Саймон Кинг – Чем пахнет дождь? Ясные ответы на туманные вопросы о климате и погоде (страница 14)

Знакомьтесь: слоистые облака

Слоистые облака: низкие и бледные (из них часто выпадает изморось)

Слоисто-кучевые облака: волнообразной формы, висят низко в небе и обычно не проливаются дождем.

Высокослоистые облака: загораживают Солнце, располагаются в средней части тропосферы (2–3 км), тусклого цвета

Перисто-слоистые облака: пелена высоких облаков, настолько разреженных, что они не блокируют ни солнечный, ни лунный свет. Состоят из ледяных кристаллов, находятся на высоте 6–12 км.

Слоистые облака существуют на всех уровнях тропосферы. В верхней ее части они образованы частицами льда, в нижней они почти бесформенны и вызывают то, что мы называем «нудным моросящим дождиком». Это типичная реплика метеорологов старой школы.

Облака, занимающие значительную площадь неба, не обладающие четкой формой и кажущиеся более плоскими, чем остальные, обычно относятся к слоистым. Они образуются посредством адвекции или инверсии кучевых облаков (если температура с набором высоты внезапно увеличивается). Если кучевые облака образуются на месте посредством конвекции, то причиной возникновения слоистых является адвекция. Эти облака иногда довольно плотные, но в них почти отсутствует вертикальное движение, зато горизонтально они могут простираться на многие километры. Когда образование таких облаков приобретает значительные масштабы, они проливаются дождем. Эти облака живут дольше, поскольку они покрывают большую площадь и менее подвержены влиянию локальных явлений, происходящих ближе к поверхности.

Перистые облака: жди непогоды

Посмотрите на небо, подождите, пока его начнет затягивать, а облака будут становиться плотнее, и засекайте время – дождь уже близко. Вращение Земли добавляет системе импульса и энергии, и ветры начинают дуть со значительной силой, когда облака снижаются и начинается дождь. Внимательному наблюдателю перистые облака скажут о том, что ветер и дождь находятся примерно в 800 километрах от него: это шесть часов, чуть больше или меньше в зависимости от скорости атмосферных явлений.

Будут ли ночью заморозки?

После заката земля теряет источник обогрева – солнечный свет. Если небо чистое, то накопленное за день тепло быстро уйдет и смешается с более холодным воздухом вверху, так что земная поверхность остынет. Плотные облака хорошо сохраняют тепло в ночное время: они служат одеялом, удерживая полученное за день тепло в низших слоях атмосферы. В этом может заключаться разница между морозной и обычной ночью. В самые жаркие летние дни облачное небо может усугублять сильную жару, поддерживая высокую влажность и чрезмерно высокую температуру воздуха. Звездная ночь сменяется морозным утром, росистым рассветом, а порой и туманом. Чаще всего, если не происходит вторжения другого воздушного фронта, самые низкие температуры наблюдаются через полчаса после восхода солнца, поскольку земля продолжает терять тепло даже после того, как Солнце набирает высоту в небе. В это время солнечный свет все же поступает на землю, и эта энергия преобразуется в тепло, поэтому воздух снова начинает медленно прогреваться.

Как мы предсказывали облака и дожди раньше?

Этот незамысловатый стишок порой оказывается необыкновенно мудрым. Он описывает так называемое рассеяние света, или рассеяние Рэлея, когда солнечные лучи встречаются со взвешенными в атмосфере частичками пыли, рассеивающими голубой свет и оставляющими более длинные волны красного света. Ночью небо красное, когда севшее солнце освещает его снизу. Это сулит сухую и теплую погоду и ясное утро. Поскольку погода в Великобританию приходит по большей части с запада, то солнце, видное уже после заката, говорит о том, что с запада не надвигаются облака. «Утром небо красно – пастуху опасно» – эта часть говорит о том, что хорошая погода, или область высокого давления, сейчас находится к востоку, так что есть немалые шансы, что вскоре наступит менее приятная погода.

Облака многое могут рассказать о погоде в ближайшее время. Кольцо вокруг Луны – это удивительным образом отраженный свет, проходящий через тонкий верхний слой перистого облака, состоящий из прозрачных ледяных кристаллов. Это лунное гало образуется благодаря различным хитроумным оптическим явлениям. Такой процесс называется рефракцией: ледяные кристаллы разлагают свет на его составляющие. Все остальные облака заслоняли бы Луну, но перистые могут рассказать о погоде, надвигающейся из местностей за сотни километров от нас. Пелена перистых облаков может затянуть небо, их нижние кромки углубляются, и в итоге начинается дождь.

Если не брать в расчет летние месяцы, когда в средних широтах морозов обычно не бывает, эта пословица чаще всего верна: ясные ночи, как правило, холодные. Днем Солнце обычно нагревает нижние слои атмосферы. Когда ночью этот источник тепла утрачивается, воздух остывает. Однако слой облаков служит хорошей изоляцией: тепло не уходит из нижнего слоя атмосферы. Без облаков же теплый воздух расходится во все стороны и остывает. В зимние и смежные с ними месяцы такое остывание может доходить до 0 °C и ниже, так что чистое небо – четкий признак того, что ночь будет морозной.

Этой пословице сопутствует научное объяснение. Открытие и закрытие сосновых шишек связано с влажностью воздуха. Каждая шишка состоит из чешуек; в сухую погоду эти чешуйки высыхают, шишка становится жесткой и открывается. Тем самым семена в ней становятся доступными для ветра, который может подхватить их и разнести по окрестностям. Влажный воздух оказывает на сосновую шишку противоположное действие: чешуйки впитывают влагу, приобретают эластичность и закрываются, защищая семена в их естественном положении. Таким образом, когда сосновые шишки открываются, жди сухой погоды, а когда закрываются – дождей.

Общая картина атмосферы

Мы, метеорологи, часто склонны дробить погоду и климатические условия по различным регионам – от пустынь и дождевых лесов до средних широт и даже более мелких зон, например, островов и взгорий. Но движение воздуха не признает преград и границ. Даже самые высокие горы не могут полностью воспрепятствовать этому неостановимому потоку.

Масштабная циркуляция воздуха клубится, ныряет, извивается и проносится над землей такими сложными и разнообразными способами, что можно говорить о полной взаимосвязи всех уголков Земли. Эта взаимосвязь между сухостью и влажностью, теплом и холодом оказывается на поверку еще более глубокой: воздух взаимодействует с океанами, он скользит по поверхности, постоянно превращаясь из газа в жидкость и наоборот. Шквальный ветер вызывает движение вод на поверхности, атмосферные вихри проникают в самые темные бездны океанов, а более устойчивые долгосрочные ветры изменяют круговорот воды в океанах не только горизонтально, но и вертикально, что, в свою очередь, приводит и к изменению погоды в этой местности.

Если смотреть сверху, то океаны похожи на непроницаемое стекло, однако постоянное движение воды оказывает невероятное воздействие на атмосферу. Океанская вода путешествует над планетой вдоль и поперек; даже самая холодная вода из антарктических придонных масс порой поднимается кверху, создавая приток самых холодных струй в океане, а впоследствии и в воздухе.

Атмосфера и океан не противостоят друг другу – они гармонично сосуществуют. Воздух быстрее реагирует на изменение климата, вода в океанах запаздывает, но их истории, в конечном счете, переплетаются. Ледниковые периоды, Эль-Ниньо и муссоны обязаны своим развитием и существованием тому и другому. Нельзя рассказывать историю атмосферы, игнорируя историю океанов. Именно здесь, между воздухом и водой, общая картина воздействует на частную, здесь появляются плоды настоящего сотрудничества между океанами и атмосферой.

Как воздух путешествует по миру?

Прежде чем ответить на этот вопрос, важно рассказать кое-что об общих принципах движения воздуха. Во-первых, воздух естественным образом движется из области, где воздуха больше (зона высокого давления), в область, где его меньше (зона низкого давления). Во-вторых, благодаря вращению Земли воздух движется из зон высокого давления к зонам низкого давления не прямо. Это явление известно как сила Кориолиса – так называемая «кажущаяся» сила, связанная с вращением Земли. Она отклоняет потоки воздуха, исходящие из областей высокого давления и направленные в области низкого. Эта сила действует и на те, и на другие области. Направление ее зависит от полушария: в Северном полушарии воздух движется против часовой стрелки вокруг зон низкого давления и по часовой стрелке вокруг зон высокого давления, а в Южном полушарии картина обратная.

Теплый влажный воздух поднимается кверху, и этот процесс продолжается, пока воздух, окружающий этот поток, остается более холодным. В конечном счете происходит столкновения теплых и холодных воздушных масс. Свойства этих масс отличаются: теплый воздух менее плотный, так что при столкновении большая часть теплого воздуха уходит вверх. Это небольшое отклонение в развитии погодных процессов становится нормальной циркуляцией, поскольку сила Кориолиса продолжает оказывать свое влияние.

Со временем восходящий воздух остывает и начинает конденсироваться, образуя облака и дождь. У поверхности этот восходящий воздух замещается, и в результате центростремительного движения окружающего воздуха формируется центр области низкого давления. Это замещение воздуха продолжается, пока восхождение воздуха не прекращается, что, в свою очередь, происходит, когда среда становится однородной (т. е. между слоями воздуха разной высоты нет температурной разницы). Однако в нижней части атмосферы восходящий воздух снижает давление у поверхности, и возникают зоны низкого давления.