Облако это лед или вода

Облако это лед или вода

2015-03-25
Строго говоря, облака не заполнены водой. Он не губки, которые впитывают воду. Облака состоит из очень мелких жидких капель или кристалликов льда, взвешенных в воздухе. Капли воды и кристаллы льда, можно сравнить с поплавком, так как они настолько малы, что сопротивление воздуха уравновешивается гравитацией. Чтобы быть более точным, капли воды и кристаллы льда, на самом деле не плавают неподвижно в небе. Они постоянно очень медленно падают под действием силы тяжести и иногда поднимаются в восходящем потоке воздуха. Это падение настолько медленно, а облака являются настолько большими и далекими, что трудно для случайного наблюдателя на земле, заметить это движение.

В книге «Физика облаков» Louis J. Battan, приведены следующие цифры: капля радиусом 10 мкм падает со скоростью 1 см / сек, капля радиуса 50 мкм уже падает со скоростью 26 см / сек. В случае, когда происходит увеличение капель в размере в результате столкновения и слияний, капли могут получаться настолько большими, что сопротивление воздуха не играет большой роли (при радиусе > 0,1 мм). Такие капли падают в виде дождя.

Облака в основном состоят из воздуха. Когда мы говорим, ведро наполнено водой, мы имеем в виду, что почти все свободное пространство, в ведре содержит воду. В облаке, все не так. Вода, составляющие облако падает в виде дождя задолго до того, когда оно сольется достаточно, чтобы заполнить весь объем облака. Удивительно, но только одна миллиардная часть объема облака состоит из воды. Все остальное — воздуха.

Как же облака могут быть так визуально яркими, если они состоят почти их воздуха? Главная причина в отражении света от поверхности объектов. Чем больше площадь поверхности, тем больше света отражается. Облака же кажутся белыми по тому же, почему снег выглядит белым. Так что, хотя облако не содержит много воды, с точки зрения общего объема, но триллионы маленьких капелек, в сумме обеспечивают многократное отражение и преломление.

Приведем пример в цифрах, предположим, что облако состоит из капель воды, которые все имеют радиус $R$ и равномерно распределены. Предположим, общий объем облака постоянен и равен $V$, а общий объем воды в этом облаке — $V_$. Объем единичной сферической капли воды $\frac<4> <3>\pi r^<3>$, количество капель $N$, то есть полный объем воды в облаке: $V_ = N \frac<4> <3>\pi r^<3>$. Кроме того, площадь поверхности одной сферы $4 \pi r^<2>$, так что общая площадь поверхности капель по всей облака $S_<\text<общ>> = N 4 \pi r^<2>$. Решаем полученную систему получаем: $ S_<\text<общ>> = \frac<3V_>$. Так как общий объем воды фиксирован, это уравнение говорит нам, что если радиус каждой капли уменьшается, общая площадь капель поверхности будет увеличиваться. Для облака капель с очень маленьким размером, общая площадь поверхности облака будет очень высокой. Так как количество света, отраженного от объекта сильно зависит от площади поверхности, отражательная способность такого облака будет очень высокой, несмотря на то, что это по сути воздух.

Следует отметить, что, хотя отдельные капли уменьшаются в размерах, их индивидуальная площадь поверхности, конечно, становится меньше. Но при фиксированном общем объеме воды в облаке, общее количество капель меньшего размера будет больше, что означает большую общую площадь поверхности.

Источник

Облака

Белоснежные, пушистые, плавно плывущие по небу облака красивы и необычны. Неотрывно любуешься ими, выискивая причудливые образы и формы. Атмосферные образования бывают разными по форме, величине, цветовой гамме, располагаются на разном расстоянии от планетарной поверхности. Воспринимаются как привычное явление, хотя не все знают причины их образования и виды. Ученые активно изучают атмосферное явление, с очередным исследованием получают новые интересные факты.

Что такое облака?

Облака – скопившиеся в атмосфере мельчайшие капли воды и ледяные кристаллы, являющиеся результатом конденсации водяного пара. Аналогичные образования, прилегающие к земной поверхности, называются туманом.

Облаками покрыта почти половина приземного атмосферного слоя. Окружающая планету облачная масса несет более 100 тонн воды, является существенной частью планетарного водного круговорота. Водяная взвесь перемещается в воздушном пространстве на сотни километров, обеспечивая распределение влаги на Земле.

Облако весит меньше окружающего воздуха, благодаря чему плывет по небу. Скорость перемещения обуславливается активностью ветра.

Белизна атмосферного объекта объясняется тем, что составляющие его структуру водяные капли крупнее окружающих атмосферных частиц. Капля, формой приближаясь к треугольнику, способна разделять проходящий сквозь нее световой луч на основные цвета, объединяющиеся в белый поток. Белый цвет превращается в серый, когда скопление капель уплотняется настолько, что прекращает пропускать световые лучи.

Продолжительность существования облаков определяется степенью влажности воздуха. При невысокой влажности испарение протекает интенсивно, облачная масса быстро иссякает (за 10 – 20 минут). Воздух с достаточной влажностью обеспечивает длительное существование водяной взвеси. Достигнув определенной плотности скопления, капли воды выпадают осадками.

Как образуются облака?

Капли воды, формирующие облачную структуру, поднимаются с поверхности суши и океана с теплыми потоками воздуха. Главная причина образования облаков – испарение. Оно активнее с океанов, годовая величина достигает 400 тысяч км 3 , а с суши меньше в 4 раза.

Достигнув верхних, более холодных атмосферных слоев, воздух остужается, находящийся в нем пар конденсируется: формируются микроскопические капли воды и частицы льда, становящиеся основой облака. Вода в атмосферном образовании пребывает в 3 агрегатных состояниях: жидком, твердом, газообразном. Агрегатное состояние – определяющий фактор вида объекта, его характеристик: длительности формирования и существования, внешнего вида, типа и обильности осадков.

При насыщенном влагой воздухе облако не способно образоваться без присутствия конденсационных частиц (пылевых, дымовых, солевых). Водяные капли прилипают к частицам, посредством их удерживаются в воздухе во взвешенном состоянии.

Агрегатное состояние, принимаемое каплями, определяется температурой в верхних атмосферных слоях:

• выше -10°C – влага остается жидкой;
• от -10 до -15°C – состояние смешанное (присутствуют капли и лед);
• ниже -15°C – влага превращается в кристаллы.

Какие бывают облака?

Образуются облака в тропосфере – нижнем слое атмосферы, занимающем пространство в 10 км от земной поверхности в полярных широтах, 12 км – в умеренных, 18 км – в тропиках. Редкие виды существуют выше тропосферы (на расстоянии от 20 до 80 км от планетарной поверхности).

Классификация облаков включает 4 вида:

• верхнего яруса;
• среднего;
• нижнего;
• вертикального развития.

Структуры верхнего яруса формируются на высоте 6 – 18 км, из них не выпадают атмосферные осадки:

1. Перисто-слоистые. Полупрозрачная пелена, состоящая из частиц льда, иногда чуть волнистая. Сквозь нее легко проходят солнечные лучи.
2. Перисто-кучевые. Ими становятся кучевые, сформировавшиеся в высоком тропосферном слое. Включают только ледяные частицы. Визуально похожи на покрывающую небо чешую.
3. Перистые. Самые высокие, занимают высший тропосферный слой. Характеризуются тонкой структурой, кажутся размазанными по небу. Внешне напоминают перья. В составе исключительно ледяные кристаллы.

Скорость перемещения объектов верхнего слоя обуславливается преимущественно активностью ветра, составляет от 10 до 200 км/ч.

Виды облаков среднего яруса характеризуются смешанным составом: водяные капли (преобладают в теплые месяцы) и ледяные кристаллы (в холодные месяцы). Образуются на высоте 3 – 6 км, в тропиках поднимаются до 8 км:

1. Высокослоистые. Выглядят прозрачнее и воздушнее слоистых. Практически не являются препятствием для солнечных лучей.
2. Высококучевые. По объему гораздо меньше кучевых. Выглядят параллельно простирающимися полотнами, округлыми, валообразными, хлопьеобразными образованиями. Цвет белый и сероватый, отдельные участки темно-серые.

Объекты среднего слоя способны образовывать осадки, но из-за значительного расстояния выпадающая влага не достигает земной поверхности, испаряется при падении (вирга). Описанный вид облачности всегда предвещает пасмурную погоду.

Образования нижнего яруса занимают высоту до 2 км. В теплые месяцы включают капли воды, в холодные – льдинки и снежинки. Выглядят плотной, низко висящей массой преимущественно серого цвета:

1. Слоистые. Равномерная, серая, низко расположенная масса, закрывающая от земного наблюдателя вышерасположенные облака. Бывает источником мелкого дождя, при опускании к земной поверхности становится туманом.
2. Слоисто-кучевые. Распавшиеся слоистые или соединившиеся кучевые.
3. Слоисто-дождевые. Становятся причиной продолжительного мелкого или умеренного дождя, снегопада. Захватывают средний слой тропосферы.

К облакам вертикального развития, устремленным преимущественно вертикально, захватывающим высокие и низкие тропосферные слои, относятся:

1. Кучевые. Напоминают гигантские ватные шары. Располагаются ниже всех вышеописанных видов, рождаются на высоте от 800 м над земной поверхностью. Предвещают ясную спокойную погоду. При определенных факторах превращаются в грозовые тучи. При резком ветре разрываются.
2. Кучево-дождевые. Мощные формирования, самые низкие, визуально напоминают гигантские башни и глыбы. Значительно вытянуты в вертикальном направлении, шапка находится в 12 – 14 км от земли. Верхняя часть содержит ледяные кристаллы, нижняя – воду. Появляются при стремительном подъеме влажной воздушной массы, верхняя облачная часть замерзает, тяжелеет, устремляется в направлении ветра. Приносят ливни с грозами, град. Выпадение осадков обильное, но кратковременное.

Помимо основных типов облаков, существуют редкие и необычные разновидности:

1. Перламутровые. Состоят из частиц льда, возникают в высоких слоях атмосферы (до 30 км над землей).
2. Серебристые. Находятся на расстоянии до 80 км над планетарной поверхностью. Наблюдаются до восхода и заката.
3. Облака-шапки. Слоистые, горизонтально расположенные образования в высоких атмосферных слоях. Обычно образуются над кучевыми и дождевыми облаками из пепельного или дымового выброса при вулканическом извержении.
4. Линзовидные (лентикулярные). Формирования необычной формы, зависающие над горными вершинами, не движущиеся при сильном ветре.
5. Двояковыпуклые. Редкий вид, вызывающий удивление у очевидцев. Небо угрожающе нависает бугристым полотном. Кажется, готово рухнуть на землю.

Отдельным техническим видом следует назвать конденсационный самолетный след. Белая полоса появляется в небе, когда летательный аппарат пересекает область холодного воздуха. Теплая воздушная струя, выбрасываемая из выхлопной системы, оставляет тонкую облачную дорожку.

Чем отличается облако от тучи?

Термин «туча» в науке отсутствует. Это обывательское понятие, употребляемое при описании крупного темного облака, грозящего осадками.

Разницу между тучей и облаком установить несложно:

1. Облака белые и серых оттенков в зависимости от плотности. Тучи темно-серые, иногда почти черные от накопившейся влаги.
2. Туча формируется, когда плотность водяных капель становится слишком высокой, и удержание влаги во взвешенном состоянии невозможно.
3. Тучи не бывают перистыми, поскольку обязательно несут осадки.
4. Из-за высокой концентрации водяного пара тучи задерживают солнечные лучи.

Значение облаков для планеты огромно. Их главная задача – распределение влаги, перенос ее из влажных областей в сухие. Благодаря этому формируются погодные условия, смягчаются переходы между климатическими зонами, жизнь существует во всех уголках планеты.

Источник

Как образуются облака? Описание, фото и видео

Красивые голубые и белые облака, скользящие по небу, ежедневно радуют наши глаза. С раннего возраста дети сначала очаровываются разнообразием форм облаков. А что это на самом деле это такое облака, и откуда они берутся?

Из чего состоят облака?

Облако – это не что иное, как пар, то есть миллионы кристаллов льда или воды, которые плавают в воздухе. Облака состоят из миллионов мелких капель воды или при очень низкой температуре, кристаллах льда. Эти крошечные капельки воды или льда остаются в воздухе в виде облаков.

Образование облака

Когда воздух постоянно охлаждается, в какой-то момент он становится так называемой «точкой росы», момент, в который происходит насыщение пара. Дальнейшее охлаждение воздуха вызывает насыщение и конденсацию, то есть перевод воды из газообразного состояния в жидкое состояние. Наконец, под воздействием конденсации образуются споры облачных капель.

Потоки воздуха

Вода для испарения, которая находится в морях и океанах, нагревается солнечными лучами и, появляется большое количество пара, который, естественно, идёт вверх. Этот процесс называется испарением. Когда пар поднимается, он остывает и снова превращается в воду или лед. Явление, называемое конвекцией.

Конвекция – это явление, ответственное за образование облаков. Эта связь описывается как зависимость, когда плотность испарения в воздух ниже, тем холоднее и плотнее становится воздух. Солнце, которое нагревает поверхность Земли, вызывает подъем теплого воздуха.

Облако может образоваться, когда пар превращается в жидкость, то есть когда он влажный воздух охлаждается и пар конденсируется на мелкие твердые частицы. Образование облаков зависит от нескольких разных процессов. В правильных условиях воздух дает Земле влажность в виде осадков, падающих на поверхность: дождь, снег или град, а также оседающие осадки, такие как роса. Поверхностные воды, реки и ручьи переносят эту воду в моря и океаны, и весь цикл, называемый гидрологическим циклом, начинается снова.

Но падение температуры – не единственное условие конденсации. Воздух не очищается сам по себе. Даже при высокой насыщенности кислородом нужны микроскопические твердые частицы, взвешенные в воздухе и называемые ядрами конденсации, на которых оседают даже более мелкие продукты конденсации.

Влияние атмосферных фронтов на облака.

Облака также возникают в результате смешения атмосферных фронтов. Это происходит, когда теплый фронт встречает холод на своем пути. Он начинает подниматься, остывает, и образуются облака.

Типы облаков

Облака постоянно меняют цвет и форму, а также консистенцию. Для синоптических целей была создана постоянная классификация облаков. Они были разделены – в основном на основе внешнего вида, их разделяют на десять видов. В связи с тем, что все облака находятся между уровнем моря и землей, этот интервал высот также был разделен на три этажа, так что для каждого облака вы можете указать, на каком этаже или этажах оно расположено.

Облака высокого этажа

Облака высокого этажа так называются перистые и перисто-кучевые на вид они выглядят, как и называются. Состоят из кристаллов льда, возникающих при самых низких температурах. Они имеют форму тонких белых волокон, которые пропускают солнечный свет.

Наиболее популярными перистыми облаками являются перистые облака в форме отдельных, белых, тонких и хаотично запутанных волокон или нитей волокнистого вида и шелковистого блеска. Иногда они располагаются в широких параллельных полосах, которые сходятся к горизонту. При этом создавая небольшую облачность небо, особенно на закате, они приобретают красивые цвета: от белого до желтого, розового и красного.

Облака среднего уровня

Облака среднего этажа включают в себя слоисто-кучевые,кучевые. Эти облака обычно имеют внешний вид гор, куполов или башни. Они состоят из конвекционных течений, которые прослеживают белые купола, и выпуклости в верхней части облака, придавая им форму, похожую на цветную капусту.

Наиболее характерными являются кучевые облака или облака средней облачности. Они образуют беловатый или серый слой, состоящий из цилиндрических элементов, закругленных панелей или панелей, разделенных или соединенных. Они состоят из капель воды, но при очень низких температурах в них могут образовываться кристаллы льда.

Облака нижнего слоя

Нижний слой облаков это слоистые облака.

Откуда берутся облака – интересное видео

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Источник