В метеорологии , А облако представляет собой аэрозоль , состоящий из видимой массы мелких жидких капель , замороженных кристаллов , или других частиц , взвешенных в атмосфере в виде планетарного тела или же пространства. [1] Вода или другие химические вещества могут образовывать капли и кристаллы. На Земле облака образуются в результате насыщения воздуха, когда он охлаждается до точки росы или когда он набирает достаточное количество влаги (обычно в виде водяного пара.) от соседнего источника, чтобы поднять точку росы до температуры окружающей среды. Они видны в гомосфере Земли , которая включает тропосферу , стратосферу и мезосферу . Нефология - это наука об облаках, которая изучается в области физики облаков в метеорологии . Существует два метода наименования облаков в соответствующих слоях гомосферы: латинский и общий.
.webm/440px--Clouds_(1920s).webm.jpg)
Типы родов в тропосфере, слое атмосферы, ближайшем к поверхности Земли, носят латинские названия из-за повсеместного принятия номенклатуры Люка Ховарда , которая была официально предложена в 1802 году. Она стала основой современной международной системы, которая делит облака на пять физических объектов. формы, которые можно далее разделить или классифицировать по высотным уровням для получения десяти основных родов . Основными типичными типами облаков для каждой из этих форм являются слоистые , перистые , слоисто-кучевые , кучевые и кучево-дождевые . Низкоуровневые облака не имеют префиксов, связанных с высотой. Однако стратиформным и слоисто- кучевым типам среднего уровня дается приставка alto-, тогда как варианты высокого уровня этих же двух форм имеют приставку cirro- . Типы рода с достаточной вертикальной протяженностью, 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 они изначально формируются, а также более неофициально характеризуются как многоуровневые или вертикальные . Большинство из десяти родов, полученных с помощью этого метода классификации, можно подразделить на виды и далее подразделить на разновидности . Очень низкие слоистые облака, простирающиеся до поверхности Земли, получили общие названия туман и туман , но не имеют латинских названий.
В стратосфере и мезосфере облака имеют общие названия для своих основных типов. Они могут иметь вид многослойной вуали или пластин, усиковидных пучков или слоисто-кучевых полос или ряби. Их можно увидеть нечасто, в основном в полярных регионах Земли. Облака наблюдались в атмосферах других планет и лун в Солнечной системе 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 иметь прямое влияние на изменение климата на Земле. Они могут отражать падающие солнечные лучи, которые могут способствовать охлаждающему эффекту там, где и когда возникают эти облака, или улавливать более длинноволновое излучение, которое отражается от поверхности Земли, что может вызвать эффект потепления. Высота, форма и толщина облаков являются основными факторами, влияющими на локальное нагревание или охлаждение Земли и атмосферы. Облаков, которые образуются над тропосферой, слишком мало и они слишком тонкие, чтобы оказывать какое-либо влияние на изменение климата. Облака - главная причина неопределенности в чувствительности климата . [2]
Табличный обзор
Следующая таблица очень обширна. Он основан на нескольких методах классификации облаков, как формальных, так и неформальных, используемых на разных уровнях гомосферы Земли рядом упомянутых авторитетов, особенно в отношении форм, [3] высотных уровней, [4] форм и уровней, [5 ] возвышающиеся вертикальные облака [6] и облака над тропосферой. [7] Несмотря на некоторые различия в номенклатуре, схемы классификации, представленные в этой статье, можно объединить, используя неформальную перекрестную классификацию физических форм и уровней высоты, чтобы получить 10 родов тропосферы, туман и туман, которые образуются на уровне поверхности, и несколько дополнительных основных типов над тропосферой. Род кучевых облаков включает четыре вида, размер которых по вертикали может влиять на высоту над уровнем моря. Эту таблицу следует рассматривать не как строгую или единичную классификацию, а как иллюстрацию того, как различные основные типы облаков связаны друг с другом и определяются через весь диапазон высотных уровней от поверхности Земли до «края космоса».
| Формы и уровни | СТРАТИФОРМНЫХ неконвективный | Цирриформный преимущественно неконвективный | Слоисто - кучевые ограниченно-конвективные | Кумулятивная свободно-конвективная | Кучево-дождевидная сильная конвективная |
|---|---|---|---|---|---|
| Экстремальный уровень | PMC : серебристые вуали | Серебристые волны или водовороты | Серебристые полосы | ||
| Очень высокий уровень | Азотная кислота и вода PSC | Цирриформный перламутровый ПСХ | Чечевицеобразный перламутровый ПСХ | ||
| Высокий уровень | Перисто-слоистые | Cirrus | Перисто-кучевые облака | ||
| Средний уровень | Альтостратус | Высококучевые облака | |||
| Низкий уровень | Стратус | Слоисто-кучевые | Кучевые облака или перелом | ||
| Многоуровневая или умеренная вертикаль | Нимбостратус | Кучевые средние | |||
| Возвышающийся вертикальный | Кучевые облака | Кучево-дождевые облака | |||
| На уровне поверхности | Туман или туман |
Для другого табличного обзора, который также охватывает всю гомосферу, см. Облачные роды и отдельные виды, дополнительные функции и другие воздушные гидрометеоры (расположенные чуть ниже нижней части статьи).
Этимология и история облачной науки и номенклатуры
Этимология
Происхождение термина «облако» можно найти в старых английских слов clud или кома , что означает холм или массу камня. Примерно в начале 13 века это слово стало использоваться как метафора для дождевых облаков из-за сходства внешнего вида между каменной массой и кучевым облаком. Со временем метафорическое использование слова вытеснило древнеанглийское слово weolcan , которое было буквальным обозначением облаков в целом. [8] [9]
Аристотель
Исследования древних облаков не проводились изолированно, а наблюдались в сочетании с другими погодными элементами и даже другими естественными науками. Около 340 г. до н.э. греческий философ Аристотель написал « Метеорологику» , труд, который представляет собой совокупность знаний того времени о естествознании, включая погоду и климат. Впервые осадки и облака, из которых выпадают осадки, были названы метеорами, что происходит от греческого слова « метеорос» , означающего «высоко в небе». От этого слова произошел современный термин метеорология , изучение облаков и погоды. Метеорология была основана на интуиции и простом наблюдении, но 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 вопросов, особенно гидрологического цикла . [10]
Первая исчерпывающая классификация
После столетий спекулятивных теорий о формировании и поведении облаков первые действительно научные исследования были предприняты Люком Ховардом в Англии и Жан-Батистом Ламарком во Франции. Ховард был методичным наблюдателем с сильным знанием латинского языка и использовал свои знания для классификации различных типов тропосферных облаков в 1802 году. Он считал, что изменение формы облаков в небе может 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 необычные французские названия типов облаков. Его система номенклатуры включала 12 категорий облаков с такими названиями, как (в переводе с французского) туманные облака, пятнистые облака и облака, похожие на метлы. В отличие от этого, Говард использовал общепринятую латынь, которая быстро прижилась после того, как она была опубликована в 1803 году. [11] В знак популярности схемы именования немецкий драматург и поэт Иоганн Вольфганг фон Гете сочинил четыре стихотворения об облаках, посвятив их Говарду. Разработка системы Ховарда была официально принята Международной метеорологической конференцией в 1891 году. [11] Эта система охватывала только типы тропосферных облаков, но открытие облаков над тропосферой в конце 19 века в конечном итоге привело к созданию отдельной классификации. схемы, использующие общие названия для этих очень высоких облаков, которые все еще были в целом похожи на некоторые формы облаков, идентифицированные в тропосфере. [7]
Образование в гомосфере: как воздух становится насыщенным
Земные облака можно найти повсюду в большей части гомосферы, включая тропосферу, стратосферу и мезосферу. В этих слоях 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
Адиабатическое охлаждение происходит, когда один или несколько из трех возможных подъемных агентов - конвективного, циклонического / фронтального или орографического - заставляют воздушный поток, содержащий 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 с образованием облачных капель. Эта конденсация обычно происходит на облачных ядрах конденсации, таких как частицы соли или пыли, которые достаточно малы, чтобы удерживаться в воздухе при нормальной циркуляции воздуха. [14] [15]
Одним из факторов является конвективное восходящее движение воздуха, вызванное дневным солнечным нагревом на уровне поверхности. [14] Нестабильность воздушной массы допускает образование кучевых облаков, 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]
Фронтальная и циклоническая подъемная сила возникают, когда стабильный воздух поднимается вверх на фронтах погоды и вокруг центров низкого давления в результате процесса, называемого конвергенцией . [18] Теплые фронты, связанные с внетропическими циклонами, имеют тенденцию генерировать в основном усовидные и слоистые облака на обширной территории, если только приближающаяся теплая воздушная масса не является нестабильной. В этом случае кучевые скопления или кучево-дождевые облака обычно встраиваются в основной слой осаждающих облаков. [19] Холодные фронты обычно движутся быстрее и образуют более узкую линию облаков, которые в основном слоисто-кучевые, кучево-кучевые или кучево-дождевые, в зависимости от стабильности теплой воздушной массы перед фронтом. [20]
Третий источник подъемной силы - это циркуляция ветра, заставляющая воздух преодолевать физический барьер, такой как гора ( орографический подъемник ). [14] Если воздух в целом стабильный, образуются только линзовидные шапки облаков. Однако, если воздух станет достаточно влажным и нестабильным, могут появиться орографические дожди или грозы . [21]
Неадиабатическое охлаждение
Наряду с адиабатическим охлаждением, для которого требуется подъемный агент, существуют три основных неадиабатических механизма понижения температуры воздуха до точки росы. Кондуктивное, радиационное и испарительное охлаждение не требует подъемного механизма и может вызвать конденсацию на уровне поверхности, что приведет к образованию тумана . [22] [23] [24]
Добавление влаги в воздух
Несколько основных источников водяного пара могут быть добавлены к воздуху для достижения насыщения без какого-либо процесса охлаждения: вода или влажная почва, [25] [26] [27] осадки или вирга , [28] и транспирация с растений [29] ]
Классификация: как идентифицируются облака в тропосфере
Классификация тропосферы основана на иерархии категорий с физическими формами и высотными уровнями наверху. [3] [4] Они подразделяются на десять типов родов, большинство из которых можно разделить на виды и далее подразделить на разновидности, которые находятся в нижней части иерархии. [30]
Физические формы
Облака в тропосфере принимают пять физических форм в зависимости от структуры и процесса формирования. Эти формы обычно используются для спутникового анализа. [3] Они приведены ниже в приблизительном порядке возрастания нестабильности или конвективной активности. [31]
Стратиформный
Неконвективных стратиформные облака появляются в стабильных условиях и воздушной массы, в общем, имеют плоское, листовое-подобные структуры , которые могут образовывать на любой высоте в тропосфере. [32] Стратиформная группа делится по диапазону высот на роды cirrostratus (высокий уровень), altostratus (средний уровень), stratus (низкий уровень) и nimbostratus (многоуровневый). [4] Туман обычно считается приземным слоем облаков. [21] Туман может образовываться на уровне поверхности при ясном воздухе или может быть результатом опускания очень низкого слоистого облака до уровня земли или моря. И наоборот, низкие слоистые облака возникают, когда адвективный туман поднимается над уровнем поверхности в ветреную погоду.
Cirriform
Круговидные облака в тропосфере принадлежат к роду перистых облаков и имеют вид оторванных или полуизломанных нитей. Они образуются на больших высотах тропосферы в воздухе, который в основном стабилен с небольшой конвективной активностью или без нее, хотя на более плотных участках могут иногда появляться наросты, вызванные ограниченной конвекцией высокого уровня, когда воздух частично нестабилен . [33] Облака, напоминающие перистые облака, можно найти над тропосферой, но они классифицируются отдельно по общим названиям.
Слоисто-кучевые
Облака этой структуры имеют как кучевые, так и слоистые характеристики в виде рулонов, ряби или элементов. [5] Они обычно образуются в результате ограниченной конвекции в большей части стабильной воздушной массы, покрытой инверсионным слоем. [34] Если инверсионный слой отсутствует или находится выше в тропосфере, повышенная нестабильность воздушной массы может вызвать образование вершин в слоях облаков в виде турелей, состоящих из внедренных кумулиформных наростов. [35] Слоисто-кучевые облака подразделяются на перисто-кучевые (высокоуровневые), высококучевые (средние) и слоисто-кучевые (низкоуровневые). [5]
Кучевой
Кучевые облака обычно образуются изолированными кучами или пучками. [36] [37] Они являются продуктом локализованной, но обычно свободноконвективной подъемной силы, когда в тропосфере нет инверсионных слоев, ограничивающих вертикальный рост. Обычно небольшие кучевые облака указывают на сравнительно слабую нестабильность. Более крупные кучевые типы являются признаком большей атмосферной нестабильности и конвективной активности. [38] В зависимости от своего вертикального размера облака типа кучевых облаков могут быть низкоуровневыми или многоуровневыми с умеренной или высокой вертикальной протяженностью. [4]
Кучево-дождевые
Самые большие свободно-конвективные облака составляют кучево-дождевые облака , которые имеют большую вертикальную протяженность. Они встречаются в крайне нестабильном воздухе [14] и часто имеют нечеткие очертания в верхних частях облаков, иногда включая вершины наковальни. [5] Эти облака являются продуктом очень сильной конвекции, которая может проникать в нижнюю стратосферу.
Уровни и роды
Тропосферные облака образуются на любом из трех уровней (ранее называвшихся étages ) в зависимости от диапазона высот над поверхностью Земли. Группировка облаков на уровни обычно делаются для целей облачных атласов , поверхность метеорологических наблюдений , [4] и карты погоды . [39] Диапазон базовой высоты для каждого уровня варьируется в зависимости от широтной географической зоны . [4] Каждый высотный уровень включает два или три родовых типа, различающихся в основном по физической форме. [40] [5]
Стандартные уровни и родовые типы суммированы ниже в приблизительном порядке убывания высоты, на которой каждый обычно базируется. [41] Многоуровневые облака со значительной вертикальной протяженностью перечислены отдельно и суммированы в приблизительном порядке возрастания нестабильности или конвективной активности. [31]
Высокий уровень
Высокие облака образуются на высоте от 3000 до 7600 м (от 10000 до 25000 футов) в полярных регионах , от 5000 до 12 200 м (от 16 500 до 40000 футов) в регионах с умеренным климатом и от 6 100 до 18 300 м (от 20000 до 60000 футов) в тропиках. . [4] Все усиковидные облака классифицируются как высокие и составляют единый род перистых (Ci). Слоисто-кучевые и слоистые облака на больших высотах имеют приставку cirro- , что дает соответствующие названия родов cirrocumulus (Cc) и cirrostratus (Cs). Если спутниковые изображения высоких облаков с ограниченным разрешением анализируются без подтверждающих данных прямых наблюдений человека, различение отдельных форм или типов родов становится невозможным, и они все вместе идентифицируются как высокотипные (или неофициально как перистые , хотя и не все высокие). облака имеют форму или род перистых облаков). [42]
- Род cirrus (Ci):
- В основном это волокнистые пучки нежных, белых, усиковидных, ледяных облаков, которые отчетливо видны на фоне голубого неба. [33] Перистые оболочки обычно неконвективны, за исключением подтипов castellanus и floccus, которые демонстрируют ограниченную конвекцию. Они часто образуются вдоль высотного струйного течения [43] и на самом переднем крае фронтального возмущения или возмущения низкого давления, где они могут сливаться с перисто- слоистым слоем . Этот род высокоразвитых облаков не вызывает осадков. [41]
- Род cirrocumulus (Cc):
- Это чисто-белый высокослоисто-кучевой слой ограниченной конвекции. Он состоит из кристаллов льда или капель переохлажденной воды, представляющих собой небольшие незатененные круглые массы или хлопья в группах или линиях с рябью, как песок на пляже. [44] [45] Перисто-кучевые облака иногда образуются вместе с перистыми облаками и могут сопровождаться или заменяться перисто-слоистыми облаками около переднего края активной погодной системы. Этот тип рода иногда дает виргу, осадки, которые испаряются ниже основания облака. [19]
- Род cirrostratus (Cs):
- Cirrostratus - это тонкая неконвективная слоистая пелена из кристаллов льда, которая обычно дает ореолы, вызванные преломлением солнечных лучей . Солнце и луна видны четкими контурами. [46] Cirrostratus не производит осадков, но часто утолщается в высокослоистые слои перед теплым фронтом или областью низкого давления, что иногда и происходит. [47]
Средний уровень
Невертикальные облака на среднем уровне имеют префикс alto- , что дает названия рода altocumulus (Ac) для слоисто-кучевых типов и altostratus (As) для слоистых типов. Эти облака могут образовываться на высоте до 2000 м (6500 футов) над поверхностью на любой широте, но могут располагаться на высоте до 4000 м (13000 футов) у полюсов, 7000 м (23000 футов) в средних широтах и 7600 м (25000 футов). ft) в тропиках. [4] Как и в случае с высокими облаками, основные типы родов легко идентифицируются человеческим глазом, но различить их с помощью одной только спутниковой фотографии невозможно. Когда подтверждающие данные человеческих наблюдений недоступны, эти облака обычно в совокупности идентифицируются как средний тип на спутниковых изображениях. [42]
- Род высококучевых (Ac):
- Это средний слой облаков с ограниченной конвекцией, который обычно проявляется в виде пятен неправильной формы или более обширных слоев, расположенных группами, линиями или волнами. [48] Высококучевые облака иногда могут напоминать перисто-кучевые облака, но обычно они толще и состоят из смеси капель воды и кристаллов льда, поэтому у основания есть по крайней мере некоторое светло-серое затенение. [49] Высококучевые облака могут производить чистые, очень легкие осадки, которые испаряются, не достигнув земли. [50]
- Род altostratus (As):
- Альтослоистые слои - это непрозрачная или полупрозрачная неконвективная вуаль на среднем уровне из серых / сине-серых облаков, которые часто образуются вдоль теплых фронтов и вокруг областей низкого давления. Altostratus обычно состоит из капель воды, но может смешиваться с кристаллами льда на больших высотах. Широко распространенные непрозрачные альтослоистые породы могут давать легкие непрерывные или периодические осадки. [51]
Низкий уровень
Низкие облака обнаруживаются у поверхности до 2000 м (6500 футов). [4] Типы рода на этом уровне либо не имеют префикса, либо несут префикс, который относится к характеристике, отличной от высоты. Облака, которые образуются на нижнем уровне тропосферы, обычно имеют более крупную структуру, чем те, которые образуются на среднем и высоком уровнях, поэтому их обычно можно идентифицировать по их формам и типам родов, используя только спутниковую фотографию. [42]
- Род stratocumulus (Sc):
- Этот тип рода представляет собой слоисто-кучевой облачный слой с ограниченной конвекцией, обычно в форме неправильных пятен или более обширных пластин, похожих на высококучевые, но с более крупными элементами с более глубоким серым оттенком. [52] Слоисто-кучевые облака часто присутствуют в сырую погоду из-за других дождевых облаков, но сами по себе могут производить только очень легкие осадки. [53]
- Род кумулюс (Cu); виды humilis - небольшая вертикальная протяженность :
- Это небольшие отдельные кучевые облака в хорошую погоду, которые имеют почти горизонтальное основание и сплющенную вершину и не производят ливневых дождей. [54]
- Род stratus (St):
- Это плоский или иногда рваный неконвективный слоистый тип, иногда напоминающий приподнятый туман. [55] Из этого облака могут выпадать только очень слабые осадки, обычно изморось или снежинки. [56] [57] Когда очень низкое слоистое облако опускается до уровня поверхности, оно теряет латинскую терминологию и получает общее название туман, если преобладающая приземная видимость составляет менее 1 км. [58] При видимости 1 км или выше видимый конденсат называется туманом . [59]
Многоуровневая или умеренная вертикаль
Эти облака имеют основания от низкого до среднего уровня, которые образуются где угодно от поверхности до примерно 2400 м (8000 футов), и вершины, которые могут простираться до средних высот, а иногда и выше в случае нимбослоистых облаков.
- Род nimbostratus (Ns); многоуровневый :
Это диффузный темно-серый многоуровневый слоистый слой с большой горизонтальной протяженностью и обычно от умеренного до глубокого вертикального развития, который выглядит слабо освещенным изнутри. [60] Nimbostratus обычно формируется из альтослоистых слоев среднего уровня и развивает, по крайней мере, умеренную вертикальную протяженность [61] [62], когда основание опускается до низкого уровня во время осадков, интенсивность которых может достигать умеренной или высокой. Он достигает еще большего вертикального развития, когда одновременно поднимается вверх на высокий уровень за счет крупномасштабного фронтального или циклонического подъема. [63] nimbo- префикс относится к его способности производить непрерывный дождь или снег на большой площади, особенно впереди теплого фронта. [64] В этом толстом облачном слое отсутствует какая-либо возвышающаяся структура, но он может сопровождаться встроенными возвышающимися кучево-дымчатыми или кучево-дождевидными типами. [62] [65] Метеорологи, входящие в состав Всемирной метеорологической организации (ВМО), официально классифицируют нимбостратус как средний для синоптических целей, неформально характеризуя его как многоуровневый. [4] Независимые метеорологи и преподаватели, по-видимому, разделены на тех, кто в основном следует модели ВМО [61] [62], и тех, кто классифицирует нимбостратус как низкоуровневый, несмотря на его значительную вертикальную протяженность и его обычное начальное образование в среднем диапазоне высот. [66] [67]
- Род кумулюс (Cu); виды mediocris - умеренная вертикальная протяженность :
- Эти кучевые облака свободной конвекции имеют четко очерченные, средне-серые, плоские основания и белые куполообразные вершины в виде небольших ростков и, как правило, не производят осадков. [54] Они обычно образуются на нижнем уровне тропосферы, за исключением условий очень низкой относительной влажности, когда основания облаков могут подниматься до средних высот. Cumulus mediocris официально классифицируется как низкоуровневый и более неофициально характеризуется как умеренная вертикальная протяженность, которая может включать более одного высотного уровня. [4]
Возвышающийся вертикальный
Эти очень большие кучево-форма и кучево-дождевидные типы имеют основание облаков в том же диапазоне от низкого до среднего уровня, что и многоуровневые и умеренные вертикальные типы, но вершины почти всегда простираются до высоких уровней. В отличие от облаков с менее развитой вертикалью, они должны обозначаться стандартными названиями или сокращениями во всех авиационных наблюдениях (METARS) и прогнозах (TAFS), чтобы предупреждать пилотов о возможных суровых погодных условиях и турбулентности. [6]
- Род кумулюс (Cu); виды congestus - большая вертикальная протяженность :
- Увеличение нестабильности воздушной массы может привести к тому, что свободно-конвективные кучевые облака станут очень высокими до такой степени, что вертикальная высота от основания до вершины больше, чем ширина основания облака. Основание облака приобретает более темно-серый цвет, а верхняя часть обычно напоминает цветную капусту. Этот тип облаков может давать ливни от умеренного до сильного [54] и обозначен Международной организацией гражданской авиации (ИКАО) как « башенно- кучевые облака» (Tcu ) .
- Род кучево-дождевые (Cb):
- Этот тип рода представляет собой тяжелую возвышающуюся кучево-дождевую массу свободно-конвективного облака с основанием от темно-серого до почти черного и очень высокой вершиной в виде горы или огромной башни. [68] Cumulonimbus может производить грозу , местные очень тяжелые ливни от дождя , которые могут вызвать внезапные наводнения , а также различные виды молнии , включая облако-земля , которая может вызвать лесные пожары . [69] Другие конвективный суровые погодные условия могут или не могут быть связаны с грозами и включают в себя тяжелые снежные ливни, град , [70] сильный сдвига ветра , нисходящие порывы , [71] и смерчи . [72] Из всех возможных событий, связанных с кучево-дождевыми облаками, молния - единственное, для которого необходима гроза, поскольку именно молния создает гром. Кучево-дождевые облака могут образовываться в нестабильных условиях воздушной массы, но имеют тенденцию быть более концентрированными и интенсивными, когда они связаны с нестабильными холодными фронтами . [20]
Разновидность
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 любое заданное время и в любом месте. Несмотря на эту иерархию, конкретный вид может быть подтипом более чем одного рода, особенно если роды имеют одинаковую физическую форму и отличаются друг от друга в основном высотой или уровнем. Есть несколько видов, каждый из которых может быть связан с родами более чем одной физической формы. [73] Типы видов сгруппированы ниже в соответствии с физическими формами и родами, с которыми каждый обычно связан. Формы, роды и виды перечислены слева направо в приблизительном порядке возрастания нестабильности или конвективной активности. [31]
| Формы и уровни | СТРАТИФОРМНЫХ неконвективный | Цирриформный преимущественно неконвективный | Слоисто - кучевые ограниченно-конвективные | Кумулятивная свободно-конвективная | Кучево-дождевидная сильная конвективная |
|---|---|---|---|---|---|
| Высокий уровень | Cirrostratus * nebulosus * fibratus | Cirrus неконвективный * uncinus * fibratus * spissatus ограничен конвективные * башенкообразные * хлопьевидные | Перисто-кучевые * stratiformis * lenticularis * castellanus * floccus | ||
| Средний уровень | Altostratus * нет дифференцированных видов (всегда туманно) | Высококучевые облака * stratiformis * lenticularis * castellanus * floccus * volutus | |||
| Низкий уровень | Слоистый * туман * перелом | Слоисто-кучевые * stratiformis * lenticularis * castellanus * floccus * volutus | Кучевые облака * humilis * фрактус | ||
| Многоуровневая или умеренная вертикаль | Nimbostratus * нет дифференцированных видов (всегда туманно) | Кучевые * mediocris | |||
| Возвышающийся вертикальный | Кучевые облака * congestus | Кучево-дождевые облака * голень * капиллятус |
Стабильный или в основном стабильный
Из группы неконвективных стратиформ, перисто-слоистые породы высокого уровня включают два вида. Cirrostratus nebulosus имеет довольно размытый вид, в котором отсутствуют детали строения. [74] Cirrostratus fibratus представляет собой разновидность, состоящую из полусоставленных нитей, переходных к перистым или от цирруса. [75] Среднеуровневые альтослоистые и многоуровневые нимбослоистые всегда имеют плоский или диффузный вид и поэтому не подразделяются на виды. Низкий слой относится к виду nebulosus [74], за исключением случаев, когда он разбит на рваные слои слоистого слоя (см. Ниже). [61] [73] [76]
У серовидных облаков есть три неконвективных вида, которые могут образовываться в стабильных условиях воздушной массы. Cirrus fibratus состоит из волокон, которые могут быть прямыми, волнистыми или иногда перекрученными под действием сдвига ветра. [75] Вид uncinus похож, но имеет перевернутые крючки на концах. Cirrus spissatus выглядит как непрозрачные пятна, которые могут иметь светло-серый оттенок. [73]
Слоисто-кучевые родовые типы (перисто-кучевые, высококучевые и слоисто-кучевые), которые появляются в основном в стабильном воздухе с ограниченной конвекцией, имеют по два вида каждый. В stratiformis виды обычно встречаются в широких листах или небольших исправлениях , где существует только минимальная конвективная активность. [77] Облака видов lenticularis имеют тенденцию иметь линзовидную форму, сужающуюся на концах. Чаще всего их называют орографическими облаками горных волн , но они могут возникать в любом месте тропосферы, где есть сильный сдвиг ветра в сочетании с достаточной стабильностью воздушной массы для поддержания в целом плоской структуры облаков. Эти два вида можно найти на высоких, средних или низких уровнях тропосферы в зависимости от слоисто-кучевого рода или родов, присутствующих в любой момент времени. [61] [73] [76]
Рваный
Видовой фрактус демонстрирует переменную нестабильность, поскольку он может быть подразделением родовых типов различных физических форм, которые имеют разные характеристики устойчивости. Этот подтип может быть в форме рваных, но в основном устойчивых слоистых пластов (пластовые разломы) или небольших рваных кучковидных куч с несколько большей нестабильностью (кучевые разломы). [73] [76] [78] Когда облака этого вида связаны с выпадающими облачными системами значительной вертикальной, а иногда и горизонтальной протяженности, они также классифицируются как дополнительные облака под названием pannus (см. Раздел о дополнительных характеристиках). [79]
Частично нестабильно
Эти виды являются подразделениями 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 воздушной массы, обычно утром или днем. Это приводит к образованию вкрапленных кумулиформных построек, возникающих из общей стратиформной основы. [80] Castellanus напоминает башни замка, если смотреть со стороны, и может быть обнаружен среди слоисто-кучевых родов на любом уровне тропосферы и с ограниченно-конвективными участками перистых облаков высокого уровня. [81] Хохлатые облака наиболее обособленных видов флоккулов являются подразделениями родовых типов, которые могут быть усиковидными или слоисто-кучевыми в общей структуре. Иногда они встречаются с перистыми, перисто-кучевыми, высококучевыми и слоисто-кучевыми облаками. [82]
А недавно признанные виды кучевых или высококучевые было дано название volutus , облако рулон , который может произойти впереди формирования кучево - дождевые. [83] Есть несколько объемных облаков, которые образуются в результате взаимодействия с конкретными географическими объектами, а не с родительским облаком. Возможно, самым странным облаком этого типа с географической точки зрения является « Утренняя слава» , катящееся цилиндрическое облако, которое непредсказуемо появляется над заливом Карпентария в Северной Австралии . Облако, связанное с мощной "рябью" в атмосфере, может "перемещаться" в самолетах- планерах . [84]
Нестабильный или в основном нестабильный
Более общая нестабильность воздушной массы в тропосфере имеет тенденцию к образованию облаков более свободно конвективного типа кучевых облаков, виды которых в основном являются индикаторами степени атмосферной нестабильности и, как следствие, вертикального развития облаков. Кучевое облако первоначально образуется на нижнем уровне тропосферы в виде облака вида humilis, которое демонстрирует лишь незначительное вертикальное развитие. Если воздух становится более нестабильным, облако имеет тенденцию расти вертикально до вида mediocris , затем сильно конвективного скопления , самого высокого вида кучевых облаков [73], который относится к тому же типу, который Международная организация гражданской авиации называет «возвышающимися кучевыми облаками». [6]
С высоко нестабильными атмосферными условиями, большой кучевым может продолжать расти в еще сильнее конвективных кучевых - дождевых лысый ( по существу очень высокое облако кучевого , который производит гром), то в конечном счете , в видовых волокнистый , когда переохлажденной каплю воды в верхней части облака превращается в лед кристаллы, придающие ему усиковидный вид. [73] [76]
Разновидности
Типы родов и видов далее подразделяются на разновидности , названия которых могут стоять после названия вида, чтобы дать более полное описание облака. Некоторые разновидности облаков не ограничиваются определенной высотой или формой и поэтому могут быть общими для более чем одного рода или вида. [85]
На основе непрозрачности
Все разновидности облаков попадают в одну из двух основных групп. Одна группа идентифицирует непрозрачность определенных облачных структур низкого и среднего уровня и включает разновидности translucidus (тонкие полупрозрачные), perlucidus (толстые непрозрачные с полупрозрачными или очень маленькими четкими разрывами) и opacus (толстые непрозрачные). Эти разновидности всегда можно идентифицировать по родам облаков и видам с переменной непрозрачностью. Все три связаны со стратиформными видами высококучевых и слоисто-кучевых. Однако только две разновидности встречаются с altostratus и stratus nebulosus, однородная структура которых препятствует образованию разновидности perlucidus. Варианты на основе непрозрачности не применяются к высоким облакам, потому что они всегда полупрозрачны, или, в случае перистых облаков, всегда непрозрачны. [85] [86]
На основе шаблонов
Вторая группа описывает случайное расположение облачных структур в определенные узоры, которые может различить наземный наблюдатель (облачные поля обычно видны только со значительной высоты над формациями). Эти разновидности не всегда присутствуют среди родов и видов, с которыми они иначе связаны, но появляются только тогда, когда атмосферные условия благоприятствуют их образованию. Разновидности Intortus и vertebratus иногда встречаются с фибратной циррусом . Они представляют собой соответственно волокна, скрученные в неправильную форму, и те, которые расположены в виде рыбьих костей, обычно неравномерными ветровыми потоками, которые способствуют образованию этих разновидностей. Разновидность radiatus связана с рядами облаков определенного типа, которые, кажется, сходятся на горизонте. Иногда это наблюдается у разновидностей перистых облаков fibratus и uncinus, у разновидностей stratiformis высококучевых и слоисто-кучевых, у mediocris, а иногда и у видов humilis кучевых облаков [88] [89] и у рода altostratus. [90]
Другая разновидность, duplicatus (близко расположенные слои одного типа, расположенные один над другим), иногда встречается с перистыми облаками видов fibratus и uncinus, а также высококучевыми и слоисто-кучевыми облаками видов stratiformis и lenticularis. Разновидность undulatus (имеющая волнистое волнообразное основание) может встречаться с любыми облаками видов stratiformis или lenticularis, а также с альтостратусами. Это редко наблюдается у stratus nebulosus. Разновидность lacunosus вызвана локализованными нисходящими потоками, которые создают круглые отверстия в форме сот или сетки. Иногда встречается с перисто-кучевыми и высококучевыми облаками видов stratiformis, castellanus и floccus, а также слоисто-кучевыми облаками видов stratiformis и castellanus. [85] [86]
Комбинации
Некоторые виды могут одновременно отображать комбинированные разновидности, особенно если одна разновидность основана на непрозрачности, а другая - на основе узора. Примером этого может быть слой высококучевых слоистых, расположенных в виде сходящихся рядов, разделенных небольшими разрывами. Полное техническое название облака в этой конфигурации - altocumulus stratiformis radiatus perlucidus , которое идентифицирует соответственно его род, вид и две комбинированные разновидности. [76] [85] [86]
Вспомогательные облака, дополнительные функции и другие производные типы
Дополнительные функции и вспомогательные облака не являются дальнейшими подразделениями типов облаков ниже уровня видов и разновидностей. Скорее, это либо гидрометеоры, либо особые типы облаков с собственными латинскими названиями, которые образуются в ассоциации с определенными родами, видами и разновидностями облаков. [76] [86] Дополнительные особенности, будь то в виде облаков или осадков, непосредственно связаны с основным родом облаков. Вспомогательные облака, напротив, обычно отделены от основного облака. [91]
Дополнительные функции на основе осадков
Одна группа дополнительных характеристик - это не фактические образования облаков, а осадки, которые выпадают, когда капли воды или кристаллы льда, составляющие видимые облака, становятся слишком тяжелыми, чтобы оставаться в воздухе. Вирга - это особенность, наблюдаемая с облаками, производящими осадки, которые испаряются, прежде чем достигают земли, и относятся к родам перисто-кучевых, высококучевых, высокослоистых, слоисто-кучевых, слоисто-кучевых, кучево-дождевых и кучево-дождевых. [91]
Когда осадки достигают земли, не испаряясь полностью, это обозначается как особенность praecipitatio . [92] Обычно это происходит с altostratus opacus, который может давать обширные, но обычно легкие осадки, и с более толстыми облаками, которые демонстрируют значительное вертикальное развитие. Из последних восходящих кумулюсов mediocris образуются только отдельные легкие ливни, в то время как нисходящие нимбослоистые облака способны выпадать более сильные и обширные осадки. Возвышающиеся вертикальные облака обладают наибольшей способностью вызывать интенсивные осадки, но они имеют тенденцию локализоваться, если не организованы вдоль быстро движущихся холодных фронтов. С скопления кучевых облаков могут идти ливни средней и сильной интенсивности. Кучево-дождевые облака, крупнейшие из всех родов облаков, способны вызывать очень сильные ливни. Низкие слоистые облака обычно производят только легкие осадки, но это всегда происходит как особенность praecipitatio из-за того, что этот род облаков расположен слишком близко к земле, чтобы допустить образование вирги. [76] [86] [91]
Дополнительные облачные функции
Наковальня - наиболее типичная дополнительная особенность, наблюдаемая только у кучево-дождевых облаков вида capillatus. Кучево Наковальня облако сверху является тот , который распространен в четкую форму наковальни в результате повышения воздушных потоков удара слоя стабильности на тропопаузе , где воздух больше не продолжает получать холоднее с увеличением высоты. [93]
В татапе особенность формы на основаниях облаков как обращенный вниз пузырь , как-выпуклости , вызванных локализованным нисходящими внутри облака. Его также иногда называют mammatus , более ранняя версия термина, использовавшаяся до стандартизации латинской номенклатуры, осуществленной Всемирной метеорологической организацией в 20 веке. Самыми известными являются кучево-дождевые облака с mammatus , но характерные черты млекопитающих также иногда наблюдаются с перистыми, перисто-кучевыми, высококучевыми, альтослоистыми и слоисто-кучевыми облаками. [91]
Туба функция представляет собой столбец облака , которое может висеть на дне кумулюса или кучево. Недавно сформированный или плохо организованный столбец может быть сравнительно безобидным, но может быстро превратиться в воронкообразное облако или торнадо. [91] [94] [95]
Arcus особенность является рулон облака с рваными краями прикреплен к нижней передней части кучевых или кучево , что формы вдоль передней кромки линии шквала или грозового оттока. [96] Большое дугообразное образование может иметь вид темной угрожающей дуги. [91]
Несколько новых дополнительных функций были официально признаны Всемирной метеорологической организацией (ВМО). Колебание признаков может образовываться в условиях сильного сдвига атмосферного ветра, когда слоисто-кучевые, высококучевые или перистые облака разбиваются на равномерно расположенные гребни. Этот вариант иногда неофициально называют облаком Кельвина – Гельмгольца (волновым) . Это явление также наблюдалось в облачных образованиях над другими планетами и даже в атмосфере Солнца. [97] Другой сильно нарушенный, но более хаотичный объект волнообразного облака, связанный со слоисто-кучевыми или высококучевыми облаками, получил латинское название asperitas . Дополнительный признак кавум - это круглое отверстие с полосами падения, которое иногда образуется в тонком слое переохлажденных высококучевых или перисто-кучевых облаков. Полосы падения, состоящие из вирги или пучков перистых облаков, обычно видны под отверстием, когда кристаллы льда выпадают на более низкую высоту. Этот тип отверстия обычно больше, чем типичные отверстия лакунозы. Murus особенностью является облако кучево стена с понижающим, вращающейся облачности , чем может привести к развитию торнадо. Конская особенность является хвост облака , которое проходит горизонтально от облака MURUS и является результатом подачи воздуха в шторм. [83]
Вспомогательные облака
Дополнительные облачные образования, отделенные от основного облака, известны как дополнительные облака . [76] [86] [91] Более тяжелые осаждающие облака, нимбослоистые облака, возвышающиеся кучевые облака (cumulus congestus) и кучево-дождевые облака обычно видят образование в осадках паннуса , низких рваных облаков родов и видов , а также разломов кучевых облаков или слоистых облаков. [79]
Группа дополнительных облаков состоит из образований, которые связаны в основном с восходящими кумулиформными и кучево-дождевидными облаками свободной конвекции. Пилеус - это шапочное облако, которое может образовываться над кучево-дождевым или большим кучевым облаком [98], тогда как velum представляет собой тонкий горизонтальный лист, который иногда формируется как фартук вокруг середины или перед родительским облаком. [91] Вспомогательное облако, недавно официально признанное Всемирной метеорологической организацией, - это желоб , более неофициально известный как хвост бобра . Он образуется в результате теплого и влажного притока сверхъячейковой грозы, и его можно принять за торнадо. Хотя водовод может указывать на опасность торнадо, он похож по внешнему виду на облака паннуса или скуд- облака и не вращается. [83]
Мать облака
Изначально облака образуются при чистом воздухе или превращаются в облака, когда туман поднимается над уровнем поверхности. Род новообразованного облака определяется в основном такими характеристиками воздушных масс, как стабильность и влажность. Если эти характеристики меняются со временем, род имеет тенденцию соответственно меняться. Когда это происходит, исходный род называется материнским облаком . Если материнское облако сохраняет большую часть своей первоначальной формы после появления нового рода, оно называется генитальным облаком. Одним из примеров этого является слоисто-кучевые кучевые облака, слоисто-кучевые облака, образованные в результате частичного распространения кучевых облаков при потере конвективной подъемной силы. Если материнское облако претерпевает полную смену рода, оно считается измененным облаком. [99]
Другой генитус и облака mutatus
Категории genitus и mutatus были расширены, чтобы включить определенные типы, которые не происходят из ранее существовавших облаков. Термин flammagenitus (латинское слово « созданный огнем») применяется к кучевым облакам или кучево-дождевым облакам, которые образуются в результате крупномасштабных пожаров или извержений вулканов. Более мелкие низкоуровневые «пирокумулусные» или «кучевые» облака, образованные в результате ограниченной промышленной деятельности, теперь классифицируются как cumulus homogenitus (латинское слово « искусственно созданное»). Инверсионные следы, образующиеся из выхлопных газов самолетов, летящих в верхних слоях тропосферы, могут сохраняться и распространяться в образования, напоминающие циррусы, которые называются cirrus homogenitus . Если облако cirrus homogenitus полностью переходит в любой из высокоуровневых родов, их называют cirrus, cirrostratus или cirrocumulus homomutatus . Stratus cataractagenitus (лат. «Вызванный катарактой») образуются из-за брызг из водопадов. Silvagenitus (лат. « Созданный в лесу») - это слоистое облако, которое образуется при добавлении водяного пара в воздух над пологом леса. [99]
Слоисто-кучевые поля
Слоисто-кучевые облака могут быть организованы в «поля», которые принимают определенные специально классифицированные формы и характеристики. Как правило, эти поля более различимы с большой высоты, чем с уровня земли. Часто их можно встретить в следующих формах:
- Актиноформ , напоминающий лист или колесо со спицами.
- Закрытая ячейка, мутная в центре и прозрачная по краям, похожая на заполненные соты . [100]
- Открытая ячейка, напоминающая пустые соты, с облаками по краям и чистым открытым пространством посередине. [101]
Вихревые улицы
Эти паттерны образованы из явления, известного как вихрь Кармана , названного в честь инженера и специалиста по гидродинамике Теодора фон Кармана . [102] Ветровые облака могут формироваться в параллельные ряды, которые следуют за направлением ветра. Когда ветер и облака сталкиваются с высокогорными объектами суши, такими как вертикально выступающие острова, они могут образовывать водовороты вокруг высоких массивов суши, которые придают облакам искривленный вид. [103]