Понять небо

Пегин Дэннис

ОБРАЗОВАНИЕ ОБЛАКОВ

Облака состоят из бесчисленного множества микроскопических частичек воды различных размеров: от 0,001 см в насыщенном воздухе и увеличиваются до максимума около 0,025 см при продолжающейся конденсации. Как вы помните, насыщенный воздух — это воздух, имеющий относительную влажность 100 %.

Относительная влажность изменяется с изменением температуры. Даже не изменяя количество водяных паров, воздух может стать насыщенным, если он остывает. Главный путь образования облаков в атмосфере охлаждение влажного воздуха. Это происходит при охлаждении

воздуха, когда он поднимается вверх. Теперь мы можем сделать важный вывод:

Формирование облаков:

Кроме тумана, образующегося в охлаждающемся воздухе от контакта с землей, все облака формируются в воздухе, который поднимается вверх.

Пилоты-парители очень любят облака, потому что они указываю места восходящих потоков, но это не всегда так. Некоторые типы облаков образуются воздухом, который поднимается слишком медленно, чтобы поддерживать парящий полег, в то же время закрывают солнце, не давая развиваться термической деятельности.

Необходимо знать хорошие и плохие стропы облаков. Немного позднее мы научимся распознавать среди них друзей и врагов.

ВОСХОДЯЩИЕ ПОТОКИ

Выделим три главные причины возникновения восходящих потоков. Эти потоки, возникающие из-за движения фронтов, динамические и тепловые. Они схематически показаны на рисунке 19.

Рис. 19. Восходящие потоки

Фронтальные потоки возникают при движении огромных масс воздуха на большие расстояния, когда они пересекают территории с различными температурами. Проходя более прогретый район, холодный фронт вытесняет более теплый, а значит менее плотный воздух вверх. Этот восходящий поток может привести к образованию облаков, если будут достигнуты условия точки росы. Скорость подъема потока прямо зависит от скорости движения фронта (если пренебречь прогревом) и обычно составляет 0,2–2 м/с. Это относительно мало, но они занимают большие пространства и часто становятся причиной образования слоистых облаков. Например, облака часто закрывают небо над Альпами, западным побережьем США, Кавказом и др.

Динамические потоки возникают при обтекании потоком воздуха неровностей земной поверхности.

Термические потоки возникают при подъеме более теплого воздуха, который в солнечные дни нагревается от земной поверхности. Также сюда включаем восходящие потоки над территориями с более низким давлением, а также комбинации прогрева с фронтальными процессами и конвергенцией. Изолированные термические потоки образуют относительно слабую (за исключением грозы) облачность, в то время как в районах с низким давлением образуются обширные слоистые облака.

ТОЧКА РОСЫ И ВЫСОТА ОБЛАКОВ

Мы уже знаем, что, поднимаясь вверх, воздух остывает и увеличивается его относительная влажность вплоть до насыщения, после чего при определенных условиях начинается конденсация паров и образование облаков. Температура насыщения называется точкой росы. С увеличением относительной влажности увеличивается температура точки росы, которая зависит от меры влажности воздуха. Точка росы может

использоваться для определения высоты нижней границы облаков, или базы облаков. Пышные, как будто сделанные из хлопка облака образуются термиками из влаги, поднятой с уровня земной поверхности. Допустим, что, поднимаясь, воздух определенным образом охлаждается, например, 1 °C/100 м. Однако, температура точки росы понижается только на 0,2 °C/100 м. Таким образом, температуры поднимающегося воздуха и точки росы сближаются на 0,8 °C/100 м. Когда они уравняются, начинается образование облаков.

Как использовать этот факт видно из рисунка 20. Здесь температура воздуха у поверхности 31 °C; точка росы — 15 °C. Разделив разность на 0,8, получим базу облаков, в данном случае равную 2000 м. На рисунке мы можем видеть, как сближаются температура поднимающегося воздуха и точки росы и выравниваются на высоте.

Рис. 20. Определение базы облаков

В главе 12 мы научимся практически находить точку росы для различных условий. Метеорологи используют сухой и влажно-электрический термометры для замера температуры у земли и температуры насыщения (влажно-электрический), составляют таблицы по высотам.

Зачем нам знать высоту облаков? Потому что это высота, на которой с максимальной эффективностью можно использовать термические потоки для дальних парящих полетов. Пилоты летательных аппаратов с двигателем хотят знать эту высоту, потому что выше очень ровные, спокойные условия. Человеческий глаз не способен эффективно определять расстояние до объекта. Мы это делаем путем сравнения относительных размеров. Облака, имеющие различные форму и размеры особенно слабо способствуют определению расстояния до них. Практически, опытный пилот, зная район полетов и метеорологию, по форме облаков, их размерам, расстоянию между ними может предположить базу облаков, но проще и точнее делать это методом точки росы.

ФОРМИРОВАНИЕ ОБЛАКОВ

В какой то момент времени поднимающийся воздух достигнет точки росы, имея 100 % насыщения, тогда созрели условия для образования облаков. Но, интересная вещь, ему нужно что-то для реализации этих условий.

Без "помощника" воздух может стать супернасыщенным, с относительной влажностью более 100 %. Этим "помощником" являются мельчайшие частички, находящиеся в воздухе. Эти мельчайшие частички называются частицами конденсации, потому что они подталкивают пары воды к конденсации вокруг себя, или частицами сублимации, если пар кристаллизуется в лед. Это можно наблюдать на холодном стекле зимой.

Частицами конденсации, вокруг которых образуются капельки, могут быть продукты сгорания, капельки серной кислоты и частички соли. Первые два вида — продукты загрязнения, последние — результат работы волн морских и океанских, бьющихся о берег. В роли частиц сублимации, на которых кристаллизуется лед, выступают также пыль и вулканическая пыль. Частички сублимации сравнительно крупные, и поэтому редко их заносит на высоты, где температура обеспечивает образование льда. Это объясняет, почему после извержения вулкана долго держится верхний уровень облаков.