ОБЛАКА́

ОБЛАКА́, ско­п­ле­ние в ат­мо­сфе­ре во взве­шен­ном со­стоя­нии про­дук­тов кон­ден­са­ции во­дя­но­го па­ра в ви­де мель­чай­ших ка­пель во­ды, ле­дя­ных кри­стал­лов ли­бо тех и дру­гих вме­сте, ви­ди­мых не­воо­ру­жён­ным гла­зом.

Состав облаков

Кучевые облака. Фото Д. В. Соловьёва

Раз­ме­ры по­дав­ляю­ще­го боль­шин­ст­ва ка­пель в об­лач­ном воз­ду­хе со­став­ля­ют ты­сяч­ные и со­тые до­ли мм, а их кон­цен­тра­ция – сот­ни в 1 см³. Кри­стал­лы обыч­но име­ют в де­сят­ки раз бо́ль­шие раз­ме­ры, а кон­цен­тра­ция их в ты­ся­чи и де­сят­ки ты­сяч раз мень­ше (до сот­ни в 10³ см³). Фор­ма кри­стал­лов за­ви­сит гл. обр. от темп-ры их об­ра­зо­ва­ния и чрез­вы­чай­но раз­но­образ­на – иг­лы, стол­би­ки, пуч­ки стол­би­ков, тон­кие и тол­стые пла­стин­ки и др. Мас­са скон­ден­си­ро­ван­ной во­ды в еди­ни­це объ­ё­ма О. на­зы­ва­ет­ся вод­но­стью О. и ко­леб­лет­ся обыч­но от де­ся­тых до­лей до не­сколь­ких г/м³ для ка­пель­ных О. и от ты­сяч­ных до де­ся­тых до­лей г/м³ в кри­стал­ли­че­ских. Дли­тель­ное су­ще­ст­во­ва­ние О. объ­яс­ня­ет­ся ма­лы­ми ско­ро­стя­ми па­де­ния час­тиц (ка­п­ли ра­диу­сом 1–10 мкм па­да­ют со ско­ро­стью 0,05–1,2 см/с), на­ли­чи­ем вос­хо­дя­щих дви­же­ний воз­ду­ха, ко­то­рые не толь­ко под­дер­жи­ва­ют об­лач­ные час­ти­цы, но и вме­сте с тур­бу­лент­ны­ми дви­же­ния­ми обес­пе­чи­ва­ют при­ток во­дя­но­го па­ра и спо­соб­ству­ют за­ро­ж­де­нию но­вых час­тиц. О. мо­гут быть ка­пель­но-жид­ки­ми или сме­шан­ны­ми, со­дер­жа­щи­ми в сво­ей мас­се су­хой воз­дух, во­дя­ные ка­п­ли и ле­дя­ные кри­стал­лы. С точ­ки зре­ния тер­мо­ди­на­ми­ки для та­ких О. ха­рак­тер­на кол­лои­даль­ная не­ус­той­чи­вость. При од­ной и той же темп-ре воз­ду­ха на ка­ж­дом уров­не вы­сот внут­ри О. на яд­рах кон­ден­са­ции воз­ни­ка­ют, рас­тут, пе­ре­ме­ща­ют­ся ка­п­ли; про­ис­хо­дят про­цес­сы ис­па­ре­ния од­них об­лач­ных эле­мен­тов и кон­ден­са­ция дру­гих до на­ча­ла их вы­па­де­ния из О. в ви­де осад­ков. Вре­мя жиз­ни об­лач­ных час­тиц во мно­го раз мень­ше вре­ме­ни жиз­ни О. в це­лом. Вы­па­де­ние осад­ков спо­соб­ст­ву­ет уно­су во­ды и ус­ко­ря­ет про­цесс раз­ру­ше­ния О., это про­ис­хо­дит бла­го­да­ря в зна­чит. ме­ре тур­бу­лент­но­сти воз­ду­ха. Цикл жиз­ни О. за­вер­ша­ет­ся ис­па­ре­ни­ем его со­став­ляю­щих. Ес­ли во­да в О. со­хра­ня­ет­ся в жид­ком со­стоя­нии при темп-ре ни­же 0 °С, про­ис­хо­дит пе­ре­ох­ла­ж­де­ние О., в них на­блю­да­ет­ся ин­тен­сив­ное об­ле­де­не­ние ле­тат. ап­па­ра­тов. При со­при­кос­но­ве­нии с объ­ек­та­ми, по­па­даю­щи­ми­ся на пу­ти ка­пель пе­ре­ох­ла­ж­дён­но­го об­ла­ка (гор­ные скло­ны, вы­сот­ные со­ору­же­ния, разл. мач­ты и про­во­да и т. д.), воз­ни­ка­ет их об­ле­де­не­ние, а ино­гда и раз­ру­ше­ние под тя­же­стью осе­даю­ще­го на них льда. Вы­па­де­ние пе­ре­ох­ла­ж­дён­ных жид­ких осад­ков вы­зы­ва­ет на зем­ле и разл. пред­ме­тах го­ло­лёд.

Роль облаков в природных процессах

Фото Д. В. Соловьёва Кучево-дождевые облака.

О. эк­ра­ни­ру­ют зем­ную по­верх­ность от сол­неч­ной ра­диа­ции, ИК-из­лу­че­ния ат­мо­сфе­ры, от­ра­жа­ют встреч­ное ИК-из­лу­че­ние зем­ной по­верх­но­сти, иг­рая важ­ней­шую роль в фор­ми­ро­ва­нии те­п­ло­во­го ре­жи­ма и ув­лаж­нён­но­сти Зем­ли (осн. часть во­ды вы­па­да­ет в ви­де осад­ков из О., ко­то­рые со­дер­жат её во взве­шен­ном со­стоя­нии до 10⁹ т). Они яв­ля­ют­ся важ­ным зве­ном вла­го­обо­ро­та на Зем­ле, мо­гут пе­ре­ме­щать­ся на ты­ся­чи км, пе­ре­но­ся и пе­ре­рас­пре­де­ляя ог­ром­ные мас­сы во­ды. О. в со­че­та­нии с др. ме­тео­ро­ло­гич. фак­то­ра­ми в зна­чит. сте­пе­ни оп­ре­де­ля­ют ха­рак­тер по­го­ды в дан­ной ме­ст­но­сти, её кли­ма­тич. и мик­ро­кли­ма­тич. ре­жи­мы. См. так­же Об­лач­ность.

Процессы осадкообразования

Об­ра­зо­ва­ние О. свя­за­но с воз­ник­но­ве­ни­ем в ат­мо­сфе­ре об­лас­тей с вы­со­кой от­но­сит. влаж­но­стью. В осн. во­дя­ной пар со­дер­жит­ся в ниж­ней час­ти ат­мо­сфе­ры – тро­по­сфе­ре, по­это­му имен­но здесь на разл. вы­со­тах со­сре­до­то­че­но по­дав­ляю­щее боль­шин­ст­во О. Не­по­сред­ст­вен­но у зем­ной по­верх­но­сти ско­п­ле­ние про­дук­тов кон­ден­са­ции на­зы­ва­ет­ся ту­ма­ном. Гра­ни­ца об­ла­ко­об­ра­зо­ва­ния в ат­мо­сфе­ре прак­ти­че­ски все­гда сов­па­да­ет с уров­нем кон­ден­са­ции, т. е. с вы­со­той, на ко­то­рой во­дя­ной пар, под­ня­тый из ниж­них слоёв ат­мо­сфе­ры вме­сте с су­хим воз­ду­хом, дос­ти­га­ет со­стоя­ния на­сы­ще­ния. На­ли­чие в ат­мо­сфе­ре ог­ром­но­го чис­ла мель­чай­ших час­тиц, иг­раю­щих роль ядер кон­ден­са­ции, обес­пе­чи­ва­ет по­яв­ле­ние за­ро­ды­ше­вых ка­пель. На этом уров­не на­чи­на­ют­ся пе­ре­ход во­дя­но­го па­ра в жид­кое или твёр­дое со­стоя­ние и фор­ми­ро­ва­ние об­лач­но­го воз­ду­ха, со­стоя­ще­го из су­хо­го воз­ду­ха, во­дя­но­го па­ра и про­дук­тов кон­ден­са­ции. Ко­ли­че­ст­во про­дук­тов кон­ден­са­ции, как и их раз­ме­ры, за­ви­сят от ско­ро­сти вос­хо­дя­щих дви­же­ний в ат­мо­сфе­ре, оп­ре­де­ляю­щих ге­не­зис О., их строе­ние и вод­ность.

Осн. про­цесс об­ла­ко­об­ра­зо­ва­ния – подъ­ём возд. масс разл. мас­шта­ба при ат­мо­сфер­ных дви­же­ни­ях. При тур­бу­лент­ных дви­же­ни­ях воз­дух под­ни­ма­ет­ся в ви­де не­упо­ря­до­чен­ных вих­рей. Боль­шие мас­сы воз­ду­ха под­ни­ма­ют­ся на ат­мо­сфер­ных фрон­тах, ко­гда воз­ни­ка­ют об­лач­ные сис­те­мы пло­ща­дью в сот­ни ты­сяч км². В греб­нях ат­мо­сфер­ных волн так­же про­ис­хо­дит подъ­ём воз­ду­ха, и там, где су­ще­ст­ву­ют вол­но­вые дви­же­ния, мо­гут воз­ни­кать об­ла­ка.

Перистые облака. Фото В. В. Горбатовского

При пе­ре­ме­ще­нии возд. мас­сы в бо­лее вы­со­кие слои ат­мо­сфе­ры про­ис­хо­дит её ох­ла­ж­де­ние. Ес­ли при этом темп-ра до­сти­га­ет точ­ки ро­сы, т. е. от­но­сит. влаж­ность воз­ду­ха дос­ти­га­ет 100%, на­чи­на­ют­ся про­цес­сы кон­ден­са­ции. Тё­п­лый и ув­лаж­нён­ный воз­дух из ниж­них сло­ёв ат­мо­сфе­ры под­ни­ма­ет­ся в её верх­ние слои, об­ра­зуя О. ку­че­вых форм. Час­то в ан­ти­ци­кло­нах раз­ви­ва­ют­ся ку­че­вые пло­ские О., они не да­ют осад­ков, их на­зы­ва­ют «О. хо­ро­шей по­го­ды». Вос­хо­дя­щие по­то­ки об­ра­зу­ют и бо­лее мощ­ные О., вплоть до ку­че­во-до­ж­де­вых, даю­щих обиль­ные лив­не­вые осад­ки, со­про­во­ж­дае­мые мол­ни­ей и гро­мом. Ино­гда вы­па­да­ет град. На тё­п­лых ат­мо­сфер­ных фрон­тах вне­тро­пич. ци­кло­нов, вслед­ст­вие осо­бен­но­стей ат­мо­сфер­ных дви­же­ний, тё­п­лый воз­дух под­ни­ма­ет­ся вверх по кли­ну хо­лод­но­го. В этих слу­ча­ях на тё­п­лых фрон­тах фор­ми­ру­ет­ся об­лач­ность слои­сто-до­ж­де­во­го ти­па, за­ни­маю­щая гро­мад­ные про­стран­ст­ва и даю­щая об­лож­ные осад­ки. На хо­лод­ных фрон­тах об­ра­зу­ют­ся об­ла­ка слои­сто-ку­че­вых и ку­че­во-до­ж­де­вых форм, имею­щие мень­шую про­тя­жён­ность, но так­же про­сти­раю­щие­ся на боль­шие рас­стоя­ния. Наи­боль­шие про­стран­ст­ва обыч­но за­ни­ма­ют О. фрон­тов окк­лю­зии. Вос­хо­дя­щие дви­же­ния возд. масс про­ис­хо­дят и при пре­одо­ле­нии ими оро­гра­фич. пре­пят­ст­вий (при подъ­ё­ме воз­ду­ха вверх по скло­нам), а так­же при за­то­ке в су­жаю­щие­ся к сво­им вер­ховь­ям до­ли­ны. По­доб­ные про­цес­сы раз­ви­ва­ют­ся в ат­мо­сфе­ре и при фор­ми­ро­ва­нии кон­вер­ген­ции го­ри­зон­таль­ных возд. по­то­ков на рав­ни­нах. В об­лас­ти схо­ди­мо­сти пас­са­тов Сев. и Юж. по­лу­ша­рий в Ат­лан­ти­ке – Внут­ри­тро­пич. зо­не кон­вер­ген­ции (ВЗК), про­ис­хо­дит раз­ру­ше­ние пас­сат­ной ин­вер­сии при схо­ди­мо­сти возд. по­то­ков (пас­са­тов) на эк­ва­то­ри­аль­ных пе­ри­фе­ри­ях Азор­ско­го и Юж­но-Ат­лан­ти­че­ско­го ан­ти­ци­кло­нов. В ито­ге, в не­ус­той­чи­во ста­би­ли­зи­ро­ван­ной над океа­ном возд. мас­се раз­ви­ва­ют­ся круп­но­мас­штаб­ные вос­хо­дя­щие дви­же­ния, рас­тут мощ­ные ку­че­во-до­ж­де­вые об­ла­ка, про­би­ваю­щие свои­ми вер­ши­на­ми тро­по­пау­зу и про­ни­каю­щие на неск. км в стра­то­сфе­ру. Они да­ют в ВЗК лив­не­вые осад­ки, про­дол­жаю­щие­ся по неск. су­ток.

Дру­гой про­цесс об­ла­ко­об­ра­зо­ва­ния про­ис­хо­дит при ра­ди­ац. вы­хо­ла­жи­ва­нии ат­мо­сфер­ных сло­ёв, рас­по­ло­жен­ных на разл. вы­со­тах и со­дер­жа­щих дос­та­точ­ное ко­ли­че­ст­во во­дя­но­го па­ра. Так об­ра­зу­ют­ся слои­сто-ку­че­вые и слои­стые об­ла­ка и ту­ма­ны. Над рай­она­ми океа­нов, где сбли­жа­ют­ся хо­лод­ные и тё­п­лые те­че­ния, фор­ми­ру­ют­ся ту­ма­ны сме­ше­ния. При цир­ку­ля­ции ат­мо­сфе­ры, спо­соб­ст­вую­щей подъ­ё­му ту­ма­нов над мор­ской по­верх­но­стью, об­ра­зу­ют­ся слои­стые об­ла­ка.

Формы облаков

О. прак­ти­че­ски все­гда вы­де­ля­ют­ся на не­бе, по­сколь­ку их ви­ди­мая яр­кость су­ще­ст­вен­но от­ли­ча­ет­ся от яр­ко­сти без­об­лач­но­го не­ба. Един­ст­вен­ным ис­клю­че­ни­ем яв­ля­ют­ся пе­ри­сто-слои­стые О., по­кры­ваю­щие весь не­бо­свод; очень тон­кие, в оп­тич. смыс­ле, они про­зрач­ны для сол­неч­но­го из­лу­че­ния, их на­ли­чие ди­аг­но­сти­ру­ет­ся по оп­тич. яв­ле­нию в ат­мо­сфе­ре – га­ло. Бо­ко­вые гра­ни про­чих О., ос­ве­щён­ные Солн­цем, по­хо­жи на снеж­ные го­ры. Яр­кость не­бо­сво­да в мес­тах их рас­по­ло­же­ния воз­рас­та­ет. О. слои­стых или слои­сто-ку­чевых форм днём вид­ны на не­бо­скло­не в ви­де тем­но­ва­той пе­ле­ны, эк­ра­ни­рую­щей не­бо. Ино­гда в днев­ное вре­мя плот­ные О., на­хо­дя­щие­ся в близ­кой к зе­ни­ту об­лас­ти не­бо­сво­да, зна­чи­тель­но умень­ша­ют его яр­кость и об­щую днев­ную ос­ве­щён­ность. 

О. су­ще­ст­вен­но раз­ли­ча­ют­ся ме­ж­ду со­бой по мор­фо­ло­гии (внеш­не­му ви­ду), мик­ро­струк­ту­ре и вы­со­те рас­по­ло­же­ния над по­верх­но­стью Зем­ли. Пер­вые по­пыт­ки сис­те­ма­ти­за­ции форм об­ла­ков пред­при­ня­ты в кон. 19 в., ко­гда был из­дан пер­вый Ме­ж­ду­нар. ат­лас об­ла­ков, в Рос­сии по­след­ний ат­лас из­дан в 2011. В ос­но­ве опи­са­ния фо­то­ил­лю­ст­ра­ций ка­ж­до­го Ат­ла­са ле­жит Ме­ж­ду­на­род­ная клас­си­фи­ка­ция об­ла­ков, ко­то­рая де­лит О. на 10 ос­нов­ных форм, под­раз­де­ляю­щих­ся на ви­ды и раз­но­вид­но­сти. По вы­со­те рас­по­ло­же­ния над зем­ной по­верх­но­стью вы­де­ля­ют­ся О. верх­не­го и ниж­не­го яру­сов. Ино­гда осо­бо вы­де­ля­ют О. сред­не­го яру­са и О. вер­ти­каль­но­го раз­ви­тия.

В ука­зан­ную клас­си­фи­ка­цию вклю­че­ны лишь тро­по­сфер­ные О., иг­раю­щие важ­ную роль в по­го­до­об­ра­зую­щих про­цес­сах. Кро­ме это­го, в верх­них сло­ях ат­мо­сфе­ры су­ще­ст­ву­ют ещё два ти­па О., на­блю­дае­мых в стра­то­сфе­ре и в ме­зо­сфе­ре, – пер­ла­мут­ро­вые и се­реб­ри­стые. Они ино­гда вид­ны вско­ре по­сле за­хо­да Солн­ца, ко­гда его лу­чи ещё ос­ве­ща­ют слои ат­мо­сфе­ры на вы­со­тах бо­лее 20 км, т. е. в кон­це ас­тро­но­мич. су­ме­рек и в те­че­ние не­ко­то­ро­го вре­ме­ни по­сле их окон­ча­ния. Че­рез эти тон­кие О. про­све­чи­ва­ют звёз­ды. Пер­ла­мут­ро­вые О. со­сто­ят из пе­ре­ох­ла­ж­дён­ных ка­пель во­ды и на­блю­да­ют­ся на вы­со­тах 22–24 км. По ме­ре по­гру­же­ния Солн­ца под го­ри­зонт ме­ня­ет­ся их цвет и энер­ге­тич. яр­кость. Ино­гда, в лун­ные но­чи, они вид­ны на не­бо­скло­не как тём­ные по­ло­сы. Се­реб­ри­стые О. со­сто­ят из ле­дя­ных кри­стал­лов и на­блю­да­ют­ся на вы­со­тах 60–80 км.

Методы воздействия на облака

Совр. нау­ка и тех­ни­ка дос­тиг­ли уров­ня раз­вития, по­зво­ляю­ще­го управ­лять не­ко­торы­ми про­цес­са­ми в О., ис­кус­ст­вен­но из­ме­няя их фа­зо­вое со­стоя­ние и мик­ро­струк­ту­ру. Наи­боль­шие ус­пе­хи дос­тиг­ну­ты в рас­сеи­ва­нии пе­ре­ох­ла­ж­дён­ных О. и ту­ма­нов, в воз­дей­ст­вии на гра­до­опас­ные О. в це­лях пре­дот­вра­ще­ния гра­до­би­тий. Для рас­сея­ния пе­ре­ох­ла­ж­дён­ных О. и ту­ма­нов в них вно­сят­ся (с по­мо­щью спец. на­зем­ных ус­та­но­вок-ге­не­ра­то­ров или с са­мо­лё­та) хла­до­реа­ген­ты (час­ти­цы су­хо­го льда – твёр­дой уг­ле­ки­сло­ты) или час­ти­цы льдо­об­ра­зую­щих ве­ществ (ио­ди­стое се­реб­ро, ио­ди­стый сви­нец и др.), спо­соб­ст­вую­щие об­ра­зо­ва­нию в О.

дос­та­точ­но­го ко­ли­че­ст­ва кри­стал­ли­ков льда, ко­то­рые за­тем ук­руп­ня­ют­ся и вы­па­да­ют из О. При этом уп­ру­гость во­дя­но­го па­ра в О. по­ни­жа­ет­ся, ка­п­ли ис­па­ря­ют­ся и на­сту­па­ет рас­сея­ние О. (ту­ма­на). О. мо­гут быть ис­кус­ст­венно соз­да­ны с по­мо­щью те­п­ло­вых ис­точ­ни­ков кон­век­ции – ме­тео­тро­нов или с по­мо­щью вне­се­ния до­пол­нит. вла­ги. Так, при сго­ра­нии 1 кг ке­ро­си­на об­ра­зу­ет­ся ок. 1,2 кг во­дя­но­го па­ра. Это­го обыч­но дос­та­точ­но для об­ра­зо­ва­ния кон­ден­са­ци­он­ных сле­дов за са­мо­лё­та­ми, ле­тя­щи­ми на выс. 8–12 км. Дли­тель­ность су­ще­ст­во­ва­ния та­ких сле­дов за­ви­сит от влаж­но­сти ат­мо­сфе­ры. В разл. го­су­дар­ст­вах про­во­дят­ся на­уч. ра­бо­ты по ис­кусств. ре­гу­ли­ро­ва­нию и пе­ре­рас­пре­де­ле­нию осад­ков. Боль­шая при­род­ная из­мен­чи­вость ко­ли­че­ст­ва ес­те­ст­вен­но вы­па­даю­щих осад­ков су­ще­ст­вен­но ос­лож­ня­ет про­бле­му оп­ре­де­ле­ния ре­аль­ной эф­фек­тив­но­сти при­ме­няе­мых ме­то­дов воз­дей­ст­вия. Од­на­ко раз­ви­тие этих ме­то­дов име­ет боль­шие эко­но­мич., юри­дич. и со­ци­аль­ные ас­пек­ты. Не­кон­тро­ли­руе­мое управ­ле­ние О., вы­зы­ваю­щее за­су­хи, лес­ные по­жа­ры или на­вод­не­ния, мо­жет иметь гло­баль­ные не­га­тив­ные по­след­ст­вия для че­ло­ве­че­ст­ва.