Чем пахнет дождь? Ясные ответы на туманные вопросы о климате и погоде - Саймон Кинг

обозначен красными полукружиями на красной линии), а за ним – холодный (синие треугольники на синей линии). Каждый этап этого процесса характеризуется своим типом облаков, которые могут подсказать наблюдателю, какой именно фронт движется сейчас на небе. Воздушные массы неодинаковы по плотности – холодные плотнее, теплые легче, – и они не просто сливаются воедино – более теплый воздух оказывается поверх более холодного. Изначально между ними есть отчетливые границы, но затем они начинают смешиваться. Это можно видеть по изменению структуры облаков. Сначала формируются слоистые облака, затем – очень нестабильные кучевые.

• Перистые облака – высокая вуаль, сквозь которую проходят солнечные лучи. Первоначально теплый воздух огибает области холодного воздуха, примерно как ветер, который огибает ледяную глыбу. Первое смешивание происходит в верхней части тропосферы, о чем говорят тянущиеся по небу перистые облака. Эти тонкие клочковатые облака состоят из ледяных кристаллов, они могут быть сигналом того, что облака будут и дальше затягивать небо, и вскоре пойдет дождь.

• Высокослоистые облака, заслоняющие Солнце, находятся на средней высоте. Теплый воздух медленно проникает внутрь холодной воздушной массы, и в небе протягивается вереница облаков. Высокослоистые облака не меняют погоду – это предшественники более низких облаков, которые впоследствии прольются дождем.

• Слоисто-дождевые облака: из названия следует, что это облака, которые состоят из нескольких слоев и вызывают дождь. На этом этапе толстый слой из облака и влаги начинает доминировать в атмосфере, поднимаясь снизу вверх. Это именно дождевые облака, они висят в небе тяжело и низко, следуют за более высокими облаками и свидетельствуют о наступлении дождливой погоды и плохой видимости: зафиксированный теплый воздух смешивается с нижними слоями атмосферы. Эту влажную умеренную зону мы именуем теплым сектором.

• Кучевые облака: когда слоисто-дождевые облака уходят, небо очищается, говоря о том, что теплые воздушные массы сменяются более холодным и чистым воздухом. На этом этапе воздух нестабилен, и в небе начинают формироваться кучевые облака. Они свидетельствуют о приходе холодного фронта или о возвращении холодного воздуха. Их форма значительно четче очерчена, именно присутствие этих обособленных облаков приводит к прогнозу «облачно с прояснениями». Когда кучевые облака становятся крупнее – от «плоских» до «средних» и «мощных», – могут пойти ливневые дожди. Начинает дуть шквальный ветер, меняющий направление по часовой стрелке – лишнее свидетельство перехода от теплого фронта к холодному. Кучевые облака не всегда образуются низко над землей – они могут формироваться и в верхней части тропосферы, где воздух столь же неустойчив. Такие облака называются высококучевыми, если они образуются в среднем слое тропосферы, и перисто-кучевыми – если формируются в самом верхнем ее слое.

Образование, развитие и движение этого семейства облаков прекрасно фиксируют спутниковые снимки. На них можно увидеть вихри, закручивающиеся к центру низкого давления и простирающиеся на сотни километров. На подобных изображениях легко распознать гладкие формы облачного слоя и неплотные неравномерные, все в мелких волнах узоры кучевых облаков, что тоже свидетельствует об изменениях воздушных масс.

Проще говоря, эти крупные погодные системы – результат противостояния различных воздушных масс. Представьте себе огромную массу холодного воздуха, направляющуюся на юг из ледяного северного царства, и массу теплого, наполненного тропической влагой воздуха, пробивающую себе путь на восток. В какой-то момент они сталкиваются над океаном – два огромных массива воздуха, каждый со своими характеристиками. Это битва севера и юга, холода и тепла, полюса и тропиков. Слоистые облака, возможно, не приводят в восхищение тех, кто фотографирует и рисует небо или просто любит на него смотреть, но их взаимодействие с кучевыми облаками в некотором отношении можно считать окончанием рассказа о развитии облаков. Их совместный марш по небу – это нечто мощное и необозримое. Это объединение двух крайностей – тропиков и полюсов. Низкое давление и связанные с ним системы погодных фронтов необходимы для перераспределения тепла и воды по земному шару. Каждое облако вносит свой вклад: от тонких перистых облаков – первого признака того, что воздушные массы начинают смешиваться и погода меняется – до самых мощных кучевых, появляющихся в арьергарде и знаменующих собой переход от дождя к ливню и более чистому и холодному воздуху.

В какой момент облака проливаются дождем?

Возможно, вопрос о том, как дождь удерживается в облаке, еще сложнее, чем вопрос о том, из чего состоят сами облака. Эти чудесные переносчики воды по небу буквально окружены вопросительными знаками.

Мы знаем, однако, что в результате столкновений между облачными капельками образуются более крупные капли. Этот процесс называется коалесценцией (слипанием). Еще немного столкновений – и облачные капли преобразуются в дождевые. Пока еще сила локальных потоков внутри облака, вопреки силе тяжести, удерживает капли во взвешенном состоянии, и от нее зависит, будет ли дождь, и в какой именно момент он начнется. Когда капли достигают определенной массы, они становятся слишком тяжелыми для восходящих потоков, после чего сила тяжести одерживает победу.

Почему кажется, что нижние кромки всех облаков находятся на одной высоте?

По мере набора высоты воздух охлаждается, а при охлаждении наступает пороговое состояние: водяной пар больше не может оставаться газообразным, он начинает конденсироваться с образованием облаков. Это называется уровнем конденсации кромки облаков. В этот момент воздух становится достаточно холодным, чтобы содержащаяся в нем влага начала формировать мельчайшие капельки жидкой воды, из которых, в свою очередь, образуются облака. Эта температура называется точкой росы и изменяется от местности к местности, но в одном районе воздух обычно имеет примерно одинаковые свойства, уровень конденсации тоже почти одинаков, так что облака в одном районе формируются примерно на одной высоте.

Сколько времени живут облака?

Облака живут, пока существуют достаточные внутренние потоки, чтобы поддерживать конвекцию, конденсацию и коалесценцию, и пока существует постоянный приток в облака тепла и водяного пара. Этот постоянный процесс – одна из причин, по которым все водяные капли не падают в одно и то же время. Еще одно соображение, которое нужно принять во внимание – смешивание с более сухим воздухом и испарение воды из облака. Облака могут нагреваться солнечными лучами и длинноволновым излучением поверхности Земли. Туман или слоистые облака, образующиеся прохладным утром, часто исчезают к восходу Солнца: кажется, будто оно «сжигает» облако, которое просто испаряется. Когда приток водяного пара ослабевает, облака уменьшаются и исчезают. У некоторых облаков это происходит, когда дневная температура падает на закате (теряется конвекция). У других – после смешивания двух разных масс воздуха с нейтрализацией их энергий (теряется адвекция).

Все дело в конвекции

Хотя невооруженным глазом заметить это трудно, воздух