Що таке хмара

Хмара – виважені в атмосфері продукти конденсації водяної пари, які видно на небі з поверхні землі.

Не останню роль формуванні погоди грають водяні пари, які у атмосфері. Водяна пара – це вода в газоподібному стані. У цей стан вона переходить не тільки при кипінні, але й у стані льоду. В атмосферу пари надходять при випаровуванні з водних поверхонь, ґрунту, при транспірації рослин. У повітрі пари знаходяться за будь-яких, навіть при негативних температурах. При випаровуванні пари піднімаються вгору, насичують атмосферу, а після того, як утворюються хмари та насититься крапельками води чи льоду, починаються дощі. Всі ці процеси відбуваються лише за певних умов.

Пари в атмосфері

Як відомо, приблизно половина земної поверхні закрита хмарами. Це переносяться повітрям вітрами водяні пари. Самі хмари є частиною кругообігу води в природі, процесу, який забезпечує прісною водою Землю. Адже на ній майже не утворюється нових запасів води, а постійно перекачуються старі запаси. Так, той дощ, що йшов мільйони років тому, йде сьогодні.

При випаровуванні з поверхні землі води піднімається водяна пара. Під час підйому він охолоджується. Після того, як утворюються хмари, і вони перенасите вологою, починає йти дощ або сніг.

Процес випаровування

Водяні пари є в атмосфері постійно. Це відбувається через те, що вода завжди випаровується з поверхонь навіть за мінусової температури. Час випаровування залежить від температури повітря: влітку воно відбувається швидше, ніж узимку. Через цю особливість видно, як швидко випаровується вода при кипінні, а ось сніг і лід випаровуються дуже повільно, практично непомітно для очей. Самі пари теж непомітні, оскільки складаються з дуже дрібних водяних молекул. Але коли цих часток стає багато, то бачимо крапельки води або крижинки, сніжинки. Самі ж молекули води постійно перебувають у русі, швидкість якого залежить від температури довкілля. За високої температури молекули рухаються дуже швидко, активніше відбувається випаровування.

Невидимі хмари

Всі хмари утворюються в результаті випаровування, але не всі вони видно оку. Коли пари піднімаються в атмосферу, насичуючи її, і до моменту, поки їх не видно, можна говорити, що хмара невидима. Але коли створяться певні температурні умови, ці пари стануть помітні для ока. Після того, як утворюються хмари, вони набувають химерної форми.
про пов’язано зі швидкістю підйому пари у верхні шари атмосфери, температури, при якій відбувається цей процес, наявності вітру та інших факторів. Наприклад, водяна пара в спеку дуже швидко піднімається у верхні шари атмосфери, де відбувається накопичення вологи. Під час підйому пари охолоджуються, але молекули води утримуються повітряними масами. Після того, як утворюються хмари і кількість вологи в них досягне критичного рівня, крапельки води знову падають на землю у вигляді опадів.

Щоб краще зрозуміти процес можна провести досвід. Зимовий день відкрити вікно кімнати. У цей момент зовні відразу ж з’явиться хмаринка, але як тільки вікно зачиниться, воно пропаде. Це відбувається в той момент, коли тепле повітря стикається з холодним і починає охолоджуватися. Виходячи з цього, можна зробити висновок, як утворюються хмари: вони з’являються в результаті конденсування або при охолодженні пари, яка з’єднується в крапельки води.

Поява хмари

Водяна пара, що знаходиться в повітрі, при певних температурах невидима. А як утворюються хмари, видимі для ока, що для цього потрібно? Як тільки атмосфера насититься парами, а температура почне знижуватися, досягаючи певної межі, пара почне конденсуватися і стає видимою.

У різний час доби та за різної погоди формуються різні види хмар. У південні літні дні з’являються купові хмари. Вранці та ввечері цей вид не формується.

Хмарні хмари

Знаючи, як утворюються хмари, напрошується висновок, що повітря високо в атмосфері прогріває нерівномірно. Через це на небі видно «клаптики» хмар. І це справді так. Високо у небі окремі ділянки повітря дуже охолоджені. Потрапляючи до таких кишень, сильно нагріті пари різко виявляються, стають видимими. У цих білих хмаринках міститься вся та пара, яка піднялася з поверхні. При сильному насиченні парами, дрібні частинки починають збиратися у великі краплі води. Коли їхня атмосфера не зможе утримувати, починає йти дощ.

Знаючи, звідки з’являються хмари, вчені можуть прогнозувати утворення купових, дощових видів. При нерівномірному нагріванні Сонцем земної поверхні відбувається випаровування різної інтенсивності. В результаті такого явища на небі видно красиві, кумедні форми хмари. З вітрами вони пересуваються небом, насичуючись вологою. І, досягнувши піку насичення, зайву вологу хмарки “скидають” на землю у вигляді дощу. Потім вся вода знову випарується, з’являться хмари та процес почнеться спочатку.

Утворення інших хмар

На місці зустрічі холодного та теплого повітря, на фронті, з’являються не окремі хмари, а суцільний шар. Спочатку він пухкий, потім, після зниження хмарної маси, товщина та щільність починає збільшуватися. Як тільки такі утворення дійдуть місця, де їх щільність і опущення досягнуть максимуму, починає йти рівний невеликий дощ або сніг. Випадання опадів триває довго. У народі за таких хмарин кажуть «дощ обклався».iv>

Крім дощових та купових хмар, в атмосфері формуються шаруваті, хвилясті види. Усі вони виникають при охолодженні повітря, коли створюються умови конденсації.

Джерело: gkd.ru

Зниження температури повітря обумовлено, по-перше, підйомом (висхідним рухом) повітряних мас і, по-друге, адвекцією повітряних мас – їх переміщенням у горизонтальному напрямку, завдяки чому тепле повітря може виявитися над холодною земною поверхнею.

Обмежимося обговоренням утворення хмар, викликаного зниженням температури повітря при висхідному русі. Очевидно, що такий процес істотно відрізняється від утворення туману – адже туман практично не піднімається нагору, він залишається безпосередньо біля земної поверхні.

Що змушує повітря підніматися нагору? Зазначимо чотири причини висхідного руху повітряних мас. Перша причина – конвекція повітря в атмосфері. У спекотний день сонячні промені сильно прогрівають земну поверхню, вона передає тепло приземним масам повітря – і починається їхнє піднесення. Купові та купчасто-дощові хмари мають найчастіше саме конвективне походження.

Процес утворення хмари починається з того, що деяка повітряна маса піднімається нагору. У міру підйому відбуватиметься розширення повітря. Це розширення можна вважати адіабатним, так як повітря піднімається відносно швидко, і тому при досить великому його обсязі (а в освіті хмари бере участь дійсно великий обсяг повітря) теплообмін між повітрям, що піднімається, і навколишнім середовищем просто не встигає відбутися за час підйому. При адіабатному розширенні повітря, не одержуючи теплоти ззовні, здійснює роботу лише рахунок своєї внутрішньої енергії, та був охолоджується. Отже, повітря, що піднімається вгору, буде охолоджуватися.

Коли початкова температура Т  повітря, що піднімається, знизиться до точки роси Т р , відповідної пружності міститься в ньому пара, стане можливим процес конденсації цієї пари. За наявності в атмосфері ядер конденсації (а вони практично завжди присутні), цей процес дійсно починається. Висота Н, на якій починається конденсація пари, визначає нижню межу хмари, що формується. Її називають рівнем конденсації. У метеорології застосовують наближену формулу для висоти Н (так звану формулу Ферреля):

Н = 120(Т  -Т р ),

де Н вимірюється за метри.

Повітря, що продовжує надходити знизу, перетинає рівень конденсації, і процес конденсації пари відбувається вже вище цього рівня — хмара починає розвиватися у висоту. Вертикальний розвиток хмари припиниться тоді, коли повітря, охолодившись, перестане підніматися. У цьому сформується нечітко виражена верхня межа хмари. Її називають рівнем вільної конвекції. Він розташовується трохи вище рівня, на якому температура повітря, що піднімається, стає рівною температурі навколишнього повітря.>

Друга причина підйому повітряних мас обумовлена ​​рельєфом місцевості. Вітер, що дме вздовж земної поверхні, може зустріти своєму шляху гори чи інші природні піднесення. Подолаючи їх, повітряні маси змушені підніматися нагору. Хмари, що утворюються в даному випадку, називають хмарами орографічного походження (від грецького слова oros, що означає «гора»). Зрозуміло, що такі хмари не набувають суттєвого розвитку у висоту (вона обмежена висотою долається повітрям піднесення); у цьому випадку виникають шаруваті та шарувато-дощові хмари.

Третя причина підйому повітряних мас – виникнення теплих та холодних атмосферних фронтів. Утворення хмари відбувається особливо інтенсивно над теплим фронтом – коли тепла повітряна маса, насуваючись на холодну масу повітря, змушена ковзати вгору по клину холодного повітря, що відступає. Фронтальна поверхня (поверхня холодного клина) дуже полога – тангенс кута її нахилу до горизонтальної поверхні становить лише 0,005-0,01. Тому висхідний рух теплого повітря мало відрізняється від горизонтального руху; як наслідок, хмарність, що виникає над холодним клином, слабо розвивається у висоту, але має значну горизонтальну протяжність. Такі хмари називають хмарами висхідного ковзання. У нижньому та середньому ярусах це шарувато-дощові та високошарові хмари, а у верхньому ярусі — перисто-шаруваті та перисті (зрозуміло, що хмари верхнього ярусу утворюються вже далеко за лінією атмосферного фронту). Горизонтальна довжина хмар висхідного ковзання може вимірюватися сотнями кілометрів.

Утворення хмар відбувається також і над холодним атмосферним фронтом — коли холодна повітряна маса, що настає, рухається під масу теплого повітря і тим самим піднімає її. У цьому випадку поряд з хмарами висхідного ковзання можуть виникати купчасті хмари.

Четверта причина підйому повітряних мас – циклони. Повітряні маси, що рухаються вздовж поверхні землі, закручуються до центру депресії в циклоні. Нагромаджуючись там, вони створюють перепад тиску по вертикалі і прямують нагору. Інтенсивний підйом повітря аж до межі тропосфери призводить до потужної хмари-освіти – виникають хмари циклонічного походження. Це можуть бути шарувато-дощові, високошарові, купово-дощові хмари. Зі всіх таких хмар випадають опади, створюючи дощову погоду, характерну для циклону.

За книгою Л. В. Тарасова «Вітри та грози в атмосфері Землі». – Довгопрудний:  ВД «Інтелект» , 2011.
Інформація про книги видавничого дому «Інтелект» – на сайті  www.id-intellect.ru

Джерело: www.nkj.ru

Як утворюються хмари

Хмари є виваженим продуктом конденсації водяної пари в атмосфері, складаються з дрібних крапель води, кристалів льоду, які називаються хмарними елементами.


Як утворюються хмари?
Хмари утворюються на земній поверхні, коли тепле і рясно насичене вологою повітря починає підніматися в небо і при зниженні температури повітря, на певній висоті, він остигає. При низькому температурному режимі водяна пара перетворюється на крижані кристали або краплі води з чого, власне, і складається хмара або хмара.

Кожне таке природне явище має унікальну форму, яка постійно змінюється. Якщо температура повітря у хмарі вище мінус 10 °С, то у хмарі переважають краплинні елементи, коли температура становить від мінус 10 до мінус 15 °С, то говорять про змішаний склад – це кристали льоду та краплі вологи, при досягненні у хмарі мінус 15 °С З утворюються кристалічні елементи. З землі хмари спостерігаються в тропосфері, їх поділяють, відповідно до міжнародної класифікації хмар, на види та різновиди за особливими ознаками. Існують грозові, дощові, перисті, купчасті, шаруваті, вимеподібні, перламутрові та інші хмари.

Великі хмарні елементи випадають із хмар у вигляді атмосферних опадів. Зазвичай опади випадають з тих хмар, у яких є змішаний склад хоча б в одному з шарів, до таких відносяться шарувато-дощові, купчасто-дощові та високо-шаровані хмари. однорідний склад, або краплинний або кристалічний. До таких хмар відносяться шарувато-купчасті та шаруваті. У природі хмари мають дуже важливу роль, саме вони є для землі основним джерелом вологи, служать надійним захистом у зимовий період від переохолодження, влітку захищають від спекотних променів Сонця.

Джерело: xn-8sbiecm6bhdx8i.xn-p1ai

Що таке хмари

Насправді, не так вже й просто дати пояснення. Тому що складаються вони зі звичайних крапельок води, які з поверхні Землі підняло вгору тепле повітря. Найбільша кількість водяної пари утворюється над океанами (за один рік вода тут випаровується не менше 400 тис. км. куб.), на суші – вчетверо менше.

Оскільки у верхніх шарах атмосфери значно холодніше, ніж унизу, повітря там досить швидко остигає, пара конденсується, утворюючи малесенькі частинки з води та льоду, унаслідок чого з’являються білі хмари. Цілком можна стверджувати, що кожна хмара є своєрідним генератором вологи, через яку проходить вода.

Вода у хмарі знаходиться у газоподібному, рідкому та твердому стані. Вода у хмарі та наявність у них крижаних частинок впливають на зовнішній вигляд хмар, її формування, а також на характер опадів. Саме від типу хмари і залежить вода у хмарі, наприклад, у зливових хмар спостерігається найбільша кількість води, а у шарувато-дощових цей показник утричі менший. Вода в хмарі характеризується також тією кількістю, яка запасена в них – водозапас хмари (вода або лід, що міститься в стовпі хмари).

Але все не так просто, оскільки для того, щоб утворилася хмара, крапельки потребують конденсаційних зерен – найдрібніших частинок пилу, диму або солі (якщо йдеться про море), до яких вони повинні прилипнути і навколо яких повинні утворитися. Це означає, що навіть якщо склад повітря буде повністю перенасичений водяною парою, без пилу він не зможе перетворитися на хмару.

Яку форму приймуть краплі (вода), насамперед залежить від температурних показників у верхніх шарах атмосфери:

  • якщо температура повітря атмосфери перевищує -10 ° С, білі хмари будуть складатися з водяних крапель;
  • якщо температурні показники атмосфери стануть коливатись між -10°С та -15°С, то склад хмар буде змішаним (крапельні + кристалічні);
  • якщо температура в атмосфері нижче -15°С, білі хмари матимуть у собі крижані кристалики.

Після відповідних перетворень вийде, що 1 см3 хмари міститься близько 200 крапель, у своїй їх радіус становитиме від 1 до 50 мкм (середні показники – від 1 до 10 мкм).

Класифікація хмар

Кожен напевно ставив питання, які бувають хмари? Зазвичай утворення хмар відбувається в тропосфері, верхня межа якої в полярних широтах знаходиться на відстані 10 км, помірних – 12 км, тропічних – 18 км. Нерідко можна спостерігати інші види. Наприклад, перламутрові зазвичай розташовані на висоті від 20 до 25 км, а сріблясті – від 70 до 80 км.

В основному ми маємо можливість спостерігати за тропосферними хмарами, які поділяються на такі види хмар: верхнього, середнього та нижнього ярусів, а також вертикального розвитку. Майже всі вони (крім останнього типу) з’являються тоді, коли вологе тепле повітря піднімається нагору.

Якщо повітряні маси тропосфери перебувають у спокійному стані, утворюються пір’ясті, шаруваті хмари (перисто-шаруваті, високошарові та шарувато-дощові) і якщо повітря в тропосфері рухається хвилеподібно, з’являються купчасті хмари (перисто-кучові, високо-купчасті та шарувато-купчасті).

Хмари верхнього ярусу

Йдеться про перисті, перисто-купчасті та перисто-шаруваті хмари. Небо хмари зовні нагадує пір’я, хвилі або вуаль. Всі вони напівпрозорі і більш-менш вільно пропускають сонячні промені. Вони можуть бути як надзвичайно тонкими, так і досить щільними (перисто-шаруваті), отже, світлу пробиватися через них важче. Погода хмар сигналізує про наближення теплового фронту.

Перисті хмари можуть виникати вище хмар. Вони розташовуються смугами, які перетинають небесне склепіння. В атмосфері вони знаходяться вище хмар. Як правило, осадом із них не випадає.

У середніх широтах розташовані білі хмари верхнього ярусу зазвичай на висоті від 6 до 13 км, у тропічних значно вище (18 км). При цьому товщина хмар може становити від кількох сотень метрів до сотень кілометрів, які можуть розташовуватися вище хмар.

Рух хмар верхнього ярусу по небосхилу насамперед залежить від швидкості вітру, тому може варіюватися від 10 до 200 км/год. Небо хмари складається з дрібних крижаних кристаликів, але погода хмар опадів практично не дає (а якщо і дає, то виміряти їх на даний момент немає жодної можливості).

Хмари середнього ярусу (від 2 до 6 км)

Це купові хмари та шаруваті хмари. У помірних та полярних широтах вони знаходяться на відстані від 2 до 7 км над Землею, у тропічних можуть підніматися трохи вище – до 8 км. Всі вони мають змішану структуру і складаються з водяних крапель, змішаних із крижаними кристалами. Оскільки висота невелика, у теплу пору року здебільшого складаються з водяних, у холодну – з крижаних крапельок. Щоправда, опади їх до поверхні нашої планети не доходять – випаровуються у дорозі.

Купові хмари трохи прозорі і розташовуються вище за хмари. Колір хмар білого або сірого відтінків, місцями затемнені, що мають вигляд шарів або паралельних рядів із округлих мас, валів або величезних пластівців. Туманні або хвилясті шаруваті хмари є пеленою, яка поступово закриває небеса.

Утворюються переважно тоді, коли холодний фронт витісняє нагору теплий. І хоча опади до землі не долітають, поява хмар середнього ярусу майже завжди (крім, може, башенкоподібних) сигналізує про зміну погоди на гірший бік (наприклад, до грози або снігопадів). Відбувається це через те, що саме по собі холодне повітря набагато важче за тепле і рухаючись уздовж поверхні нашої планети, воно дуже швидко витісняє нагріті повітряні маси вгору – тому через це при різкому вертикальному підйомі теплого повітря утворюються спочатку білі хмари середнього ярусу. а потім і дощові хмари, небо хмари якої несе громи та блискавки.

Хмари нижнього ярусу (до 2 км)

Шарові хмари, дощові хмари та купові хмари містять крапельки води, які в холодну пору року замерзають і перетворюються на частинки снігу та льоду. Розташовані вони досить невисоко – на відстані від 0,05 до 2 км і являють собою щільний, однорідний покрив, що низько нависає, рідко розміщуються вище хмар (інших видів). Колір хмар сірий. Шаруваті хмари схожі на великі вали. Погода хмар часто супроводжується опадами (дрібний дощ, сніг, туман).

Хмари вертикального розвитку (конвенції)

Купові хмари самі собою досить щільні. За формою трохи нагадують бані або башти з округлими контурами. Купові хмари при поривчастому вітрі можуть стати розірваними. Знаходяться вони на відстані 800 метрів від земної поверхні та вище, товщина становить від 1 до 5 км. Деякі з них здатні перетворитися на купово-дощові хмари та розташовуватися вище хмар.

Купово-дощові хмари можуть бути на досить великій висоті (до 14 км). Нижні рівні містять воду, верхні – крижані кристалики. Їхня поява завжди супроводжується зливами, грозами, в окремих випадках – градом.

Купчасті та купчасто-дощові, на відміну від інших хмар утворюються лише за дуже швидкого вертикального підйому вологого повітря:

  1. Вологе тепле повітря надзвичайно інтенсивно піднімається вгору.
  2. Вгорі крапельки води замерзають, верхня частина хмари важчає, опускається і витягується до вітру.
  3. За чверть години починається гроза.

Хмари верхніх шарів атмосфери

Іноді у небі можна спостерігати за хмарами, що знаходяться у верхніх шарах атмосфери. Наприклад, на висоті від 20 до 30 км. утворюються перламутрові небесні хмари, які складаються в основному з крижаних кристалів. А перед заходом або сходом Сонця нерідко можна побачити сріблясті хмаринки, що знаходяться у верхніх шарах атмосфери, на відстані близько 80 км (цікаво, що ці небесні хмари відкрили лише у 19 столітті).

Хмари цієї категорії можуть бути розміщені вище хмар. Наприклад, хмара-шапка – це невелика, горизонтальна і високо-шарувата хмара, яка часто розташовується вище хмар, а саме вище купо-дощових і куп. Даний вид хмари може утворюватися вище хмари з попелу або вогняної хмари під час виверження вулканів.

Скільки живуть хмари

Життя хмар безпосередньо залежить від вологості повітря у атмосфері. Якщо її мало, вони досить швидко випаровуються (наприклад, є білі хмари, які живуть трохи більше 10-15 хвилин). Якщо багато – можуть протриматися досить тривалий час, дочекатися утворення певних умов і випасти на Землю у вигляді опадів.

Скільки б не жила хмара, вона ніколи не перебуває у незмінному стані. Частинки, з яких воно складається, постійно випаровуються та з’являються знову. Якщо навіть зовні хмара не змінює своєї висоти, насправді вона знаходиться в постійному русі, оскільки краплі, що знаходяться в ній, опускаються, переходять у повітря під хмарою і випаровуються.

Хмара в домашніх умовах

Білі хмари досить легко зробити в домашніх умовах. Наприклад, один нідерландський художник навчився створювати його у квартирі. Для цього він за певної температури, рівня вологості та освітлення з димової машини випустив трохи пари. Хмара, яка виходить може протриматися кілька хвилин, чого буде цілком достатньо, щоб сфотографувати дивовижне явище.

Джерело: awesomeworld.ru

Вид на хмари з супутника

Більшість поверхні земної кулі вкрита морями і океанами. Крім того, на Землі існують мільйони великих річок та невеликих річок, боліт, озер та інших водойм. Під впливом повітря і сонячних променів вода з поверхні водойм випаровується, і утворюється водяна пара, яка змішується з теплим повітрям і піднімається в небо. Ближче до Землі повітря тепліше, тому що воно зігрівається теплом, що походить від Землі, але чим вище повітря разом з водяними парами піднімається в небо, тим більше воно охолоджується. Волога, що міститься у водяних парах, перетворюється там на крапельки води та на кристалики льоду. Так і утворюються хмари.

Хмарні хмари

Вони всі дуже різні, немає двох схожих хмар, і це залежить від того, на якій висоті та при якій температурі хмари утворилися. Коли людина піднімається високо в небо літаком, вона може сама побачити, як змінюються хмари. Над самою землею вони можуть бути сірі й похмурі, і здається, що все небо затягнуте білястою пеленою, але варто літаку набрати висоту – і картина змінюється: відкривається чисте, блакитне небо з розкиданими по ньому легкими, як пір’я, хмарами. Ці хмари так і називаються – перисті. А є ще купові хмари. Вони теж відповідають своїй назві – цупкі, схожі на купи білої вати. Такі ж щільні, але темні та похмурі – дощові хмари. Вони насичені вологою, яка ось-ось проллється на землю. Ці хмари знаходяться нижче за всі інші – трохи більше півкілометра над нами.

Перисті хмари

Найкрасивіші хмари розташовані високо над Землею, на відстані 50-100 кілометрів над нею! Вони і називаються красиво – “світяться”. Така ж гарна назва у «перламутрових» хмар. Перламутрові хмари розташовуються нижче, що світяться – на висоті від 22 до 33 кілометрів. Світяться і перламутрові хмари, як і перисті, складаються з кристаликів льоду.

Вчені розділяють хмари ще на перисто-купчасті та перисто-шаруваті. Їх можна побачити, коли високо в небі з’являються легкі білуваті смужки або білі баранчики. Ці хмари знаходяться за 10 кілометрів від поверхні землі і теж складаються з тонких крижинок.