Почему облака белые, а тучи серые?

Почему облака белые, а тучи серые?

Цвет напрямую зависит от количества жидкости и ее плотности на единицу объема. Когда солнечные лучи попадают на облако, свет отражается от водных частиц в разные стороны, и его часть задерживается, не доходя до земли. Это отчетливо можно наблюдать, когда облако закрывает Солнце, и под ним появляется тень.

Цвет облачных скоплений напрямую зависит от количества частиц, встречающихся на пути солнечных лучей к земле. Чем их больше, тем больше света задерживается и поглощается, соответственно, в этом месте проступает серая область.

У туч на единицу объема приходится большое количество крупных частиц, которые сильно препятствуют прохождению света. Из-за этого вся ее область кажется не белой, а серой.

Облака поглощают солнечные лучи, не давая им в полном объеме доходить до земли. Чем выше в них плотность скопления водных частиц на единицу объема, тем темнее выглядит облако, поскольку задерживает больше света. У туч плотность слишком высока, и они пропускают сквозь себя мало лучей, из-за чего кажутся серыми.

Как формируется облако

Процесс образования облака можно свести к четырем основным моментам. Сначала происходит испарение влаги с поверхности земли, растений или водоемов. Влага поступает в воздух в виде водяного пара. Дальше этот воздух поднимается вверх. Поднимаясь, он расширяется и при этом охлаждается. Когда достигается определенная температура, начинается обратный процесс конденсации. Образуются капельки воды, и формируется облако. Температура, при которой происходит конденсация, зависит от двух причин: сколько влаги изначально содержится в воздухе и какова начальная температура воздуха, до того как он начал подниматься.

Испарение и конденсация везде одинаковы. Это физические процессы, изменение фазового состояния. А вот подъем воздуха в атмосфере может происходить совершенно по-разному, поэтому образуются облака разных видов и размеров.

Photo by Ricardo Gomez Angel

Лёд и вода холодных облаков

По существующей в ЦАО традиции, объектом исследований стали облака
слоистых форм, которые преобладают на небосводе, живут дольше всего
(часы и сутки) и дают большинство всех осадков в наших широтах. Специально оборудованные самолёты Ил-18Д пересекли примерно 350 отдельных облаков с температурами от 0°С до минус 55°С при суммарной протяжённости полётов в облаках около 20 тысяч километров.


Рис. 2. А эта диаграмма построена в конце XX века на основании точных измерений

Полученные данные привели в смятение даже опытных специалистов: оказалось,
что почти все холодные облака содержат одновременно и воду,
и лёд, то есть принадлежат к числу смешанных. Тщательный
анализ позволил выделить три базовых типа их фазово-дисперсной структуры (рис. 2).

Те холодные облака, которые традиционно считаются чисто водяными,
на самом деле содержат ледяные частицы с размерами менее
20 мкм, не различимые современными стандартными методами.
Их мы отнесли к структурному типу C1. Неотъемлемый
атрибут микроструктуры двух других типов смешанных облаков, C2 и C3, — ледяные кристаллы, размер которых бывает существенно больше не только 20 мкм, но и 200 мкм; вот почему их легко обнаружить. По этому признаку объединим облака типов C2 и C3 под термином «льдосодержащие облака» (ЛСО).
Разница между двумя типами ЛСО состоит в том, что только
в структуре C2 приборы обнаруживают частицы с размерами
менее 20 мкм. Все эти структуры могут перемежаться
в одном и том же облаке, а переходные формы между
ними занимают малую часть пространства.

Аппаратура и методика исследований

Исследования выполнены с помощью разработанного в ЦАО самолётного приборного комплекса, который был создан к концу 1980-х годов и до сих пор остаётся уникальным по функциональным возможностям и техническим характеристикам (к сожалению, ныне он бездействует в связи с ликвидацией спецотряда исследовательских самолётов).
Входящие в комплекс приборы могут непрерывно измерять целый набор
облачных характеристик на трассе полёта. Важнейшие из них
таковы:

— фазовый состав, концентрация и спектр размеров облачных частиц от 20 до 200 мкм; всё это устанавливают по поляризационным и амплитудным эффектам рассеяния света индивидуальными частицами;

— концентрация и спектр размеров частиц крупнее 200 мкм (теневой оптический метод);

— водность (массу конденсированной воды в кубометре воздуха)
жидкой и ледяной дисперсных фаз по отдельности находят
по теплоте испарения облачной воды, осевшей из встречного
потока на горячие тела специальной формы;

— оптическая плотность облачной среды, которую измеряют по ослаблению искусственного светового потока.

Такой набор параметров позволил разными методами (а это снижает возможность ошибки)
получить одни и те же наиболее важные результаты,
в частности определить наличие в облаке каждой
из дисперсных фаз. С их помощью возможно также
оценить характеристики облаков, не охваченные прямыми измерениями,
например средний размер облачных капель. В некоторых случаях
удаётся по измеренным спектрам размеров частиц рассчитать значения
интегральных параметров — водности и оптической плотности,
чтобы сравнить их с непосредственно измеренными величинами.

На небосводе
облака структуры C2 выглядят плотными, непрозрачными
и по виду мало отличаются от тёплых облаков
и облаков структуры C1. Структура C3 обычно представлена
полупрозрачными или совсем слабыми облачными слоями, которые
расположены на самых больших высотах и далеко не всегда
видимы с Земли сквозь нижележащие плотные облака. Смешанные облака типа C2 — это наиболее вероятный источник осадков в виде дождя либо снегопада, в зависимости от приземной температуры.

Изучение ЛСО дало очередной удивительный результат. Оказалось, что
вопреки правилу Бержерона — Финдайзена жидкие капли в них
не только сохранились, но и увеличились в размерах
более чем на порядок, до сотен микрон в диаметре! Кстати,
сферические частицы с размерами от десятков до сотен
микрон замечали в ЛСО и прежде. Они, как правило,
присутствовали в пробах облачных частиц как в обособленном
виде (непонятно, в жидкой или ледяной фазе), так и в виде примёрзших к ледяным кристаллам шариков. Однако эти факты почему-то никто не признавал закономерными и тем самым заслуживающими серьёзного внимания.

Виды облаков

Выделяют 10 основных родов или видов облаков, которые отличаются внешним видом, формой и другими параметрами.

Кучевые облака

Отличаются плотностью, ярко-белым оттенком. Развиты в вертикальном направлении. В верхней части имеют круглые очертания. Формируются, как правило, в нейтральных либо холодных воздушных массах. Толщина – 1-2 или 3-5 км.

Кучевое облако

Слоистые облака

По структуре напоминают туман за счет однородности, но занимают высоту 100-400 м. Чаще всего затягивают небо полностью, иногда наблюдаются разрывы. Средняя толщина – десятки, сотни метров.

Слоистые облака

Слоисто-кучевые облака

Отличаются серым оттенком и состоят, в основном, из воды. Могут быть представлены в виде сплошной массы либо волн, разделенных лучами солнца. Толщина – 200-800 м.

Слоисто-кучевые облака

Высокослоистые облака

Внешне напоминают пелену серого цвета, иногда с синеватым оттенком. Могут иметь однородную или маловыраженную структуру. В составе преобладают кристаллы, охлажденные капли.

Высокослоистые облака

Высококучевые облака

Характерны для теплого времени года. Могут иметь белый, серый, синий оттенок. Принимают форму пластин, разорванных хлопьев, между которыми просвечивают лучи солнца. В высоту простираются на несколько сотен метров. Иногда превращаются в мощные кучевые.

Высококучевые облака

Перистые облака

Многочисленные перистообразные элементы (нити, клочья, гряды), вытянутой формы. Отличаются волокнистой структурой и возможным наличием шелковистого блеска. Располагаются на большой высоте и состоят из кристаллов.

Перистые облака

Преобладают кристаллы крупного размера, которые заметно падают вниз. Поэтому перистым облакам свойственна значительная вертикальная протяженность и неровное направление нитей.

Перисто-кучевые облака

Имеют шаровидную вытянутую форму, встречаются на высоте от 6 км. Характерной особенностью является отсутствие теней. Также возможно окрашивание краев в виде радуги. Сформированы из кристаллов.

Перисто-кучевые облака

Перисто-слоистые облака

Представлены в виде пелены белого оттенка с однородной структурой. Хорошо просвечиваются солнечными и лунными лучами. Могут быть туманообразными или волокнистыми.

Перисто-слоистые облака
Интересный факт: при участии перисто-слоистых облаков часто возникает явление под названием гало или ореол. Это атмосферное явление оптического характера, которое являет собой свечение вокруг источника света. Оно возникает благодаря тому, что лучи света, проходя сквозь облако, преломляются кристаллами. Гало чаще принимает форму круга, полукруга, столба света и др.
Эффект гало

Слоисто-дождевые облака

Цельный слой темно-серого оттенка. В толщину достигают нескольких километров. В период выпадения осадков кажутся однородными. В перерывах становятся неоднородными.

Слоисто-дождевые облака

Кучево-дождевые облака

Отличаются плотностью, вертикальным развитием, обильными осадками с грозой, градом. Формируются из крупных кучевых облаков. Могут собираться в протяженную линию – линию шквалов.

Кучево-дождевые облака, предвещающие шквалы

Награды и номинации

  • Приз «За разрушение барьера между фильмами для избранных и кино для всех» на первом кинофестивале «Кинотавр» в 1991 году.
  • Приз «Золотой Овен» 1992 года.
  • «Серебряный леопард» специальный большой приз жюри и вторая премия города Локарно, приз экуменического жюри, приз молодёжного жюри, приз Международной конфедерации экспериментального кино в Локарно в 1991 году.
  • Гран-при II MFEC (Франция).
  • Специальный приз жюри актёрскому составу кинофестиваля молодых актёров в Женеве, 1991.
  • По опросу кинокритиков и журналистов признан лучшим фильмом года, роль Андрея Жигалова — лучшей мужской ролью.

Какие бывают облака?

Красивые белые горы, плывущие по ярко-голубому небу, всегда радуют глаз. Но почему они кажутся именно такими?
Оказывается, чем больше солнечного света проходит сквозь облака, тем белее они кажутся нам с Земли. Серое пасмурное небо означает только то, что облачный слой очень плотный и лучи солнца сквозь него практически не проходят. А вот чёрные тучи чаще всего просто содержат много пыли. Облачные образования такого цвета часто появляются опять же над промышленными районами, где загрязнение воздуха наиболее сильное.

Но облака различаются не только по цвету, но и по форме. Общепринятое название облаков, как правило, и описывает их внешний вид. Хотя учёные и придумали очень сложную классификацию облачности, чётко можно выделить только три вида облаков.

Кучевые облака

Именно этот вид скопления водяных паров в небе мы чаще всего и называем облаками. Это те самые ослепительно белые громадины, плавно меняющие свою форму. Именно за ними люди любят наблюдать, представляя, на кого они похожи. Такая облачность совершенно не напрягает. И это не удивительно, ведь кучевые облака – спутники хорошей погоды.

Однако именно этот вид облаков периодически превращается в тучи, которые учёные так и называют кучево-дождевые облака. Из чего состоит туча? Собственно из того же, что и все облака. Как правило, её нижние слои представляют собой капельки воды. А вот верхняя часть дождевых облаков состоит из ледяных кристалликов. Из-за этой многослойности высота туч может быть очень большой, достигая иногда 10 км.

Слоистые облака

Слоистые облака уже не так прекрасны. Чаще всего они серого цвета самых разных оттенков. Такие облака достаточно плотны и состоят исключительно из готовых к падению на Землю капель. Плавают они не так уж и высоко над поверхностью. В этом случае высота облаков над землей примерно 1-2 км.


Если небо покрыли слоистые облака вперемешку с кучевыми, то ничего страшно – погода вряд ли испортится. Такой вид облачности часто ещё называют слоисто-кучевые облака. Кстати, именно подобный вид облаков предстаёт перед мысленным взором, когда нужно ответить на вопрос: «Что такое облачность?». А вот сплошное серое покрывало всегда наводит на мысль о долгом и нудном дожде.

Перистые облака

А этот вид облаков располагается достаточно высоко. Их можно наблюдать примерно на семи километровой высоте. Похожи они на барашки или размазанные в небе мазки масляной краски.

Такая облачность говорит о скорой перемене погоды не в лучшую сторону. Кстати, наиболее фотогеничны именно перистые облака. Фото, на которых они присутствуют, выглядят невероятно эффектно.

Что такое облако

Тот, кто летал на самолете, наверняка «проходил» сквозь облако и заметил, что оно похоже на туман, только находится он не прямо над землей, а высоко в небе. Сравнение вполне логичное, ведь и то, и другое представляет собой обычный пар. А он, в свою очередь, состоит из микроскопических капелек воды. Откуда же они берутся?

Эта вода поднимается в воздух в результате испарения с поверхности земли и водоемов. Поэтому наибольшее скопление облаков наблюдается над морями. За год с их поверхности испаряется около 400 тысяч кубических километров, что в 4 раза превышает аналогичный показатель суши.

Какие бывают? Все зависит от состояния воды, которая их образует. Она может быть газообразной, жидкой или твердой. Может показаться удивительным, но некоторые облака действительно состоят из льдинок.

Мы уже выяснили, что облака образуются в результате скопления большого количества частичек воды. Но для завершения процесса необходимо связующее звено, к которому будут «липнуть» капли и собираться вместе. Зачастую эту роль выполняет пыль, дым или соль.

Облака нижнего яруса

Тучи, которые опускаются ниже всего над землей, относят к облакам нижнего яруса. Им характерна высокая однородность и низкая масса — когда они опускаются на землю. Ученые-метеорологи не отделяют их от обычного тумана. Тем не менее разница между ними есть — одни просто заслоняют небо, а другие могут разразиться большими дождями и снегопадами.

К тучам, способным дать сильные осадки, относятся слоисто-дождевые облака. Они самые большие среди туч нижнего яруса.  Толщина таких облаков достигает нескольких километров, а линейные измерения превышают тысячи километров. Они представляют собой однородную серую массу — взгляните на небо во время продолжительного дождя, и вы наверняка увидите слоисто-дождевые облака.

Другой вид облаков нижнего яруса — это слоисто-кучевые облака, поднимающиеся над землей на 600–1500 метров. Они представляют собой группы из сотен серо-белых туч, разделенных небольшими просветами. Такие облака мы обычно видим в дни переменной облачности. С них редко идет дождь или снег.

Последний вид нижних облаков — это обычные слоистые облака. Вот именно они застилают небо в пасмурные дни, когда с неба пускается мелкая морось. Они очень тонкие и низкие — высота слоистых облаков в максимуме достигает 400–500 метров. Их структура очень напоминает строение тумана — опускаясь ночью к самой земле, они часто создают густую утреннюю дымку.

Облака вертикального развития

Нижняя граница облаков вертикального развития пролегает на небольшой высоте в 800–2000 метров. Облака вертикального развития серьезно устремляются вверх — их толщина может достигать 12–14 километров, что подталкивает их верхний предел к границам тропосферы. Еще такие облака называют конвективными. Такое название обусловлено тем, что из-за больших размеров вода в них приобретает разную температуру, что порождает конвекцию — процесс перемещения горячих масс наверх, и холодных — вниз. Поэтому в облаках вертикального развития одновременно существуют водный пар, мелкие капельки, снежинки и даже целые кристаллы льда.

Основным типом вертикальных облаков являются кучевые облака — громадные белые тучи, напоминающие рваные куски ваты или айсберги. Для их существования необходима высокая температура воздуха — поэтому в средней полосе России они появляются только летом и тают к ночи. Их толщина достигает нескольких километров.

Однако когда кучевые облака имеют возможность собраться вместе, они создают куда более грандиозную форму — кучево-дождевые облака. Именно с них идут сильные ливни, град и грозы летом. Существуют они только несколько часов, но при этом разрастаются ввысь до 15 километров — верхняя их часть достигает температуры –10°C и состоит из кристалликов льда.

На верхушках самых больших кучево-дождевых туч формируются «наковальни» — плоские области, напоминающие гриб или перевернутый утюг. Это происходит на тех участках, где облако достигает границы стратосферы — физика не позволяет распространяться дальше, из-за чего кучево-дождевая туча расползается вдоль предела высоты.

Облака среднего яруса

В промежуточной части тропосферы (на высоте от 2–7 километров в средних широтах) находятся облака среднего яруса. Им свойственны большие площади — на них меньше влияют восходящие потоки от земной поверхности и неровности ландшафта — и небольшая толщина в несколько сот метров. Это те облака, которые «наматываются» вокруг острых пиков гор и зависают возле них.

Сами облака среднего яруса делятся на два основных типа — высокослоистые и высококучевые.

Высокослоистые облака — это одна из составляющих сложных атмосферных масс. Они представляют собой однородную, серовато-синюю пелену, через которую видны Солнце и Луна — хотя протяженность высокослоистых облаков составляет тысячи километров, их толщина составляет всего несколько километров.

Серая плотная пелена, которая видна из иллюминатора самолета, летящего на большой высоте — это именно высокослоистые облака. Часто из них идут длительные дожди или снег.

Высококучевые облака, напоминающие мелкие куски рваной ваты или тонкие параллельные полосы, встречаются в теплую пору года — они образуются при поднятии теплых воздушных масс на высоту 2–6 километров. Высококучевые облака служат верным индикатором грядущей перемены погоды и приближения дождя — создать их может не только естественная конвекция атмосферы, но и наступления холодных воздушных масс. С них редко идет дождь — однако тучи могут сбиться вместе и создать одно большое дождевое облако.

Образование облака

Образование облака

Когда воздух постоянно охлаждается, в какой-то момент он становится так называемой «точкой росы», момент, в который происходит насыщение пара. Дальнейшее охлаждение воздуха вызывает насыщение и конденсацию, то есть перевод воды из газообразного состояния в жидкое состояние. Наконец, под воздействием конденсации образуются споры облачных капель.

Потоки воздуха

Вода для испарения, которая находится в морях и океанах, нагревается солнечными лучами и, появляется большое количество пара, который, естественно, идёт вверх. Этот процесс называется испарением. Когда пар поднимается, он остывает и снова превращается в воду или лед. Явление, называемое конвекцией.

Конвекция – это явление, ответственное за образование облаков. Эта связь описывается как зависимость, когда плотность испарения в воздух ниже, тем холоднее и плотнее становится воздух. Солнце, которое нагревает поверхность Земли, вызывает подъем теплого воздуха.

Облако может образоваться, когда пар превращается в жидкость, то есть когда он влажный воздух охлаждается и пар конденсируется на мелкие твердые частицы. Образование облаков зависит от нескольких разных процессов. В правильных условиях воздух дает Земле влажность в виде осадков, падающих на поверхность: дождь, снег или град, а также оседающие осадки, такие как роса. Поверхностные воды, реки и ручьи переносят эту воду в моря и океаны, и весь цикл, называемый гидрологическим циклом, начинается снова.

Но падение температуры – не единственное условие конденсации. Воздух не очищается сам по себе, даже при высокой насыщенности кислородом. Нам нужны микроскопические твердые частицы, взвешенные в воздухе и называемые ядрами конденсации, на которых оседают даже более мелкие продукты конденсации.

Сколько весит облако

Если мы хотим оценить вес облака, в первую очередь надо понять, какое облако нас интересует. Возьмем самые маленькие перисто-кучевые облака, которые мы можем наблюдать высоко в небе в виде маленьких барашков.

Длина и ширина одного такого облачка составляет от 100 до 200 метров, а высота — от 20 до 50 метров. Поскольку эти облака расположены очень высоко, то они состоят из ледяных кристаллов. Их водность, то есть количество влаги в одном кубическом метре, меняется от 0,1 до 0,5 граммов. Если это все перемножить, то у нас получится не очень большое значение — десятки килограммов.

Самое маленькое кучево-дождевое облако имеет площадь порядка 2 км². У более мощных облаков — от 10 до 20 км². Если они образуют скопления, ячейки, то это могут быть и сотни километров. Но мы возьмем самое маленькое — 2×2 километра. Поскольку подъем происходит очень быстро и распространяется на большую высоту, то высота такого облака составляет порядка 10 километров. Состоит оно уже не из ледяных кристаллов, а из водяных капель.

Photo by Nicholas Swanson

Сложно оценить вес облачных массивов, которые возникают на атмосферных фронтах, потому что мы сейчас говорили про километры или даже про метры, а размер облачного массива, из которого идет длительный обложной дождь, — тысячи километров по горизонтали и порядка 10 километров в высоту. Это даже не поднимается язык назвать облаком, потому что это огромная облачная масса. Вес такой облачной массы будет уже не тысячи, а миллиарды тонн.

Нравится

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Adblock
detector