Облака, которые предсказывают погоду

Посмотрите на облака над вами, с их помощью можно прогнозировать погоду.

Современные прогнозы погоды опираются на сложные компьютерные модели. Они используют все физические уравнения, описывающие атмосферу, в том числе движение воздуха, атмосферное давление, энергию солнца, образование облаков и дождя.

Постепенное улучшение прогнозов с течением времени означает, что современные пятидневные прогнозы погоды столь же точны, как и трехдневные прогнозы 20 лет назад.

Но вам не нужен суперкомпьютер, чтобы предсказать, как, вероятно, изменится погода в вашей местности в течение последующих нескольких часов  —  это знали во всех культурах на протяжении тысячелетий. Наблюдая за небом над вами и немного зная о том, как формируются облака, вы можете предсказать, будет ли дождь.

И, кроме того, даже небольшое понимание физики формирования облаков подчеркивает сложность атмосферы и проливает свет на то, почему предсказание погоды на несколько дней вперед является такой сложной проблемой.

Итак, вот типы облаков, за которыми нужно следить, и как они могут помочь вам предсказать погоду.

Кучевые облака

Облака образуются, когда воздух охлаждается до точки росы, — температуры, при которой воздух больше не может держать в себе водяной пар. При этой температуре водяной пар конденсируется, образуя капельки жидкой воды, которые мы наблюдаем как облако. Для этого процесса необходимо, чтобы воздух был вынужден подниматься в атмосферу или чтобы влажный воздух соприкасался с холодной поверхностью.

В солнечный день лучи солнца нагревает землю, которая, в свою очередь, нагревает воздух над ней. Этот нагретый воздух поднимается вверх за счет конвекции и образует кучевые облака. Эти «ясные погодные» облака похожи на вату. Если вы посмотрите на небо, наполненное кучевыми облаками, вы можете заметить, что они имеют плоские основания, которые все лежат на одном уровне. На этой высоте от уровня земли воздух остывает до точки росы. Кучевые облака, как правило, предсказывают хорошую погоду без дождя.

Кучево-дождевые или грозовые облака

Рядом с землей кучево-дождевые облака хорошо выделяются, но выше они начинают выглядеть размытыми по краям. Этот переход показывает, что облако здесь больше состоит не из капель воды, а из кристаллов льда. Когда дуют порывы ветра, капли воды в облаке быстро испаряются в более сухом окружении, придавая водяным облакам четко выраженные края. А кристаллы льда, выносимые вне облака, быстро не испаряются, что дает размытый вид.

Кучево-дождевые облака зачастую плоские. Внутри такого облака теплый воздух поднимается конвекцией. При этом он постепенно остывает до тех пор, пока не будет такой же температуры, как окружающая атмосфера. На этом уровне воздух больше не подвижный, поэтому облако не может расти дальше ввысь. Вместо этого оно распластывается, образуя характерную форму наковальни.

Перистые облака

Перистые формы облаков образуются очень высоко в атмосфере. Они тонкие, состоят только из кристаллов льда, парящих в атмосфере. Если перистые облака переносятся горизонтально ветрами, движущимися с разной скоростью, то они приобретают характерную закрюченную форму. Только на очень больших высотах или широтах перистые облака вызывают дождь.

Но если вы заметили, что начинается перистые облака, охватывающие большую часть неба, и они становятся всё ниже и толще, то это хороший признак того, что приближается теплый фронт. В теплом фронте встречаются теплая и холодная воздушные массы. Более легкий теплый воздух вынужден подниматься над массой холодного воздуха, что приводит к образованию облаков. Опускающиеся облака показывают, что фронт приближается и в течение следующих 12 часов ожидается дождь.

Слоистые облака

Слоистые облака  —  это сплошной слой облаков, покрывающий небо. Они образуются мягким восходящим потоком воздуха или слабым ветром, приносящим влажный воздух через холодную землю или морскую поверхность. Слоистые облака тонкие, поэтому, хотя могут казаться мрачными, сильный дождь маловероятен, в лучшем случае пойдет легкий дождь. Слоистые облака идентичны туману, поэтому, если вы когда-нибудь гуляли в горах в туманный день, вы шли в слоистых облаках.

Лентикулярные (линзовидные) облака

Последние два типа облаков не помогут вам предсказать предстоящую погоду, но они дают представление о чрезвычайно сложных движениях атмосферы. Гладкие лентикулярные (линзовидные) облака формируются по мере того, как воздух взорван и находится над горным хребтом.

Пройдя мимо горы, воздух опускается на прежний уровень. При этом он нагревается и облако испаряется. Но он может перескочить, и в этом случае воздушная масса позволяет сформировать новое линзовидное облако. Это может привести к череде облаков, простирающихся далеко за пределы горного хребта. 

Взаимодействие ветра с горами и другими неровностями земной поверхности является одной из многих деталей, которые учитываются при компьютерном моделировании, чтобы получить точные прогнозы погоды.

Волнистые облака (завитки Кельвина-Гельмгольца)

Волнистые облака Кельвина-Гельмгольца очень редки. Образование этих облаков основано на неустойчивости Кельвина-Гельмгольтца, когда два слоя воздуха — теплый и холодный — соприкасаются друг с другом и движутся с различной скоростью. Причем, верхний холодный слой движется быстрее нижнего теплого.

Поднимаясь вверх, пары теплого воздуха охлаждаются и конденсируются в капли воды, а двигающийся с большей скоростью верхний холодный поток воздуха относит их в сторону, образуя гребень волнистых облаков. Так повторяется несколько раз,  поэтому облако приобретает волнообразную структуру.