Облака и погода-4

23.03.2023

Облака вертикального развития: кучевые и кучево — дождевые

«Облака,  облака,  кучерявые  бока,

Пухленькие щечки, водяные бочки.

Не  мутите  вы  погоду,

перестаньте лить вы воду…»

(Детская народная песенка)

Кроме фронтальных облачных систем синоптического масштаба (о которых шла речь в предыдущих выпусках «Облака и погода»), называемых макросистемами (протяженность которых порядка 1000 км и более, продолжительность существования от 1 до 5 дней), имеются также облачные системы меньшего масштаба, именуемые мезосистемами (их протяженность порядка 10–100 км, продолжительность существования от нескольких до десяти часов). Таковы облака вертикального развития, относящиеся к внутримассовым облакам и системам облаков. Нижняя граница их лежит в нижнем ярусе, верхняя достигает тропопаузы. К ним относятся:

9. Кучевые облака (Cu): белые пушистые облака, похожие на клочья ваты. Высота 2.5 км и ниже. Обычно они широко р а з б р о с а н ы по небу и указывают на хорошую погоду (их называют ещё вестниками хорошей погоды), но если они очень крупные, высокие и многоголовые, то могут принести внезапные проливные дожди.

Почему так? А вот почему.

Рассказ о внутренней жизни кучевого «внутримассового» облака

Возникают кучевые облака обычно летним утром, когда солнечные лучи уже значительно прогреют почву — а от неё же прогревается и нижний слой воздуха, — и тёплые, более лёгкие струи воздуха начинают подниматься вверх, — это бывает заметно по лёгкому «дрожанию» воздуха на удалённом расстоянии. При этом почва отдает нагретому воздуху часть своей влаги, и он несёт невидимый для глаза водяной пар (молекулы воды) в высокие слои тропосферы.

Всё сильнее нагревает жаркое летнее солнце землю, всё больше нагретых воздушных струй уходит ввысь. Постепенно из отдельных струй образуется более мощный поток — обширный поток воздуха, устремляющийся вверх. Поднимаясь и попадая в более разрежённые и более холодные слои, нагретый воздух начинает расширяться, а, следовательно, и охлаждаться до такой степени, пока водяной пар не начинает «сгущаться» — конденсироваться. В результате образуются мириады мельчайших капелек, в совокупности составляющих облако. Происходит это потому, что количество водяного пара в воздухе не может возрастать беспредельно. При любой температуре наступает момент, когда воздух полностью насыщается водяным паром. Чем меньше нагрет воздух, тем меньше в нём водяного пара. Если при температуре 20°С в каждом кубометре воздуха может содержаться до 17 г воды в виде пара, то при 10° количество водяного пара снизится до 9.5 г. Вся «лишняя» влага (вода в виде молекул) в этом случае превращается в мельчайшие капельки воды — конденсируется. Так при подъёме воздуха в более высокие слои образуются облака. Как только нагрев земли ослабевает, кучевые облака уменьшаются в размерах, постепенно тают и к вечеру совсем пропадают. Такие облака называются облаками хорошей погоды, потому что они не развиваются дальше определенного предела. Но совсем другая картина получится во время сильной жары, когда, как говорится, «сильно парит» («духота»). В этом случае поток «ещё более влажного» восходящего воздуха, поднявшись на высоту 1500-2000 м, образует мощное кучевое облако. Конденсация водного пара в облаке вызывает выделение скрытой теплоты конденсации (той теплоты, которая была потрачена ранее на испарение воды), вследствие чего восходящий поток остаётся теплее окружающих слоёв, и облако продолжает расти-расширяться (больше вверх, но и в ширь тоже), превращаясь в громадное грозовое-ливневое облако. Вершина такого облака достигает 9-12 км. Такая облачная гора является ареной сильнейших атмосферных завихрений, и строение её настолько сложно, что она справедливо называется «фабрикой погоды». Интересно проследить распределение температуры по вертикали этой «горы». Когда у поверхности земли +25°, у основания (низа) облака температура понижается до +10°, а на высоте 4 км она падает до минус 5°. Выше отмечаются уже «совсем» сильные морозы, достигающие на высоте 8 км минус 30°. В связи с такими температурами первая треть облака (нижняя) состоит из капель воды, вторая – из смеси переохлажденной воды, града и крупы, а последняя треть – из снега. Снег сплошной завесой низвергается в более низкие слои и обнаруживается визуально по белым нитям и полосам, окаймляющим облако. Наблюдая за идущим ливнем, мы с трудом можем представить самую настоящую зимнюю вьюгу, которая бушует в самом облаке. Только падающий град свидетельствует о том, что где-то высоко над нами температура значительно ниже 0°С. Из самой вершины грозового-ливневого облака, в зоне ещё более сильных морозов, выходят похожие на мётлы перистые облака, состоящие, как мы уже знаем, из ледяных иголок. Внутри облака всё «кипит и бушует», поэтому оно принимает такую «кучерявую» форму. Восходящие потоки подносят всё новые и новые массы влажного воздуха, «питающие» облако. Непрерывно происходит конденсация пара, образуются капли дождя. Падая вниз, они укрупняются и ливнем падают на землю. Выпадающие из облака ливневые осадки вызывают сильный нисходящий поток воздуха («вертикальный ветер»), который при достижении земной поверхности растекается в разные стороны, но главным образом в направлении движения облака, где формируется зона резкого усиления ветра, называемая зоной шквала, или фронтом порывистости. Процесс притока водяного пара и его конденсация продолжается до тех пор, пока в силу каких-либо причин не ослабевают воздушные потоки. Как только это случается, облако теряет кучевую-«кучерявую» форму, расплывается и, вылив запас воды, иссякает…

Из всего многообразия кучевых облаков выделяют 4 основные вида: кучевые плоские, разорванно-кучевые, кучевые средние, и мощные кучевые.

Полное отсутствие кучевых облаков является признаком или очень слабого развития конвекции, или большой сухости воздуха.

Если кучевые облака появляются не с самого утра, а сравнительно поздно и развиваются слабо, то это почти всегда является признаком устойчивой, умеренно теплой и умеренно влажной погоды.

Если же кучевые облака появляются с раннего утра и быстро растут вверх и вширь, то в дальнейшем можно ожидать превращения их в кучево-дождевые облака и выпадения ливневых осадков.

Если кучевые облака значительно возрастают по величине и принимают размеры громадных гор в несколько километров вышиной и с плоским основанием, то при отсутствии постоянного ветра можно ждать грозы или дождя.

Или: утром облака в виде гор – вечером потоки дождя.

Народная примета гласит: «Сбежались тучки в одну кучку — дождь будет».

В своем развитии ливневые-грозовые облака проходят три стадии:

1-я стадия — начальное развитие, представленное облаками кучевыми, мощно-кучевыми.

2-я стадия — максимальное развитие, наиболее опасная, представлена кучево-дождевыми облаками с вертикальным развитием в 9-12 километров, из которых выпадают осадки в виде града и ливней.

3-я стадия – разрушение; размывание кучево-дождевых облаков начинается снизу, преобладают нисходящие потоки. Цикл жизни кучево-дождевого (грозового) облака продолжается 1-6 часов.

10. Кучево-дождевые (грозовые-ливневые) облака (Cb): являются самыми опасными облаками, представляют собой мощные массы клубящихся облаков с вертикальным развитием (см. выше). С ними связаны грозы, ливни, град, шквалы, смерчи, сдвиги ветра. Кучево-дождевые облака вверху имеют вид наковальни, в направлении которой и смещается всё облако. Высота нижней границы обычно находится в пределах от 0.6 до 1.2 км. Верхняя граница кучево-дождевого облака достигает 4–5 км, в отдельных случаях – высоты тропопаузы: 10 и более км.

Мощные кучевые и кучево-дождевые облака почти всегда сопровождаются шквалами. Шквалы, связанные с кучево-дождевые облаками, бывают наиболее сильно выражены при штиле, так как при сильном ветре турбулентное перемешивание препятствует образованию упорядоченных вертикальных движений, необходимых для возникновения резко выраженного шквала.

В кучево-дождевых облаках выделяют 2 вида: кучево-дождевые лысые и кучево-дождевые волосатые.

Фотографии облаков вертикального развития.

КУЧЕВЫЕ

КУЧЕВО-ДОЖДЕВЫЕ

СОЧЕТАНИЯ ОБЛАКОВ