Циррусы на стратусах, кумулюсами погоняют

«На удивление поздно возникла общепризнанная классификация облаков. Их многообразие всегда сбивало с толку специалистов. Нужна была система. В метеорологии это огромное достижение совершил англичанин Люк Говард, который по профессии был фармацевтом, а метеорологией просто увлекался. Он первый в начале XIX века разработал общепризнанную классификацию облаков. И он же является отцом городской климатологии, именно он открыл явление „городской остров тепла“», — рассказывает «Чердаку» кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник кафедры метеорологии и климатологии географического факультета МГУ Михаил Локощенко. Говард впервые разделил облака по формам на кучи (лат. cumulus), слои (лат. stratus) и перья (лат. cirrus) и дал всем им описание. «Правда, историки науки говорят, что нечто подобное незадолго до него предложил Жан Батист Ламарк в 1802 году, — отмечает Локощенко, — Например, перья он называл метлами. Но Ламарк увлекался долгосрочными прогнозами погоды, что, как известно, дело неблагодарное, и пытался прогнозировать погоду по Луне. В итоге неудачными прогнозами он сильно подорвал свой авторитет в области метеорологии. Настолько, что Наполеон в резкой форме посоветовал ему ограничить свою деятельность ботаникой» Форма облака зависит от высоты, на которой оно образуется: на нижнем ярусе — от 0 до 2 км — облака состоят из жидких капель; на верхнем ярусе — выше 7 км — уже из кристалликов льда, а на среднем, между этими высотами, кристаллики льда смешиваются с каплями, поэтому и облака там смешанные. Впрочем, деление по высоте довольно условное и зависит от широт и сезона: у полюсов высота ярусов ниже, а в тропиках выше среднего; летом в средней полосе России выше, а зимой ниже. Как в зоологии или ботанике, в метеорологии в названиях облаков сначала идет имя родовое, а затем видовое, например, Stratocumulus mammatus — это вымеобразные облака, относящиеся к слоисто-кучевым. И все они собраны в Международном атласе облаков, составляемом Всемирной метеорологической организацией. В прошлом году этот реестр пополнился новым экземпляром: облаками асперитас (Asperitas). «Это протяженные массивы слоисто-кучевой облачности, имеющей неровный нижний край, проявляющий причудливую структуру атмосферных волн в облачном слое. При определенном освещении эти облака могут выглядеть драматичными или даже устрашающими», — говорит главный специалист Гидрометцентра Марина Макарова. Впрочем, возможно, они встречаются чаще, чем мы думаем, но, чтобы понять, что мы видим над собой асперитас, нужно долго их разглядывать. А вот говорить, что эти облака «появились» в начале XXI века, неправильно, отмечает кандидат географических наук, штатный метеоролог сборной команды России по парусному спорту Леонид Дубейковский. «Просто у каждого появился смартфон, появилась возможность снимать таймлапсы. Эти облака точно так же были и тысячу лет назад, и миллион, — говорит Дубейковский, — А новые виды [облаков], кроме следов от самолетов, не появляются. Какие облака были тысячу лет назад, такие и сейчас». Облако. Начало «Само слово пар — очень опасное, — рассказывает „Чердаку“ Леонид Дубейковский, — Есть физическое понятие „водяной пар“ — это вода в газообразном состоянии, когда молекулы воды летают отдельно, так же, как молекулы азота и кислорода в атмосфере. Но у нас есть и бытовое понятие „водяной пар“ - это тот пар, который поднимается из носика чайника, или идет из открытой двери бани. Там вода уже не в газообразном состоянии, а в жидком, она состоит из мелких, микроскопических капелек воды, поэтому мы ее видим. По сути дела, туман, пар из носика чайника, облако — это уже вода в жидко-капельном состоянии». Когда солнце нагревает землю или воду, тепло от этой поверхности передается нижним слоям воздуха, в котором в той или иной концентрации есть вода в газообразном состоянии — тот самый водяной пар. С повышением температуры плотность воздуха понижается, и он стремится вверх. Чем выше он поднимается, тем ниже становится атмосферное давление и температура. В конце-концов температура достигает точки росы, при которой водяной пар в воздухе достигает насыщения и конденсируется. Но чтобы вода из газа смогла стать каплей или кристаллом льда даже при высокой относительной влажности и низкой температуре, ей нужны ядра конденсации, говорит Дубейковский, — твердые частицы, на поверхности которых и сможет выпасть роса. И тут облакам подходит абсолютно все, что есть в воздухе: от частичек пыли и микробов до загрязняющих веществ и даже помета с птичьих базаров, микроскопические частицы которого поднимает ветер. На конденсации основан и «разгон» облаков жидким азотом или йодистым серебром. Эти вещества в небе становятся ядрами конденсации, и облака, грозящие дождем, разрешаются от своего бремени немедленно. В открытом море ядрами конденсации становится морская соль, поднятая в воздух с поверхности воды. Этой соли над морем предостаточно: именно из-за конденсации на ее частицах яхтсменам, дайверам и кайтерам нужно опреснять одежду. Оставшиеся на них кристаллики соли притягивают молекулы воды, они оседают, и одежда остается влажной даже под палящим солнцем. Ученые сейчас предлагают распылять соленую морскую воду в воздухе над Большим барьерным рифом, чтобы защитить его от обесцвечивания — они предполагают, что образующиеся облака помогут снизить температуру, рост которой приводит к гибели кораллов. Нечто подобное, но с более катастрофическими последствиями, происходило в Лондоне, где до середины XX века для отопления в домах использовали уголь. Вместе с дымом в воздух попадало большое количество частиц различных веществ. Они становились ядрами конденсации и причиной легендарных туманов. Так, окутавший город в декабре 1952 года Великий смог стал причиной гибели от 4 тысяч до 12 тысяч человек. Куча или перо? Но вернемся к облакам. Все они образуются за счет подъема теплого воздуха, понижения давления, расширения воздуха, охлаждения, увеличения влажности и конденсации. Высота, на которой облака начинают образовываться — нижняя граница облачности (НГО), — во многом зависит от влажности воздуха: чем он суше, тем НГО выше. И, наоборот, чем более влажный — тем ниже. «Когда воздух влажный, конденсация начинается на нескольких сотнях метров — 300−400 метров может быть основание облака. Если воздух сухой, то конденсация может происходить на 1,5−2 км. В сухих климатах, над теми же самыми пустынями, вообще не будет конденсации», — говорит Дубейковский. Если теплый воздух поднимается с подстилающей поверхности, то, как правило, образуются облака нижнего яруса, чаще всего кучевые. А облака среднего и верхнего ярусов образуются, если все те же процессы — подъем теплого воздуха, его расширение, охлаждение, повышение влажности до 100% и конденсация, — происходят уже на высоте. Например, если воздух, уже находящийся на высоте, поднимается еще выше, встречаясь с горой или другим препятствием на своем пути. Таким препятствием может стать и клин холодного воздуха у поверхности — теплый массив начинает «забираться» по нему вверх. Так возникает температурная инверсия — температура воздуха на высоте оказывается выше, чем в слое ниже. «Вся воздушная масса, залезая на клин холодного воздуха, поднимается, на больших высотах образуются перистые облака. Поэтому считается, что появление перистой облачности — признак скорого ухудшения погоды, того, что идет теплый фронт», — рассказывает Дубейковский. Кроме того, инверсионные слои воздуха задерживают и не дают загрязняющим частицам, пыли и всему тому, что может стать ядрами конденсации, подняться на большие высоты. «Загрязняющие частицы задерживаются инверсионными слоями. В инверсионных слоях задерживаются вертикальные потоки, направленные вверх, — поясняет Дубейковский, — Когда летит самолет, вокруг него перенасыщение по влажности может составлять 120−150%, и его выхлоп, микроскопические частицы, становятся ядрами конденсации. И за ним может появиться длинный след, который не размывается в течение нескольких часов, из него даже образуются перисто-кучевые облака, они имеют характерную линейную структуру, и они могут как сетка закрывать небо. В некоторых районах Европы, где авиасообщение очень интенсивное, такие следы становятся локальным фактором, который влияет на погоду и климат. Сквозь них солнечные лучи отлично проникают, а длинноволновая радиация — фактор охлаждения поверхности, — наоборот, задерживается». Но не только самолеты производят облака. Города вообще работают как своего рода «фабрики облаков». «Любой город — источник облаков. Это прогрев. И есть такое понятие „городские острова тепла“. Бывает, что в городе градусов на 5−8 теплее, чем в пригороде, а значит, над городами висит облачность, и загрязнение там больше», — говорит Дубейковский. Кучи, гало и серебристые облака Хотя облака делят на три яруса, есть такие, которые растут вверх на километры и похожи на башни — это облака вертикального развития, или кучево-дождевые (Cumulonimbus). Чаще всего они образуются с нижнего яруса. Такие облака могут вырасти буквально за несколько минут, из них идет дождь или град, могут быть грозы, их образование сопровождается шквалами, говорит главный специалист Гидрометцентра Марина Макарова. Кучево-дождевые облака можно считать сезонными, в наших широтах они образуются в основном в теплое и переходное время года. Вообще чтобы появились кучевые облака, должен быть интенсивный прогрев поверхности, поэтому зимой, в его отсутствие, на небе царят слоистообразные облака. Другие гости на небосводе в средней полосе России, которые можно увидеть только в определенное время, — серебристые облака, рекордсмены-высотники. Они появляются в мезосфере, то если на высоте 75−90 км, и состоят из кристалликов льда. Вообще-то они образуются круглый год, но чтобы их увидеть нужно подходящее освещение. «Их можно наблюдать с середины мая до первых чисел августа: нужно смотреть на север, когда солнце уже прячется за горизонт — порядка 8−13 градусов. Солнечные лучи проникают высоко вверх до мезосферы и подсвечивают эти облака. Они были видны над Москвой несколько дней 25−28 июня, и 8−9 июля», — говорит Макарова. Лучи солнца в облаках создают и более известные оптические явления — радугу, отражаясь и преломляясь в каплях; гало, преломляясь в кристаллах льда. Кстати, метеорологи считают последнее признаком приближающегося теплого фронта, как и перисто-слоистые облака, в которых оно и появляется. Вид облаков может рассказать о том, насколько оно «мокрое». Например, если облако белоснежное, как пломбир или бумажный журавлик, то капли в нем совсем мелкие. И чем оно темнее, тем больше в нем крупных капель. Облака могут быть не только «сезонные», но и типичные для определенного места. Например, над Фудзиямой, камчатскими вулканами и вообще горами образовываются линзовидные, или лентикулярные облака. «В атмосфере существует волна, а воздух все равно протекает. То есть облако вроде как существует, но через него проходит воздух: относительно постоянная форма, но ее содержание постоянно меняется. Иногда может быть несколько линз одна над другой», — говорит Макарова.