Облака и осадки

Облака являются видимым проявлением поднимающегося, охлаждающегося воздуха, а микроскопические процессы роста капель и ледяных кристаллов внутри них определяют, будут ли они просто дрейфовать или высвободят свою воду в виде дождя, снега или града.

Definition

Облака — это видимые взвеси капель воды или ледяных кристаллов, образующиеся, когда влажный воздух охлаждается до насыщения, а осадки — это вода, выпадающая из них, как только частицы становятся достаточно большими и тяжелыми, чтобы преодолеть восходящие потоки.

Scope

Эта тема охватывает образование и классификацию облаков, нуклеацию капель и ледяных кристаллов на аэрозолях, а также микрофизические процессы, включая столкновение-коалесценцию и ледяной процесс Бержерона-Финдайзена, посредством которых облачные частицы вырастают до размеров осадков.

Core questions

• Как и на каких частицах образуются облачные капли и ледяные кристаллы?
• Как классифицируются облака по высоте и форме?
• Как мелкие облачные капли вырастают в дождевые капли?
• Какую роль играют ледяные процессы в образовании осадков?

Key theories

Процесс столкновения-коалесценции (теплый дождь)

В облаках, температура которых выше нуля, более крупные капли падают быстрее, сталкиваются с более мелкими и поглощают их, а также растут путем коалесценции, пока не станут достаточно тяжелыми, чтобы выпасть в виде дождя.

Ледяной процесс Бержерона-Финдайзена

В смешанных облаках более низкое давление насыщенного пара над льдом приводит к росту ледяных кристаллов за счет переохлажденных капель, что является эффективным путем образования большей части осадков на Земле за пределами тропиков.

Mechanisms

Облака образуются, когда поднимающийся, охлаждающийся воздух насыщается, и водяной пар конденсируется на ядрах конденсации облаков, образуя капли, или осаждается на ледяных ядрах, образуя кристаллы. Эти частицы слишком малы, чтобы падать, поэтому должен происходить их рост: в теплых облаках — путем столкновения и коалесценции капель, а в холодных или смешанных облаках — путем процесса Бержерона-Финдайзена, при котором ледяные кристаллы быстро растут, в то время как переохлажденные капли испаряются. Как только частицы становятся достаточно большими, чтобы преодолеть восходящий поток, они выпадают в виде дождя, снега, мокрого снега или града.

Clinical relevance

Понимание процессов образования облаков и осадков лежит в основе количественного прогнозирования осадков, интерпретации радиолокационных данных, прогнозирования обледенения в авиации и усилий по изменению погоды, таких как засев облаков, а также дает представление о том, как облака влияют на энергетический баланс и климат планеты.

History

Классификация облаков Люка Ховарда в начале XIX века дала облакам их устойчивые названия; в XX веке Бержерон и Финдайзен идентифицировали механизм образования осадков с участием ледяных кристаллов, а детальные лабораторные и полевые исследования, обобщенные в таких работах, как Пруппахер и Клетт, установили современную микрофизику облаков и осадков.

Key figures

• Luke Howard
• Tor Bergeron
• Walter Findeisen

Seminal works

• rogers1989
• pruppacher1997

Frequently asked questions

Почему одни облака дают дождь, а другие нет?

Облако производит осадки только тогда, когда его капли или ледяные кристаллы вырастают достаточно большими, чтобы падать против восходящего потока; это требует достаточного времени, влаги и правильных микрофизических процессов, поэтому многие облака просто испаряются, так и не дав дождя.

Как облака получают свои названия?

Облака классифицируются по системе, введенной Люком Ховардом в 1802 году, с использованием латинских корней, таких как cumulus для кучевых облаков, stratus для слоистых облаков и cirrus для перистых высоких облаков, в сочетании с приставками, обозначающими высоту и дождь.