Облака

Облака атмосферные, скопление в атмосфере продуктов конденсации водяного пара в виде огромного числа мельчайших капелек воды или кристалликов льда либо тех и других. Аналогичные скопления непосредственно у земной поверхности называется туманом. О. - существенный погодообразующий фактор, определяющий формирование и режим осадков, влияющий на тепловой режим атмосферы и Земли и т.д. О. покрывают в среднем около половины небосвода Земли и содержат при этом во взвешенном состоянии до 10⁹ т воды. О. являются важным звеном влагооборота на Земле, они могут перемещаться на тысячи км, перенося и тем самым перераспределяя огромные массы воды.

В основном водяной пар содержится в нижней части атмосферы - тропосфере, поэтому именно здесь на различных высотах и сосредоточено подавляющее большинство О. Однако нередко в стратосферу проникают перистые и кучево-дождевые О., последние могут иногда достигать высоты 16 и более км. В стратосфере могут также возникать перламутровые О.(на высоте около 25 км), а в мезосфере - серебристые (около 80 км). К основным формам О. (см. табл.) относятся: О. нижнего яруса - слоистые (однородный, лишённый упорядоченной структуры, сравнительно тонкий слой), слоисто-кучевые (слой с ясно выраженной структурой в виде волн, гряд или крупных "пластин") и слоисто-дождевые (сплошная серая пелена большой вертикальной мощности, дающая длительные осадки в виде обложного дождя или снега); О. среднего яруса - высоко-слоистые (сероватая или чуть синеватая пелена) и высоко-кучевые (похожие на слоисто-кучевые, но более тонкие. О. верхнего яруса - перистые (неплотные, часто просвечивающие О. в виде отдельных параллельных или спутанных нитей), перисто-слоистые (белая или голубоватая, довольно однородная пелена) и перисто-кучевые (тонкие, полупрозрачные О. в виде ряби или скопления хлопьев) и, наконец, О. вертикального развития, имеющие сравнительно плоские основания и куполообразные вершины часто причудливых очертаний кучевые, мощно-кучевые и кучево-дождевые. Имеются многочисленные разновидности основным форм О.

Образование О. связано с возникновением в атмосфере областей с высокой относит. влажностью. Наличие в атмосфере огромного числа мельчайших частиц, играющих роль ядер конденсации, обеспечивает появление зародышевых капель уже при достижении насыщения. Условия же насыщения создаются в результате охлаждения воздуха, вызванного, например, расширением его при упорядоченном подъеме на фронтах атмосферных (так образуются О. Ns и системы Ns-As-Ac), при неупорядоченном турбулентном перемешивании или волновых движениях (St, Sc, Ac), при конвективном подъеме (Cu, Cu Cong, Cb), при отекании горных препятствий (Ac) и др. Дальнейшее охлаждение воздуха приводит к появлению избыточного пара, который поглощается растущими каплями. Т. о., первоначально капли растут преимущественно за счёт конденсации водяного пара. Затем по мере их укрупнения, всё большую роль начинают играть процессы столкновения и слияния капель друг с другом (т. н. коагуляция облачных элементов). Коагуляционный механизм - основной механизм роста облачных капель радиусом более 30 мкм. При отрицательных температурах О. могут быть капельные (переохлажденные), кристаллические или смешанные, т. е. состоящие из капель и кристаллов. Малые размеры облачных капель позволяют им долго сохраняться в жидком виде и при отрицательных температурах. Так, при -10 ?С О. в половине случаев капельные, в 30% - смешанные и лишь в 20% кристаллические. Переохлажденные же капли в О. встречаются вплоть до -40 ?С. Пересыщение над кристаллами значительно больше, чем над каплями (насыщающая упругость водяного пара над льдом ниже, чем над водой), благодаря чему в смешанных О. кристаллы растут значительно быстрее капель, что способствует выпадению осадков.

Размеры подавляющего большинства капель в О. составляют тысячные и сотые доли мм, а их концентрация - сотни в 1 см³. Кристаллы обычно имеют в десятки раз б_ольшие размеры, а концентрация их в тысячи и десятки тысяч раз меньше (до сотни в 1 л). Форма кристаллов зависит главным образом от температуры их образования и чрезвычайно разнообразна - иглы, столбики, пучки столбиков, тонкие и толстые пластинки и, наконец, просто частицы неправильной формы. В О., как правило, присутствуют и "сверхкрупные" капли, достигающие десятых долей мм с концентрацией единицы и менее в 1 л. Подобные частицы являются зародышами осадков и вносят основной вклад в радиолокационный сигнал от капельных облаков. Масса сконденсированной воды в единице объёма О. называется водностью О. и колеблется обычно от десятых долей до неск. г/м³ для капельных О. и от тысячных до десятых долей г/м³ в кристаллических. Данные о физическом строении О. получены главным образом с помощью самолётов - летающих лабораторий, оснащенных специальной аппаратурой. Дифракция и преломление света в частицах О. вызывают различные оптические явления - глории, гало, венцы и др.,- по которым можно судить о наличии в О. капель или кристаллов. Широкое применение находят радиолокационные методы исследования О., развиваются спутниковые и лазерные методы.
Многообразны и сложны физические процессы, управляющие развитием О. Возникнув на ядрах конденсации, облачные капли растут, перемещаются внутри О., выносятся за его пределы и испаряются. Время жизни облачных частиц может быть во много раз меньше времени жизни О. в целом. Цикл жизни О. в целом завершается его испарением. Выпадение осадков способствует уносу воды и ускоряет процесс разрушения О. Длительное существование О. объясняется малыми скоростями падения частиц (капли радиусом 1-10 мкм падают со скоростью 0,05-1,2 см/сек), наличием восходящих движений воздуха, которые не только поддерживают облачные частицы, но и вместе с турбулентными движениями обеспечивают приток водяного пара и способствуют зарождению новых частиц.
Можно управлять некоторыми процессами в О., искусственно изменяя их фазовое состояние и микроструктуру. Наибольшие успехи достигнуты в рассеивании переохлажденных О. и туманов, в воздействии на градоопасные О. в целях предотвращения градобитий (см. Град). Для рассеяния переохлажденных О. и туманов в них вносятся (с помощью специальных наземных установок-генераторов или с самолёта) хладореагенты (частицы сухого льда - твёрдой углекислоты) или частицы ледообразующих веществ (йодистое серебро, йодистый свинец и др.), способствующие образованию в О. достаточного количества кристалликов льда, которые затем укрупняются и выпадают из облаков. При этом упругость водяного пара в О. понижается, капли испаряются и наступает рассеяние О. (тумана). Таким методом рассеивают туманы и низкие О. над взлётно-посадочными полосами в аэропортах. Время и место внесения реагентов определяются с помощью специальных метеорологических радиолокационных станций. О. могут быть искусственно созданы с помощью тепловых источников конвекции - метеотронов - или с помощью внесения дополнительной влаги. Так, при сгорании 1 кг керосина образуется около 1,2 кг водяного пара. Этого обычно достаточно для образования конденсационных следов за самолётами, летящими на высоте 8-12 км. Длительность существования таких следов зависит от влажности атмосферы.
Ведутся активные поиски способов искусственного регулирования и перераспределения осадков. Большая природная изменчивость количества естественно выпадающих осадков существенно осложняет проблему определения реальной эффективности применяемых методов воздействия. С развитием этих методов всё большее внимание привлекают экономические, юридические и социальные аспекты проблемы искусственного воздействия на погоду. Основные формы облаков и их характеристика   Формы облаков, их латинские названия и обозначения Размеры облаков   Преимущественное фазовое строение   Время жизни облака   Максимальные вертикальные скорости   Виды осадков у земли высота нижней границы, км   Толщина, км Горизонтальная протяжённость, км Слоистообразные облака
Слоистые, Stratus (St).........
Слоисто-кучевые, Stratocumulus (Sc)..
Высоко-кучевые, Altocumulus (Ac)..
Перисто-кучевые, Cirrocumulus (Cc)...
Слоисто-дождевые, Nimbostratus (Ns)...
Высоко-слоистые, Altostratus (As)...
Перисто-слоистые, Cirrostratus (Cs)....
Перистые, Cirrus (Ci).........   0,1-0,7     0,4-2,0     2-6     6-9     0,1-1,0     3-6     5-9     6-10   0,1-1,0     0,1-1,0     0,1-0,8     0,2-1,0     1-10     0,5-3     0,5-5     0,2-3   10-10³     10-10³     10-10²     10-10²     10-10³     10-10³     10-10³     10-10³
капельные
капельные
капельные, смешанные
кристаллические
смешанные
смешанные, кристаллические
кристаллические
кристаллические   сутки и более   "     "     "     "     "     "     "     десятки см/сек     "     "     "     "     "     "     "  
отсутствуют или морось
то же
отсутствуют
отсутствуют
дождь, снег
дождь, снег
отсутствуют
отсутствуют Кучевообразные облака
Кучевые, Cumulus (Си).............
Мощно-кучевые, Cumulus Congestus (Cu Cong.)........
Кучево-дождевые, Cumulonimbus (Cb)..   0,8-2,0       0,8-2,0     0,4-1,5   0,3-3       3-5     5-12   1-5       2-10     5-50
капельные
капельные
смешанные   десятки минут     "     "
1 м/сек
10 м/сек
15-20 м/сек
отсутствуют
отсутствуют
ливень, град ? Лит.: Атлас облаков, под ред. А. X. Хргиана, Л., 1957; Физика облаков, под ред. А. Х. Хргиана, Л., 1961; Шметер С. М., Физика конвективных облаков, Л., 1972; Труды VIII Всесоюзной конференции по физике облаков и активным воздействиям, Л., 1970; Изменение погоды человеком, пер. с англ., под ред. И. П. Мазина, М., 1972; Mason В. J., The physics of clouds, Oxf., 1957; Proceedings of the International conference on cloud physics, Toronto, August, 1968, Toronto, 1968.
? И. П. Мазин.