Физика образования облаков

sergeyII
2012-07-20 15:05:13
Читаю книгу, главу Капризы природы - замечательная глава.
Третий день в Москве холодина, но сегодня пошел большой дождь. По-видимому идет холодный фронт. В связи с чем вопросы.

Почему после прохождения фронта стало холоднее всего градусов на 5 а то и меньше, а дождь шел очень серьезный? Версия о том, что там на верху был теплый воздух, а теперь там холодный - не канает:) потому что два дня были огромные кучевые облака в большом вообще количестве, говорящие о том, что там наверху был холодный воздух.

Почему не было дождя тогда, когда пришел холод три дня назад?

Имеет ли место при фронте такое же явление прогона воздушных масс через точку, где выделяется влага из атмосферы всех прилегающих регионов в дождь в одном месте? Это не понятно, потому что фронт - это не одна точка, висящая в одном месте, а очень длинная линия, которая ползет по земле. Это должно выделять совсем небольшое количество воды, т.к. падение температуры незначительное и нет втягивания окружающего воздуха, такого как у пылесоса.

Что еще веселее - к нам вот сейчас пришел уже второй за сегодня фронт с ливнем:)
Cumulonimbus incus
2012-07-20 15:20:21
sergeyII
Читаю книгу, главу Капризы природы - замечательная глава.

Согласен с Вами!

Третий день в Москве холодина, но сегодня пошел большой дождь. По-видимому идет холодный фронт.

Как раз тёплый! На тёплом фронте сейчас конвекции нет, преобладают осадки из слоисто-дождевой облачности. Она образуется из-за упорядоченного восходящего движения воздуха над фронтом, а не из-за конвекции. Масштабы тут намного большие, механизмы совсем другие, и механизм прокачки воздуха через одну точку не может быть в принципе. ВМ наверху тёплая, влаги хоть отбавляй, и малейшее поднятие воздуха ведёт к конденсации. А за фронтом ВМ тёплая, неустойчивая из-за большого влагосодержания на всех уровнях, и там уже растут КД с грозами. Хотя ХФ уже подходит, и точка окклюзии относительно близко.
Alter
2012-07-20 15:27:39
Cumulonimbus incus, да, ТФ прошел с утра характерным обложным дождем, сейчас ячейки в теплом секторе, который, однако, весьма быстро
схлопывается.
Vetragor
2012-07-20 19:01:27
sergeyII
Это не понятно, потому что фронт - это не одна точка, висящая в одном месте, а очень длинная линия, которая ползет по земле. Это должно выделять совсем небольшое количество воды, т.к. падение температуры незначительное и нет втягивания окружающего воздуха, такого как у пылесоса.


Фронт даже не линия, а целая поверхность раздела воздушных масс, в том месте, где эта поверхность спускается к поверхности земли проводят линию фронта (на приземных синоптических картах)
Дело ещё в том, что в любом относительно тёплом воздухе содержится более или менее большое количество влаги, но если масса устойчивая, то нет условий для её конденсации и выпадения, если же она неустойчивая (что происходит во фронтальной зоне и за холодным фронтом), то условия появляются, но выделяющуюся влагу поставляет либо теплая ВМ, (тёплый сектор),либо испарения с земной и водной поверхности ( за ХФ). И несмотря на то, что масса не прокачивается через относительно малый объём (в случае внутримассовой ячейки или суперъячейки), на фронтальной поверхности влаги достаточно для обильных осадков при условии значительных температурных градиентов и отсутствии прослоек относительно тёплого воздуха на высотах.

В зависимости от условий развития вертикальных движений в воздушных массах последние делятся на устойчивые и неустойчивые. Устойчивой называется воздушная масса, в которой условия для развития вертикальных движений неблагоприятны; в неустойчивой воздушной массе эти условия благоприятны.
http://www.onixtour.com.ua/books/sh_hb/part01.htm

Стратификация может быть устойчивая, неустойчивая и безразличная по отношению к сухому (и ненасыщенному) или насыщенному воздуху. Под устойчивостью стратификации подразумевается способность атмосферы к поддержанию или затуханию вертикальных смещений воздуха. Устойчивость атмосферы характеризуется вертикальными градиентами температуры. При устойчивой стратификации атмосферы, если воздух сухой или ненасыщенный, вертикальный температурный градиент меньше сухоадиабатического, а при насыщении – меньше влажноадиабатического. При неустойчивой стратификации атмосферы, если воздух сухой или ненасыщенный, вертикальный температурный градиент больше сухоадиабатического, при насыщении – больше влажноадиабатического (при данных температуре и давлении воздуха). Неустойчивая стратификация атмосферы благоприятствует развитию и поддержанию конвекции в атмосфере.
http://www.dvgu.ru/meteo/book/Synoptic/Glava_5.pdf
Cumulonimbus incus
2012-07-20 19:14:15
Vetragor

Наверняка это пока слишком сложно для товарища :-)
Corvus
2012-07-21 11:24:18
Это не понятно, потому что фронт - это не одна точка, висящая в одном месте, а очень длинная линия, которая ползет по земле. Это должно выделять совсем небольшое количество воды, т.к. падение температуры незначительное и нет втягивания окружающего воздуха, такого как у пылесоса.
sergeyII

Активные фронты обычно лежат в узких ложбинах, и при этом существует конвергенция потоков, приводящая к эффекту пылесоса, хотя и с меньшей интенсивностью, чем в циклонах (особенно тропических). То есть воздух не только поднимается над фронтальной поверхностью (при этом охлаждаясь и давая осадки), но и вкачивается в зону фронта с окружающей местности.
Cumulonimbus incus
2012-07-21 17:12:33
Не знал, где задать такой вопрос. Поэтому задам его здесь.

С какой максимальной скоростью могут двигаться КД? Я видел 80 км/ч на радаре, но не уверен, бывает ли больше.
TornadoF5
2012-07-21 17:38:10
Cumulonimbus incus
Думаю, что бывает. По поводу смерчей, то есть сведения, что они могут двигаться более 100 км/ч, а поскольку они склеены с КД, то и те в свою очередь, тоже движутся с такой скоростью.
spralex
2012-07-21 19:45:25
Cumulonimbus incus

В июне 2010 г. в Нижегородской области, когда отмечались смерчи и сильные шквалы, скорость смещения очагов по МРЛ была до 90 км/ч!
Cumulonimbus incus
2012-08-17 19:57:37
Уже неоднократно замечал такое явление. Начинается конвекция, везде растут КУ. Но вот наплывает островок слоистообразной облачности, причём она может быть любого яруса (чаще всего СК, ВК, ВС, плотыне перистые) - и конвекция либо сильно ослабляется, или вообще прекращается. Как только кусок облачного "покрывала" уходит, конвекция возобновляется.

Приведу фото и пару видео. На них видно именно то, что я описал выше.



http://youtu.be/7pqEFNDQoVA

http://youtu.be/05dd111UOxw
TornadoF5
2012-08-17 20:02:11
Cumulonimbus incus
Могу предположить, что всему виной локальная инверсия, которая выявляется как раз благодаря облакам слоистых форм. Но если инверсия слабенькая, то кучёвка может пробить её, тогда появляется разновидность velum (например, Сb vel.):
Cumulonimbus incus
2012-08-17 20:04:41
TornadoF5

Сколько-нибудь значительную инверсию ИМХО могут создать только СК и ВК. А как дела обстоят с перистыми облаками? Может, имеет место локальное потепление атмосферы из-за выделения скрытой теплоты и последующее уменьшение сил плавучести?
TornadoF5
2012-08-17 20:09:28
Cumulonimbus incus
Может, имеет место локальное потепление атмосферы из-за выделения скрытой теплоты и последующее уменьшение сил плавучести?

Скорее всего так и есть. Не исключаю, что во всех случаях работают два фактора: инверсия и выделение тепла, просто в разной ситуации приходится разная доля на тот или иной фактор.
Cumulonimbus incus
2012-08-17 20:12:05
TornadoF5

Согласен с Вами.
TornadoF5
2012-08-18 15:52:58
Сегодня просматривал атлас облаков онлайн и заметил такие интересные структуры:
http://cloudappreciationsociety.org/collecting/oth er/horseshoe-vortex-cloud/

Интересно, какова природа возникновения этих облаков?

Кстати, доработал и немного изменил классификатор штормовых облаков:
http://scs.netai.net/1_38_List-of-cloud-types.html
spralex
2012-08-18 16:08:25
TornadoF5
интересные структуры

Похоже на кусок тороидального завихрения (вихревого кольца). Может из-за высокой турбулентности?
Corvus
2012-12-14 13:16:32
Ленская О.Ю. Мезомасштабная организация и эволюция систем осадков на юге Бразилии.

Москва, - Гидрометеорологический Научно- исследовательский Центр, - 2006, – 220 стр. Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук. Специальность: 25.00.30 — Метеорология, климатология, агрометеорология. (На правах рукописи). Научный руководитель: кандидат физико-математических наук А.А. Желнин.


http://www.twirpx.com/file/594554/

Немалая часть работы посвящена МКК.
spralex
2012-12-16 17:45:17
Corvus

Ленская О.Ю. Мезомасштабная организация и эволюция систем осадков на юге Бразилии.

Да, изучал эту интересную работу. Кстати, есть продолжение данного исследования уже по территории ЕТР. Как освобожусь немного, выложу.
TornadoF5
2012-12-16 18:33:12
spralex
есть продолжение данного исследования уже по территории ЕТР

Жду..:)
Cumulonimbus incus
2018-03-28 15:58:56
В группе ВК "Клуб любителей метеорологии" недавно опубликовали фото необычных облаков сегодня в Витебской области Беларуси. По виду облака на переднем плане первого фото, а также на втором снимке напоминают обычные КЧ. Но при этом есть ярко выраженные полосы падения!
На дальнем плане первого снимка есть вполне заурядное зимнее КД, оно не так интересно.

https://vk.com/wall-42886009_633688?hash=2b0c8d18e 08f6d0b5d

Конвекция развилась в сухой, сильно прогревающейся АВМ - все же на дворе конец марта, а не февраль, скажем. Схема у земли в среднем по северу Беларуси 0/-17, что дает Т около -20 на нижней границе конвективных облаков. Я правильно понимаю, что в таких облаках будет только ледяная фаза, или нет? И именно из-за этого полосы падения появляются даже из совсем плоских облаков?
Corvus
2018-03-29 09:02:54
Схема у земли в среднем по северу Беларуси 0/-17, что дает Т около -20 на нижней границе конвективных облаков. Я правильно понимаю, что в таких облаках будет только ледяная фаза, или нет?
Cumulonimbus incus

Да. Рад приветствовать Вас!

И именно из-за этого полосы падения появляются даже из совсем плоских облаков?

Да.
Это аналог ВК с полосами падения (которые обычно и наблюдаются в слое с Т ниже -10).

Будь эти облака чуть потолще (хотя бы 1-1.5 км), они бы превратились в плоские КД зимнего типа и давали полосы падения ливневого снега, достигающие (или почти достигающие, воздух-то у земли сухой) земной поверхности.
Cumulonimbus incus
2018-03-31 19:30:52
Corvus

Спасибо за приветствие! И за пояснение, ведь часто повторяют фразу о преимущественно капельном составе КЧ.
Новый атлас облаков ВМО (2017 г.) неплохо описывает процессы, происходящие в КЧ при низких Т. В частности, вот эта цитата.

Ice crystals may form in those parts of a Cumulus where the temperature is below 0 °C. The ice crystals grow at the expense of evaporating supercooled water droplets, transforming the cloud into Cumulonimbus. In cold weather, when the temperature in the entire cloud is well below 0 °C, this process leads to the degeneration of the cloud into diffuse trails of snow.

https://cloudatlas.wmo.int/physical-constitution-c umulus.html
CorvusCorax
2020-04-10 14:41:32
Международный атлас облаков ВМО опубликован на русском языке
https://cloudatlas.wmo.int/ru/home.html
CorvusCorax
2024-03-06 10:30:36
Сделал телеграм канал для публикации фотографий облаков.

https://t.me/cloudatlasru
CorvusCorax
2025-07-04 11:58:46
Графические схемы ВМО для определения форм облаков

https://cloudatlas.wmo.int/ru/cloud-classification -aid-cl.html
https://cloudatlas.wmo.int/ru/cloud-classification -aid-cm.html
https://cloudatlas.wmo.int/ru/cloud-classification -aid-ch.html
CorvusCorax
2025-07-04 12:03:18
Pin de ana maria linero en Ambiente natura | Actividades montessori, Educacion ambiental, Actividades en la naturaleza
https://dk.pinterest.com/pin/368450813283268372/

Это учительница выложила на Pinterest, там много подобных карточек по разным отраслям естествознания для школьников.
CorvusCorax
2026-04-01 05:14:30
Коротко о высоте нижней границы облаков. И советские, и российские Атласы облаков основаны на данных наблюдений в Ленинграде и Москве, то есть указанные там типичные ВНГО разных форм облачности (слоисто-кучевые и кучевые до 1500 м, кучево-дождевые до 1200 м, и так далее) характерны для влажного прохладного климата лесной зоны.
В более теплом и сухом климате (лесостепи, степи, пустыни) ВНГО значительно выше, особенно в весенне-летний период года. Наиболее высокие ВНГО наблюдаются в тропической воздушной массе, а она господствует в южных широтах СНГ летом.
В таких условиях ВНГО слоисто-кучевой, кучевой и кучево-дождевой облачности часто достигает 2-3 км, иногда и более.
Кстати, в странах с теплым климатом (например, США и Австралия) к облакам нижнего яруса относятся облака с ВНГО менее 3 км, средний ярус от 3 до 7 км, верхний - выше 7 км.
В России и СНГ на обычных (не авиационных) метеостанциях чаще всего нет измерителей ВНГО, эта величина определяется наблюдателем визуально на основе рекомендуемых значений из Атласа облаков. Даже если где-то есть измерители ВНГО, то в основном это приборы прошлого поколения (выпускавшиеся с 1960-х годов и до недавнего времени), основанные на импульсной лампе-вспышке, верхний предел измерения у них около 1500 м. Поэтому если реальная ВНГО выше это значения, наблюдатель отмечает опять-таки визуально условную ВНГО 1000 или 1500 м (и опять-таки с оглядкой на Атлас облаков).
Лазерные облакомеры (они могут измерить ВНГО до высот 7-8 км) используются в аэропортах. Но и там, если прибор показывает выше 1500 м, в России и СНГ принято отмечать визуальную высоту согласно Атласу, чтобы избежать претензий от вышестоящих проверяющих инстанций.
Короче говоря, реальная ВНГО выше 1500 м в наших условиях очень редко попадает в метеосводки.
Хотя если посмотреть сводки METAR по аэропортам США и Австралии, там часто отмечаются кучево-дождевые облака и грозы при ВНГО 3-4 км и даже больше.
Условия температуры, влажности и параметры конвекции в южных широтах СНГ (Нижняя Волга, Донбасс, Кавказ, южный Казахстан, Средняя Азия) близки к американским, это касается и ВНГО тоже.
В случае прихода тропической воздушной массы (а она характеризуется летом Т850 +16 и выше) кучево-дождевые с высокой ВНГО могут наблюдаться в средних широтах (включая центр ЕТР), а иногда достигают и северных широт.
CorvusCorax
2026-08-01 13:24:08
Национальный центр метеорологии Объединенных Арабских Эмиратов (NCM) провел операции по искусственному засеву облаков во время прохождения дождевого фронта, который принес осадки в различные районы страны.

По данным NCM, специалисты выполняли полеты по засеву облаков всякий раз, когда погодные условия позволяли это сделать. Цель таких операций – усилить естественные осадки и увеличить объем дождевой воды, достигающей поверхности.

Метеорологи отмечают, что дожди проходят на фоне экстремальной жары, когда температура воздуха в отдельных районах достигает 50°C. По их словам, высокая температура способствует образованию конвективной облачности за счет сильного прогрева поверхности, однако сама по себе не вызывает осадки.

Для формирования дождя также необходимы высокая влажность, поступление влажных воздушных масс, влияние высотной ложбины, атмосферная неустойчивость и благоприятные ветровые условия. При сочетании этих факторов с сильной жарой возникают условия для развития дождевых облаков.

За последние дни в ОАЭ уже прошла серия конвективных дождей. 29 июля NCM объявил оранжевый уровень погодной опасности из-за сильных осадков, пыльных бурь и ветра с порывами до 50 км/ч, которые ухудшили видимость в ряде районов страны. Днем ранее дождь и град прошли в Масафи и к северу от Аль-Айна.
CorvusCorax
2026-08-02 15:14:28
Пояснение из Атласа облаков ВМО:

(Раздел 3.2.1.5.3)
Наземный смерч: торнадо, который возникает не из организованного вращения и поэтому не связан со стенообразным облаком (murus) или мезоциклоном.
Наземные смерчи типично наблюдаются под кучево-дождевыми облаками или башенкообразными кучевыми облаками (кучевыми мощными облаками), часто в форме небольшого пыльного вихря, при этом вращение типично возникает вследствие горизонтального сдвига. Они представляют собой наземный аналог водяных смерчей.

Водяной смерч
(Раздел 3.2.1.5.5)
Водяной смерч: торнадо, образующийся над водой. Обычно имеет форму относительно небольшой вращающейся колонны воздуха над открытой водой под кучево-дождевым облаком или кучевым мощным облаком.
Водяные смерчи представляют собой надводный аналог наземных смерчей. Они чаще всего образуются над тропическими и субтропическими водами и вдоль границ горизонтального сдвига.

Обзор информации из интернета:

Наземный смерч (landspout) — это немезоциклонный смерч, который образуется на суше под обычными кучевыми облаками без участия вращающегося грозового облака (мезоциклона). В профессиональной метеорологии его называют «наземным смерчем».В отличие от классического разрушительного торнадо, он формируется по направлению снизу вверх. Его аналогом над водной поверхностью является водяной смерч (waterspout).

На поверхности земли из-за неравномерного прогрева или столкновения ветров возникает слабое горизонтальное вращение воздуха. Растущее кучевое облако создает сильный вертикальный поток воздуха, который втягивает это вращение в себя. Вращающийся столб воздуха растягивается по вертикали и сужается, из-за чего скорость ветра резко возрастает. Сама воронка становится видимой только тогда, когда вихрь поднимает с земли пыль, песок и мелкий мусор.

Детальный разбор каждого вихря

1. Пыльный вихрь - исключительно «приземный» житель, рожденный солнцем. Земля сильно нагревается, теплый воздух над ней резко устремляется вверх, закручиваясь из-за неровностей рельефа. Небо над ним чистое или с редкими плоскими облаками. Он не зависит от штормов. Часто затухает, как только заходит в тень.
2. Шкваловый вихрь (gustnado). Этот вихрь рождается из-за «шквалового ворота» (outflow boundary) сильной грозы. Когда тяжелый холодный воздух лавиной падает из грозового облака вниз, он резко сталкивается с теплым воздухом у земли. В зоне этого удара закручиваются кратковременные вихри. Он всегда движется прямо перед грозовым фронтом, в зоне сильного ветра. В отличие от наземного смерча, восходящий поток облака его не «усыновляет», поэтому воронка шквалового вихря никогда не дотягивается до основания тучи.
3. Наземный смерч (landspout) - полноценный немезоциклонный смерч. Начальная стадия похожа на пыльный вихрь (вращение идет от земли), но ключевое отличие — над ним оказывается мощное кучевое облако. Облако работает как гигантский пылесос: оно подхватывает приземный вихрь, растягивает его по вертикали и превращает в устойчивую, опасную воронку.
4. Торнадо (мезоциклонный смерч). Это самый мощный и разрушительный вид атмосферных вихрей на планете. Он рождается внутри гигантских вращающихся грозовых облаков, которые называются суперячейками. Внутри такого облака уже существует мощный вращающийся центр — мезоциклон.
Из-за сильного столкновения теплого и холодного воздуха в шторме мезоциклон начинает закручиваться и опускать вращающийся рукав сверху вниз — от основания облака к земле.
Это огромная, часто клиновидная или трубчатая воронка, соединенная с иссиня-черной, клубящейся грозовой тучей. Ему всегда предшествуют крупный град, стена ливня и непрерывные молнии.

Кодирование вихрей в авиационных метеосводках METAR, SPECI, TAF

Торнадо / Водяной смерч / Наземный смерч +FC
Funnel Cloud
Всегда используется только со знаком +, если вихрь коснулся земли или воды. Сюда относятся и мощные наземные или водяные смерчи.

Облачная воронка (не коснувшаяся земли) FC
Funnel Cloud
Указывается без знака интенсивности. Означает, что смерч только формируется в облаке.

Пыльный / песчаный вихрь PO
Dust/PandOtte PO или +PO
Маленькие вращающиеся столбы пыли на аэродроме. Знак + ставится, если вихрь очень интенсивен.
CorvusCorax
2026-10-09 09:15:38
На Марсе, похоже, работает способ рождения ледяных облаков, который физики считали слишком маловероятным для реальной атмосферы. Исследователи смогли воспроизвести гигантское облако у вулкана Арсия только после того, как добавили в модель необычный процесс: водяной пар превращается в кристаллы льда без пылинки или другой частицы, на которой обычно начинается замерзание.

Подсказку дал один из самых странных погодных феноменов Марса. Весной и летом в южном полушарии возле 20-километрового вулкана Арсия каждое утро возникает длинное белое облако из водяного льда. Воздушный поток вытягивает его почти на 1800 км, после чего облако быстро рассеивается. Цикл повторяется месяцами.

Аппарат Марс-экспресс регулярно наблюдает этот феномен с 2018 года. Ученые давно знали, что облако рождает сам вулкан: ветер наталкивается на огромную гору и поднимает влажный воздух вверх. Однако обычная физическая модель никак не могла правильно воспроизвести наблюдаемую картину.

Проблема крылась в самом рождении кристаллов. Обычно молекулам воды нужна поверхность, на которой они смогут собраться и замерзнуть. На Земле такую роль играют частицы соли, сажи, пыльцы или пыли, на Марсе главным кандидатом считают пыль. Физики называют процесс гетерогенным зарождением льда.

Но возле Арсии, судя по расчетам, вода способна обойтись без такой опоры. Молекулы водяного пара сами собираются в мельчайшие ледяные частицы. Процесс называют гомогенным зарождением льда. Теория давно допускала его существование, однако требовала настолько сильного пересыщения водяного пара, что в настоящих атмосферах планет механизм обычно считали практически недостижимым.

У Арсии природа создает нужные условия всего за несколько минут. Когда ветер проходит над вулканом, гора порождает мощную атмосферную волну, которая подбрасывает влажный воздух на несколько километров. За десять минут температура падает примерно на 30 °C, влажность резко растет, и водяной пар начинает превращаться прямо в ледяные частицы. После добавления этого механизма в расчеты модель наконец воспроизвела характерную форму облака и его развитие во времени.

Наблюдать рождение отдельных кристаллов исследователи пока не могут, поэтому работа не доказывает механизм напрямую. Авторы получили сильное косвенное подтверждение: без гомогенного зарождения льда расчеты плохо совпадали с реальным облаком, а после его добавления совпадение стало заметно лучше. Некоторые различия между моделью и наблюдениями при этом остались.

Для проверки ученые использовали данные трех приборов Марс-экспресса. Аппарат особенно полезен для изучения Арсии, поскольку может снимать большую часть поверхности утром, когда необычное облако еще существует, и следить за его изменениями в течение нескольких часов. Подробности наблюдений и механизма также опубликованы в описании миссии.

На Земле и Венере физики раньше допускали гомогенное образование ледяных частиц высоко в атмосфере, но увидеть процесс в природе пока не удавалось. Марсианское облако показывает, что экстремальные условия все же могут возникать естественным путем. Теперь исследователям придется проверить, не упускали ли модели тот же механизм при объяснении редких облаков на Земле и других планетах.

Go to full version Meteoclub.ru