Саймон Кинг – Чем пахнет дождь? Ясные ответы на туманные вопросы о климате и погоде (страница 12)

• 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).

Хотя невооруженным глазом заметить это трудно, воздух в солнечный день живет активной жизнью. Энергия солнечного света впитывается земной поверхностью. Часть ее отражается обратно в нижние слои атмосферы в виде инфракрасногоизлучения – тепла. Когда воздух становится теплее своего окружения, восходящие потоки теплого воздуха (лучшие друзья планеристов) медленно поднимаются вверх. Солнце продолжает прогревать поверхность, и температура нижних слоев воздуха продолжает расти. Этот процесс называется конвекцией и состоит в переносе тепла в такой среде, как воздух: более теплый воздух поднимается вверх и тем самым становится менее плотным, чем его окружение. Локальное восхождение тепла действительно важно, но самым важным топливом для облака, жизненно необходимым для его образования и развития, служит влага. Проходя над водой, воздух накапливает запасы водяного пара, притом, что интересно, чем выше температура, тем больше объем водяного пара, который может содержать в себе воздух. Когда горячий воздух восходит с поверхности и присоединяется на высоте к более холодному, завязка драматических событий заканчивается. Наблюдая за разыгрывающейся в небесах пьесой, метеорологи, любители следить за погодой и охотники за торнадо, нередко употребляют короткую и выразительную аббревиатуру – КДПЭ (САРЕ). Она расшифровывается как конвективная доступная потенциальная энергия (Convective Available Potential Energy) – это показатель количества энергии, доступного для формирования бури. Он говорит о том, насколько плотной будет буря, и насколько велика вероятность образования торнадо.

Прогноз погоды может сообщать о вероятности гроз в течение дня, но нередко грозы так и не случаются. Хотя синоптики могут предсказать наличие подходящих атмосферных условий для формирования грозовых облаков и, соответственно, гроз, гораздо сложнее предсказать, где именно эти облака образуются. Вы словно следите за кукурузой, которая жарится на сковороде: условия идеальны для того, чтобы зерна кукурузы начали взрываться, но нет никакой возможности угадать, какое именно зерно и в какой части сковородки взорвется первым. В день, когда предсказаны грозы, можно по определенным признакам понять, затронет ли гроза именно вас.

Первое, что вы замечаете, – это образование кучевого облака, типичного летнего пушистого облака в небе. Если в атмосфере достаточно тепла и влажности, кучевые облака превращаются в мощнокучевые. Они становятся все более плотными и темными. На следующей стадии облака развиваются в грозовые. Если слышен гром, то вы понимаете, что гроза на подходе. Когда она приближается, иногда перед звуком грома видны молнии – чаще это происходит ночью, когда вспышки более заметны. Дело в том, что свет движется быстрее звука, так что, если гроза все еще находится на определенном расстоянии, вы увидите молнию раньше, чем до вас докатится звук грома.