в зависимости от широты . Он наиболее распространен в зонах низкого давления приземной тропосферной конвергенции, которые окружают Землю вблизи экватора и вблизи 50-й параллели в северном и южном полушариях . [107] Все процессы адиабатического охлаждения, которые приводят к созданию облаков с помощью подъемных агентов, связаны с конвергенцией; процесс, включающий горизонтальный приток и накопление воздуха в заданном месте, а также скорость, с которой это происходит. [108] Вблизи экватора повышенная облачность обусловлена наличием внутритропической зоны конвергенции низкого давления (ITCZ), где очень теплый и нестабильный воздух способствует образованию в основном кучево-дождевых и кучево-дождевых облаков. [109] Вдоль зон конвергенции средних широт могут образовываться облака практически любого типа в зависимости от стабильности и влажности воздуха. Эти внетропические зоны конвергенции заняты полярными фронтами , где воздушные массы полярного происхождения встречаются и сталкиваются с воздушными массами тропического или субтропического происхождения. [110] Это приводит к формированию погодных внетропических циклонов , состоящих из облачных систем, которые могут быть стабильными или нестабильными в разной степени в зависимости от характеристик стабильности различных воздушных масс, находящихся в конфликте. [111]
Дивергенция является противоположностью конвергенции. В тропосфере Земли это включает горизонтальный истечение воздуха из верхней части восходящего столба воздуха или из нижней части опускающегося столба, часто связанного с областью или хребтом высокого давления. [108] Облачность, как правило, меньше всего распространена вблизи полюсов и в субтропиках, вблизи 30-й параллели, на севере и юге. Последние иногда называют конскими широтами . Наличие крупномасштабного субтропического хребта высокого давления по обе стороны экватора снижает облачность в этих низких широтах. [112] Подобные закономерности наблюдаются и в более высоких широтах обоих полушарий. [113]
Яркость облака определяется тем, как свет отражается, рассеивается и передается частицами облака. На его яркость также может влиять наличие дымки или фотометеоров, таких как ореолы и радуги. [114] В тропосфере плотные глубокие облака обладают высокой отражательной способностью (70–95%) во всем видимом спектре . Крошечные частицы воды плотно упакованы, и солнечный свет не может проникнуть далеко в облако, прежде чем он отразится, придавая облаку характерный белый цвет, особенно если смотреть сверху. [115] Капли облаков имеют тенденцию эффективно рассеивать свет, поэтому интенсивность солнечного излучения уменьшается с глубиной в газах. В результате нижняя граница облака может варьироваться от очень светлого до очень темно-серого цвета в зависимости от толщины облака и того, сколько света отражается или передается обратно наблюдателю. Высокие тонкие тропосферные облака отражают меньше света из-за сравнительно низкой концентрации составляющих их кристаллов льда или капель переохлажденной воды, что приводит к слегка не совсем белому виду. Однако густое плотное облако ледяных кристаллов кажется ярко-белым с ярко выраженным серым оттенком из-за его большей отражательной способности. [114]
По мере созревания тропосферного облака плотные капли воды могут объединяться, образуя более крупные капли. Если капли станут слишком большими и тяжелыми, чтобы их можно было удержать в воздухе за счет циркуляции воздуха, они выпадут из облака в виде дождя . В результате этого процесса накопления пространство между каплями становится все больше, позволяя свету проникать дальше в облако. Если облако достаточно велико и капли внутри него расположены достаточно далеко друг от друга, часть света, попадающего в облако, не отражается обратно, а поглощается, придавая облаку более темный вид. Простой пример: во время сильного дождя можно видеть дальше, чем в густой туман. Этот процесс отражения / поглощения является причиной изменения цвета облаков от белого до черного. [116]
Яркую окраску облаков можно увидеть на любой высоте, при этом цвет облака обычно совпадает с цветом падающего света. [117] В дневное время, когда солнце находится относительно высоко в небе, тропосферные облака обычно кажутся ярко-белыми сверху и различными оттенками серого внизу. Тонкие облака могут выглядеть белыми или приобретать цвет окружающей среды или фона. Красные, оранжевые и розовые облака почти полностью возникают на восходе/закате Солнца и являются результатом рассеяния солнечного света атмосферой. Когда Солнце находится чуть ниже горизонта, нижние облака имеют серый цвет, средние облака кажутся розовыми, а высокие облака — белыми или почти белыми. Облака ночью черные или темно-серые на безлунном небе или беловатые при освещении Луной. Они также могут отражать цвета больших пожаров, городских огней или северного сияния, которые могут присутствовать. [117]
Кучево-дождевое облако, имеющее зеленоватый или голубоватый оттенок, является признаком того, что оно содержит чрезвычайно большое количество воды; град или дождь, которые рассеивают свет таким образом, что облака приобретают синий цвет. Зеленая окраска возникает в основном в конце дня, когда солнце находится сравнительно низко в небе и падающий солнечный свет имеет красноватый оттенок, который кажется зеленым при освещении очень высокого голубоватого облака. Штормы типа суперячейки, скорее всего, будут характеризоваться этим, но так может проявляться любой шторм. Подобная окраска не указывает прямо на то, что это сильная гроза, а лишь подтверждает ее потенциал. Поскольку зелено-синий оттенок означает обильное количество воды, сильный восходящий поток, поддерживающий ее, сильный ветер от штормового дождя и мокрый град; Из этого можно вывести все элементы, повышающие вероятность того, что заболевание станет тяжелым. Кроме того, чем сильнее восходящий поток, тем больше вероятность того, что шторм подвергнется торнадогенезу и вызовет сильный град и сильный ветер. [118]
Желтоватые облака можно увидеть в тропосфере с конца весны до начала осени во время сезона лесных пожаров . Желтый цвет обусловлен наличием в дыме загрязняющих веществ. Желтоватые облака вызваны присутствием диоксида азота и иногда наблюдаются в городских районах с высоким уровнем загрязнения воздуха. [119]
Тропосферные облака оказывают многочисленные влияния на тропосферу и климат Земли. Прежде всего, они являются источником осадков, тем самым сильно влияя на распределение и количество осадков. Из-за их дифференциальной плавучести по отношению к окружающему безоблачному воздуху облака могут быть связаны с вертикальными движениями воздуха, которые могут быть конвективными, фронтальными или циклоническими. Если облака менее плотные, движение вверх, поскольку конденсация водяного пара выделяет тепло, нагревая воздух и тем самым уменьшая его плотность. Это может привести к движению вниз, поскольку подъем воздуха приводит к охлаждению, что увеличивает его плотность. Все эти эффекты тонко зависят от вертикальной температуры и структуры влажности атмосферы и приводят к значительному перераспределению тепла, которое влияет на климат Земли. [120]
Сложность и разнообразие облаков в тропосфере является основной причиной трудностей количественной оценки воздействия облаков на климат и его изменение. С одной стороны, верхушки белых облаков способствуют охлаждению поверхности Земли, отражая коротковолновое излучение (видимое и ближнее инфракрасное) от Солнца, уменьшая количество солнечной радиации, поглощаемой поверхностью, увеличивая альбедо Земли . Большая часть солнечного света, достигающего земли, поглощается, нагревая поверхность, которая излучает излучение вверх в более длинных, инфракрасных длинах волн. Однако на этих длинах волн вода в облаках действует как эффективный поглотитель. Вода реагирует излучением, в том числе в инфракрасном диапазоне, как вверх, так и вниз, а нисходящее длинноволновое излучение приводит к усилению нагревания на поверхности. Это аналогично парниковому эффекту парниковых газов и водяного пара . [120]
Родовые типы высокого уровня особенно демонстрируют эту двойственность как с коротковолновым охлаждением альбедо, так и с эффектом длинноволнового парникового потепления. В целом, ледяные облака в верхней тропосфере (перистые облака) способствуют общему потеплению. [121] [122] Однако охлаждающий эффект преобладает в облаках среднего и низкого уровня, особенно когда они формируются обширными слоями. [121] Измерения НАСА показывают, что в целом воздействие облаков низкого и среднего уровня, которые способствуют похолоданию, перевешивает эффекты потепления верхних слоев и переменные последствия, связанные с вертикально развитыми облаками. [121]
Как бы трудно ни было оценить влияние нынешних облаков на текущий климат, еще более проблематично предсказать изменения в структуре и свойствах облаков в будущем, более теплом климате, и, как следствие, влияние облаков на будущий климат. В более теплом климате больше воды попадет в атмосферу за счет испарения с поверхности; поскольку облака образуются из водяного пара, ожидается, что облачность увеличится. Но в более теплом климате более высокие температуры будут способствовать испарению облаков. [123] Оба эти утверждения считаются точными, и оба явления, известные как обратная связь облаков, обнаруживаются в расчетах климатических моделей. Вообще говоря, если количество облаков, особенно низких, увеличивается в более теплом климате, возникающий в результате охлаждающий эффект приводит к отрицательной обратной связи в реакции климата на увеличение выбросов парниковых газов. Но если низкая облачность уменьшается или увеличивается, обратная связь положительна. Различное количество этих обратных связей является основной причиной различий в чувствительности климата современных моделей глобального климата. Как следствие, многие исследования были сосредоточены на реакции низких и вертикальных облаков на изменение климата. Однако ведущие глобальные модели дают совершенно разные результаты: некоторые показывают увеличение низкой облачности, а другие — уменьшение. [124] [125] По этим причинам роль тропосферных облаков в регулировании погоды и климата остается ведущим источником неопределенности в прогнозах глобального потепления . [126] [127]
Полярные стратосферные облака (PSC) находятся в самой нижней части стратосферы. Над тропосферой влаги мало, поэтому перламутровые и неперламутровые облака в этом диапазоне высот зимой ограничиваются полярными регионами, где и когда воздух самый холодный. [8]
PSC демонстрируют некоторые различия в структуре в зависимости от их химического состава и атмосферных условий, но ограничены одним очень большим диапазоном высот около 15 000–25 000 м (49 200–82 000 футов). Соответственно, они классифицируются как отдельный тип без дифференцированных уровни высоты, типы родов, виды или разновидности. Не существует латинской номенклатуры наподобие тропосферных облаков, а есть описательные названия нескольких общих форм на общеупотребительном английском языке. [8]
Переохлажденные PSC азотной кислоты и воды, иногда называемые типом 1, обычно имеют слоистый вид, напоминающий перисто-слоистые образования или дымку, но поскольку они не заморожены в кристаллы, они не имеют пастельных цветов перламутровых типов. Этот тип PSC был идентифицирован как причина разрушения озона в стратосфере. [128] Замороженные перламутровые типы обычно очень тонкие, имеют перламутровую окраску и имеют волнообразный усиковидный или двояковыпуклый (слоисто-кучевой) вид. Их иногда называют типом 2. [129] [130]
Серебристые облака являются самыми высокими в атмосфере и находятся вблизи верхней части мезосферы на высоте примерно от 80 до 85 км (от 50 до 53 миль), что примерно в десять раз превышает высоту высоких облаков тропосферы. [131] Им дано это латинское название из-за их освещения задолго до захода солнца и перед восходом солнца. Обычно они имеют голубоватую или серебристо-белую окраску, которая может напоминать ярко освещенные перистые перья. Серебристые облака иногда могут приобретать красный или оранжевый оттенок. [8] Они недостаточно распространены и не настолько широко распространены, чтобы оказывать существенное влияние на климат. [132] Однако увеличение частоты появления серебристых облаков с 19 века может быть результатом изменения климата. [133]
Продолжающиеся исследования показывают, что конвективный подъем в мезосфере во время полярного лета достаточно силен , чтобы вызвать адиабатическое охлаждение небольшого количества водяного пара до точки насыщения. Это имеет тенденцию вызывать самые низкие температуры во всей атмосфере чуть ниже мезопаузы. [132] Есть свидетельства того, что частицы дыма от сгоревших метеоров обеспечивают большую часть ядер конденсации, необходимых для формирования серебристого облака. [134]
Серебристые облака делятся на четыре основных типа в зависимости от физической структуры и внешнего вида. Покровы типа I очень тонкие и не имеют четко выраженной структуры, что-то вроде перисто-слоистых или плохо выраженных перистых перистых волос. [135] Полосы типа II представляют собой длинные полосы, которые часто встречаются группами, расположенными примерно параллельно друг другу. Обычно они расположены более широко, чем полосы или элементы, наблюдаемые в перисто-кучевых облаках. [136] Волны типа III представляют собой расположенные близко друг к другу, примерно параллельные короткие полосы, которые в основном напоминают перистые. [137] Вихри IV типа представляют собой частичные или, реже, полные кольца облаков с темными центрами. [138]
Распределение в мезосфере аналогично стратосфере, за исключением гораздо больших высот. Из-за необходимости максимального охлаждения водяного пара для образования серебристых облаков их распространение обычно ограничивается полярными регионами Земли. Наблюдения редки на расстоянии более 45 градусов к югу от северного полюса или к северу от южного полюса. [8]
Облачный покров наблюдался на большинстве других планет Солнечной системы . Плотные облака Венеры состоят из диоксида серы (из-за вулканической активности) и кажутся почти полностью слоистыми. [139] Они расположены в трех основных слоях на высоте от 45 до 65 км, которые затеняют поверхность планеты и могут производить виргу . Никаких вложенных кучевых типов не обнаружено, но в верхнем слое иногда можно увидеть разорванные слоисто-кучевые волновые образования, под которыми обнаруживаются более сплошные слои облаков. [140] На Марсе серебристые, перистые, перисто-кучевые и слоисто-кучевые облака, состоящие из водяного льда, были обнаружены в основном вблизи полюсов. [141] [142] На Марсе также были обнаружены водно-ледяные туманы. [143]
И Юпитер , и Сатурн имеют внешний слой облаков усиковидной формы, состоящий из аммиака, [144] [145] промежуточный слоеный слой туманных облаков, состоящий из гидросульфида аммония , и внутренний слой из кучевых водяных облаков. [146] [147] Известно, что кучево-дождевые облака существуют вблизи Большого Красного Пятна на Юпитере . [148] [149] Те же типы категорий можно найти на Уране и Нептуне , но все они состоят из метана . [150] [151] [152] [153] На спутнике Сатурна Титане есть перистые облака, которые, как полагают, состоят в основном из метана. [154] [155] Миссия « Кассини -Гюйгенс» на Сатурне обнаружила свидетельства существования полярных стратосферных облаков [156] и цикла метана на Титане, включая озера возле полюсов и речные каналы на поверхности Луны. [157]
Известно, что некоторые планеты за пределами Солнечной системы имеют атмосферные облака. В октябре 2013 г. было объявлено об обнаружении высотных оптически толстых облаков в атмосфере экзопланеты Кеплер -7b [158] [159] , а в декабре 2013 г. - в атмосферах GJ 436 b и GJ 1214 b . [160] [161] [162] [163]
Облака играют важную мифическую или ненаучную роль в различных культурах и религиозных традициях. Древние аккадцы считали, что облака (в метеорологии, вероятно, дополнительный признак mamma ) — это грудь богини неба Анту [165] и что дождь — это молоко из ее груди. [165] В Исходе 13:21–22 Яхве описывается как ведущий израильтян через пустыню в форме « столпа облачного » днем и « столпа огненного » ночью. [164] В мандеизме утры (небесные существа) также иногда упоминаются как находящиеся в анане («облаках»; например, в книге 17 Райт Гиндза , глава 1), что также можно интерпретировать как супругов женского пола. [166]
В древнегреческой комедии «Облака» , написанной Аристофаном и впервые исполненной в городе Дионисии в 423 году до нашей эры, философ Сократ заявляет, что Облака — единственные истинные божества [167] и велит главному герою Стрепсиаду не поклоняться никаким божествам, кроме Облакам, но и воздать должное только им. [167] В пьесе Облака меняют форму, раскрывая истинную природу того, кто на них смотрит, [168] [167] [169] превращаясь в кентавров при виде длинноволосого политика, в волков при виде казнокрад Симон, олени при виде труса Клеонима и смертные женщины при виде женоподобного доносчика Клисфена . [168] [169] [167] Их называют источником вдохновения для комических поэтов и философов; [167] они мастера риторики , считая красноречие и софистику своими «друзьями». [167]
В Китае облака являются символами удачи и счастья. [170] Считается, что перекрывающиеся облака (в метеорологии, вероятно, двойные облака ) подразумевают вечное счастье, [170] а облака разных цветов, как говорят, указывают на «умноженные благословения». [170]
Неофициальное наблюдение за облаками или созерцание облаков — популярное занятие, включающее наблюдение за облаками и поиск в них форм, разновидность парейдолии . [171] [172]
Определения из Викисловаря
СМИ из Commons
Новости из Викиновостей
Цитаты из Wikiquote
Тексты из Wikisource
Учебники из Wikibooks
Ресурсы из Викиверситета
