Облака

Облака, скопления или достаточно малых по своим размерам водяных капелек, или элементарно малых ледяных кристаллов, или, наконец, более или менее развитых снежинок, для поддержания в воздухе которых достаточно очень слабого восходящего тока. Эти скопления образуются из водяных паров воздуха, переходящих предел насыщения, когда начинается сгущение их, или конденсация, дающая начало образованию у земли — тумана, а в верхних слоях — облаков. Конденсация, или лучше «сжижение» паров воды в воздухе происходит вследствие охлаждения их 1) при восходящих токах воздуха (главная масса облака), 2) при соприкосновении с более холодными телами и лучеиспускании (иней, роса), а также 3) при смешении различных масс воздуха различной температуры, насыщенных или близких к насыщению. Если конденсация водяных паров происходит при температуре выше 0°, то они переходят в капельножидкое состояние, при температуре же ниже 0° — в твердое состояние ледяных кристаллов или снежинок. Согласно тем или иным условиям конденсации паров при достаточном обилии их в воздухе происходит образование различных видов облаков. В основу современной классификации видов облаков была положена классификация Л. Говарда, который предложил четыре основных типа облаков: кучевые — облака восходящих токов, перистые — облака смешения, слоистые, или облака охлаждения, и дождевые. Но эта классификация в дальнейшем оказалась недостаточной, а потому на международной метеорологической конференции в Мюнхене в 1891 г. была принята предложенная Гильдебрандсоном и Аберкромби новая классификация, по которой различают 10 типов облаков не только по внешним очертаниям, но и по высоте и по процессам возникновения, подразделяя их на формы резко очерченные (а), преимущественно при ясной погоде, и вытянутые, расплывчатые покровы (в), преимущественно при пасмурной погоде. В 1894 г. было поручено Международным Метеорологическим Комитетом Гильдебрандсону, Риггенбаху и Тейссеранде-Гоору издание атласа облаков, в основу которого и легла вышеупомянутая их классификация.

Согласно Международному Атласу облаков различают следующие формы их:

А. Верхние облака, средняя высота которых 9 000 метров.

а) 1. Cirrus (Ci)

в) 2. Cirro-Stratus (Ci-St)

В. облака средних высот, от 3 000 до 7 000 метров

а) 3. Cirro-Cumulus (Ci-Cu)

а) 4. Alto-Cumulus (ACu)

в) 5. Alto-Stratus (AS)

С. Низкие облака, ниже 2 000 метров.

а) 6. Strato-Cumulus (St-Cu)

в) 7. Nimbus (Nb).

D. облака восходящих токов.

а) 8. Cumulus. Вершина 1 800 метров, основание 1 400 метров (Сu).

в) 9. Cumulo-Nimbus. Вершина от 3 000 до 8 000 метров, основание около 1 400 метров (CuN).

Е. Приподнятый туман, ниже 1 000 метр.

10. Stratus (St).

Типичные внешние признаки для этих видов таковы:

1) Перистые облака, Сi, состоящие из ледяных кристаллов, имеют вид тонких белых волокон, располагающихся иногда в виде завитков, бородки пера  или отдельных нитей.

2) Перисто-слоистые облака, CiSt, в виде тонкого белесоватого покрова, то лишь придающие небу белесоватый оттенок, то имеющие строение перепутанных нитей. В них часто наблюдаются большие круги вокруг  солнца и луны, а также и ложные солнца. Эти оптические явления показывают, что CiSt состоят из ледяных кристалликов.

3) Перисто-кучевые, Ci-Cu, — мелкие барашки, располагающиеся группами или полосами, и резко выделяющиеся своей белизной на синем небе.

4) Высококучевые, ACut. Белые или сероватые округленные облака больших размеров, чем барашки, с затененными частями; располагаются группами, рядами, нередко сильно скученными.

5) Высокослоистые, AS, — густой серый или синеватый покров; в нем бывают венцы вокруг солнца и лупы.

6) Слоисто-кучевые, SCu, облака в виде мощных гряд или валов темного цвета.

7) Nimbus — дождевое облако, туча. Толстый бесформатной слой темных облаков с разорванными краями, характеризующийся продолжительными дождями или снегом.

8) Кучевые, Сu, — мощные облака с куполообразными вершинами и горизонтальным основанием. По преимуществу это — облака восходящего тока, образующегося днем.

9) CuN — грозовые, облака ливней. Мощные массы их в виде гор, башен, наковален часто оканчиваются кверху покровом нитеобразного строения — ложными перистыми. Толщина их достигает огромных размеров, иногда нескольких тысяч метров (наблюдалась до десяти тыс.).

10) Слоистые, St. Однообразная пелена облака вблизи земной поверхности — поднявшийся туман.

Кроме выше перечисленных видов, различают еще переходные формы низких облаков, встречающихся главным образом летом: слоисто-кучеобразное (Strato-cumuli-lormis), дождевое кучеобразное (Nimbus cumuliformis). Отмечается еще особый вид Cumulus с закругленными книзу отростками — Mammato-Cumulus. Отдельно оторванным клочьям облака, смотря по виду, дают названия: Fracto-Stratus, Fracto-Nimbus, Fracto-cumulus.

Но при более детальном изучении отдельных видов облака и сообразно с типами погоды, эта классификация становится уже недостаточной, и некоторые авторы предлагают новую, более широкую, чем принятия теперь международная, стараясь в ней оттенить более подробно тот или иной вид облака, придавая ему особые прилагательные, характеризующие его, например, Cirrus filosus, implexus, floccosus, Cumulus congestus, humilis, Alto-Cumulus sphericus, granosus и т. п.

Как особый род облаков восходящих токов могут быть выделены так называемые горные облака, покрывающие склоны некоторых гор или окутывающие их вершины. В этих облаках непрерывно идет процесс образования снизу и распадения наверху.

Особый вид облаков — серебристые или светящиеся облака, стоит совершенно особняком от рассмотренных выше видов. Это — блестящие белые облака, иногда принимающие желтовато-зеленый оттенок, своими очертаниями напоминающие перистые. Они наблюдаются очень редко и преимущественно летом в июне и июле на ясном небе в сумеречном сегменте, когда солнце опустилось градусов на 15 под горизонт. Их часто принимают за ненормально яркие зори. Высота этих облаков во много раз превосходит высоту обычных перистых облаков; в среднем она — около 80 км, но крайние ее пределы колеблются от 30 до 150 км. Благодаря такой высоте они видны на громадном расстоянии. Происхождение их еще не вполне выяснено, но наблюдения над поляризацией света, испускаемого этими облаками, показывают, что они должны состоять из твердых частиц, способных отражать световые лучи. Впервые серебристые облака наблюдались профессором Церасским в Москве 13 июня 1885 г. и в том же году астрономом Иессе в Берлине вскоре после сильного извержения вулкана Кракатоа, что дает основание предполагать их образование из вулканической пыли, носящейся в атмосфере; но наряду  с этим высказываются предположения о происхождении их из космической пыли или водяных паров. Последний раз светящиеся облака наблюдались особенно ярко в России и средней Европе 30 (18) июня 1908 г.

Облака  вида CiCu, ACu, SCu часто располагаются в виде параллельных, равноотстоящих рядов, напоминающих вид волн на поверхности моря. Это так называемые волнистые облака.  Гельмгольц дал следующее объяснение их происхождению: если в атмосфере идут один над другим два слоя воздуха, имеющие различные температуры и плотности, то на разделяющей их поверхности образуются воздушные волны, подобные тем, какие образуются на море от действия ветра, но только с той разницей, что воздушные волны в силу малой плотности воздуха должны отличаться большей длиной и высотой, чем волны на воде. Если же нижний слой насыщен или очень близок к насыщению, то достаточно подъема его на гребень волны для охлаждения до сгущения паров, и образующиеся при этом облака расположатся тогда на гребнях правильными рядами, разделенными свободными от облаков промежутками.

Нередко также приходится наблюдать расположение облаков в виде параллельных полос, тянущихся через все небо, и, вследствие перспективы, кажущихся исходящими и сходящимися в одной точке. Это — так называемая радиация облаков, или полярные полосы, — явление, присущее главным образом верхним облакам Сi, CiS, хотя и наблюдается также в ACu и SCu.

Более или менее удовлетворительного объяснения происхождения этого явления пока еще не дано.

При изучении облаков недостаточно определения только вида облака, но крайне важно также и определение высоты его, скорости и направления движения, дающих возможность судить о состоянии атмосферы в различных слоях ее.

Определение высоты облака производится наиболее точно при помощи фотограмметров, т. е. теодолитов с фотографическими камерами, которые  устанавливаются на двух концах   точно измеренной базы (не менее 1 километра), и по сигналу одновременно снимают одно и то же облако, измеряя при этом его угловую высоту и азимут. Концы базы обыкновенно соединяются между собой телефоном, чтобы уславливаться относительно облака, которое предполагают фотографировать. При наличии данных длины базы, угловой высоты и азимута облака для обоих пунктов   возможно довольно просто вычислить высоту фотографируемого облака. Также для этой цели можно пользоваться только теодолитом, делая ряд засечек вместо снимка. Кроме этого способа, определение высоты облака возможно при помощи змеев и шаров - зондов с самопишущими приборами. При этом с помощью теодолита отмечается момент затуманивания прибора, т. е. входа его в облако и затем, по показанию барографа в этот момент, определяется высота облака. В темную же часть суток для определения высоты облака пользуются прожектором. Последний устанавливается для этой цели под углом в 90°, и высота светлого пятна на облако, получающегося от луча прожектора, измеряется посредством теодолита, установленного на точно определенном расстоянии от прожектора. Зная расстояние от прожектора до теодолита и угловую высоту пятна, простой тригонометрической формулой можно вычислить высоту облака. Этим способом можно измерять высоты облаков, только находящихся непосредственно над лучом прожектора.

По международным наблюдениям, производившимся в 1896 и 1897 гг., получены следующие средние высоты различных видов облаков (в километрах):

Зимнее полугодие

	Ci	CiS	CiCu	AS	ACu	SCu	Nb	Cu (вершина)	Cu (осн.)	CuN (врш.)	S
США	9,5	9,5	7,4	4,8	3,8	2,4	1,8	1,7	1,2	3,7	1,1
Павловск Петроградской губернии 59 ½ ° с. ш.	8,7	7,1	6,0	-	3,2	1,5	-	1,6	1,1	-	1,0
Манилья 15° с. ш.	10,6	11,6	6,4	3,9	4,6	2,3	1,5	1,8	1,8	3,1	-

Летнее полугодие

	Ci	CiS	CiCu	AS	ACu	SCu	Nb	Cu (вершина)	Cu (осн.)	CuN (врш.)	S
США	10,4	10,6	8,8	5,8	5,0	2,9	1,9	1,8	1,2	5,0	0,8
Боссекоп (Норвегия 70° с. ш.)	8,3	6,6	5,4	4,6	3,4	1,3	1,0	2,2	1,3	4,0	0,7
Павловск Петроградской губернии 59 ½ ° с. ш.	8,9	8,1	5,1	-	3,1	1,8	-	2,4	1,6	4,7	0,8
Манилья 15° с. ш.	11,1	13,0	6,8	4,3	5,7	1,9	1,4	1,8	1,8	6,4	1,1

 

Из вышеприведенной таблицы видно, что все типы облаков выше летом, чем зимой, за исключением слоистых.

Хотя облака должны были бы одинаково образовываться на всевозможных высотах, однако наблюдения показывают, что на некоторых высотах облака всего чаще наблюдаются, как например, на средней высоте кучевых — 2 000 метров и перистых — около 10000 метров.

Высотам облаков свойственен также и суточный ход, не особенно, впрочем, резко выражающийся для всех видов, за исключением кучевых, максимум высоты и толщины которых выпадает на околополуденные часы. Суточный ход количества облаков также наиболее резко выражен у кучевых облаков, где максимум приходится на послеполуденные часы, а минимум на ночные, и слоистых, максимум которых приходится на раннее утро. Определение скорости движения облаков производится как в абсолютной мере, так и в относительной. Для получения абсолютных скоростей применяется тот же фотограмметрический способ, что и для определения высот, причем делаются два снимка одного и того же облака через определенный промежуток времени. Из полученных данных легко помощью тригонометрических формул вычислить скорость, а также и направление движения облака. Но этот способ является весьма кропотливым, а потому более пользуются определением относительной скорости движения облака, т. е. отношения скорости данного облака к его высоте. Последнее весьма простым способом определяется посредством нефоскопов. Наиболее простым и удобным прибором является нефоскоп Бессона. Он состоит из вертикального стержня, на вершине которого прикреплен горизонтальный, разделенный зубцами на равные промежутки 0,2 метра; расстояние вертикального стержня от уровня глаза наблюдателя до вершины зубцов равно 2 метра.

Установивши горизонтальный стержень параллельно движению облака, отсчетом по имеющемуся на вертикальном стержне кругу, точно ориентированному по странам света, можно получить направление движения облака. Проследивши же в этой установке движение какой-нибудь точки облака между двумя зубцами и определив время (t), в котором данная точка совершила этот путь, можно решением задачи подобных треугольников вычислить действительный путь, пройденный облаком, полагая, что высота его равна 1 000 метров, а отношение длины этого пути к времени, потребному для прохождения облака между зубцами (число которых обозначено — n), и есть относительная скорость (v) движения облака в метрах в секунду, т. е. v.t/0,2n = 1000/2 или v = 100n/t. Зная же высоту наблюдаемого облака, легко перейти от относительной скорости движения его к абсолютной. Кроме описанного нефоскопа следует указать на нефоскоп В. В. Кузнецова, дающий хорошие результаты. Есть также и другие нефоскопы, но они мало применяются у нас на практике.

Международные исследования скорости движения облака показывают, что высокие облака обладают наибольшей скоростью движения, доходящею в отдельных случаях, как, например, для CiS, до 103 метров в секунду, средняя же скорость их колеблется от 20 до 40 метров в секунду. В Америке скорость движения облака значительно больше, чем в Европе, в тропиках, судя по наблюдениям в Манилье, она очень невелика: для Сi, CiS — 16-13 m/s.

Облака

1. Cirrus.

2. Cirro-stratus.

3. Cirro-cumulus.

4. Alto-stratus.

5. Alto-cumulus.

6. Strato-cumulus.

7. Nimbus.

8. Cumulus.

9. Cumulo-nimbus.

10. Mammato-cumulus.

11. Волнистые облака Alto-cumulus.

12. Схема нефоскопа Бессона.

Литература: Dines («Symons  Met. Mag.», Jan. 1880); Assmann, «Mikroskopische Beobach. der Wolkenelemente», («Deutsche Met. Zeit.», 1885); G. Hellmann, «Neudrucke», Nr. 3; Luke Howard, «On the modification of clouds» (London, 1803; Berlin, 1894); Н. Hildebrandsson, «Sur la classification des nuages employée à l’Observ. Mét. d’Upsala» (1879); R. Abercromby, «Instructions for an international nomenclature of clouds» («Quart Journ.», XIII); «Международный Атлас облаков» Спб., 1898, Pаris, 1910); J. Vincent, «Atlas des nuages» (Bruxelles, 1907); Hildebrandsson и Hagström, «Des principals méthodes employées pour observer et mesurer les nuages» (Upsala, 1893); Рыкачев, «Международные наблюдения над облаками, произведенные в Павловске СПБ. Константиновской Обсерваторией в 1896/97 г.» (СПБ., 1900); «Обзор нефоскопов» («Метеорологический Вестник», 1906), а также ряд статей W.Koppen, А. de-Quervain и др. в «Meteorologische Zeitschrift».

Д. Нездюров.