Степень покрытия небесного свода облаками называют количеством облаков или облачностью. Облачность выражается в десятых долях покрытия неба (0–10 баллов). При облаках, полностью закрывающих небо, облачность обозначается числом 10, при совершенно ясном небе – числом 0. При выводе средних величин можно давать и десятые доли единицы. Так, например, число 5,7 означает, что облака покрывают 57% небосвода.

Облачность обычно определяется наблюдателем на глаз. Но существуют и приборы в виде выпуклого полусферического зеркала, отражающего весь небосвод, фотографируемого сверху, либо в виде фотокамеры с широкоугольным объективом.

Принято оценивать отдельно общее количество облаков (общую облачность) и количество нижних облаков (нижнюю облачность). Это существенно, потому что высокие, а отчасти и средние облака меньше затеняют солнечный свет и менее важны в практическом отношении (например, для авиации). Дальше речь будет идти только об общей облачности.

Облачность имеет большое климатообразующее значение. Она влияет на оборот тепла на Земле: отражает прямую солнечную радиацию и, следовательно, уменьшает ее приток к земной поверхности; она также увеличивает рассеяние радиации, уменьшает эффективное излучение, меняет условия освещенности. Хотя современные самолеты летают выше среднего яруса облаков и даже выше верхнего яруса, облачность может затруднять взлет и поездку самолета, мешать ориентации без приборов, может вызвать обледенение самолета и др.

Суточный ход облачности сложен и в большей степени зависит от родов облаков. Слоистые и слоисто-кучевые облака, связанные с выхолаживанием воздуха от земной поверхности и со срав-нительно слабым турбулентным переносом водяного пара вверх, имеют максимум ночью и утром. Кучевообразные облака, связанные с неустойчивостью стратификации и хорошо выраженной конвекцией, возникают преимущественно в дневные часы и исчезают к ночи. Правда, над морем, где температура подстилающей поверхности почти не имеет суточного хода, облака конвекции также его почти не имеют или слабый максимум приходится на утро. Облака упорядоченного восходящего движения, связанные с фронтами, не имеют ясного суточного хода.

В результате в суточном ходе облачности над сушей в умеренных широтах летом намечаются два максимума: утром и более значительный после полудня. В холодное время года, когда конвек-ция слаба или отсутствует, преобладает утренний максимум, который может стать единственным. В тропиках на суше весь год преобладает послеполуденный максимум, так как важнейшим облакообразующим процессом там является конвекция.

В годовом ходе облачность в разных климатических областях меняется по-разному. Над океанами высоких и средних широт годовой ход вообще невелик, с максимумом летом или осенью и минимумом весной, Так, на о. Новая Земля значения облачности в сентябре и октябре – 8,5, в апреле – 7,0 б баллов.

В Европе максимум приходится на зиму, когда наиболее развита циклоническая деятельность с ее фронтальной облачностью, а минимум – на весну или лето, когда преобладают облака конвекции. Так, в Москве значения облачности в декабре – 8,5, в мае – 6,4; в Вене в декабре – 7,8, в августе – 5,0 баллов.

В Восточной Сибири и Забайкалье, где зимой господствуют антициклоны, максимум приходится на лето или осень, а минимум на зиму. Так, в Красноярске значения облачности составляют в октябре – 7,3, в феврале – 5,3.

В субтропиках, где летом преобладают антициклоны, а зимой – циклоническая деятельность, максимум приходится на зиму, минимум на лето, как и в умеренных широтах Европы, но амплитуда больше. Так, в Афинах в декабре 5,9, в июне 1,1 балла. Таков же годовой ход и в Средней Азии, где летом воздух очень далек от насыщения вследствие высоких температур, а зимой существует довольно интенсивная циклоническая деятельность: в Ташкенте в январе 6,4, в июле 0,9 балла.

В тропиках, в областях пассатов, максимум облачности приходится на лето, а минимум на зиму; в Камеруне в июле – 8,9, в январе – 5,4 балла, В муссонном климате тропиков годовой ход такой же, но резче выражен: в Дели в июле 6,0, в ноябре 0,7 балла.

На высокогорных станциях в Европе минимум облачности наблюдается главным образом зимой, когда слоистые облака, закрывающие долины, лежат ниже гор (если не говорить о наветренных склонах), максимум – летом при развитии облаков конвекции (С.П. Хромов, М.А. Петросянц, 2004).

Оглавление
Климатология и метеорология
ДИДАКТИЧЕСКИЙ ПЛАН
Метеорология и климатология
Атмосфера, погода, климат
Метеорологические наблюдения
Применение карт
Метеорологическая служба и Всемирная Метеорологическая Организация (ВМО)
Климатообразующие процессы
Астрономические факторы
Геофизические факторы
Метеорологические факторы
О солнечной радиации
Тепловое и лучистое равновесие Земли
Прямая солнечная радиация
Изменения солнечной радиации в атмосфере и на земной поверхности
Явления, связанные с рассеянием радиации
Суммарная радиация, отражение солнечной радиации, поглощенная радиация, ФАР, альбедо Земли
Излучение земной поверхности
Встречное излучение или противоизлучение
Радиационный баланс земной поверхности
Географическое распределение радиационного баланса
Атмосферное давление и барическое поле
Барические системы
Колебания давления
Ускорение воздуха под действием барического градиента
Отклоняющая сила вращения Земли
Геострофический и градиентный ветер
Барический закон ветра
Фронты в атмосфере
Тепловой режим атмосферы
Тепловой баланс земной поверхности
Суточный и годовой ход температуры на поверхности почвы
Температуры воздушных масс
Годовая амплитуда температуры воздуха
Континентальность климата
Облачность и осадки
Испарение и насыщение
Влажность
Географическое распределение влажности воздуха
Конденсация в атмосфере
Облака
Международная классификация облаков
Облачность, ее суточный и годовой ход
Осадки, выпадающие из облаков (классификация осадков)
Характеристика режима осадков
Годовой ход осадков
Климатическое значение снежного покрова
Химия атмосферы
Химический состав атмосферы Земли
Химический состав облаков
Химический состав осадков
Кислотность осадков
Общая циркуляция атмосферы
Погода в циклоне

Как известно, многие из отраслей промышленности, сельского хозяйства, транспортные службы очень сильно зависят от оперативности, своевременности и надежности прогнозов федеральной метеорологической службы. Заблаговременное оповещение об опасных и особо опасных явлениях погоды, своевременность подачи штормовых предупреждений – всё это необходимые условия для успешной и безопасной работы многих отраслей хозяйства и транспорта. Так, например, долгосрочные метеорологические прогнозы имеют решающий вес при организации сельхоз производств.

Одним из самых важных параметров, определяющих возможность прогнозирования опасных погодных условий, является такой показатель, как высота нижней границы облаков.

В метеорологии, высота облаков - это высота нижней границы облаков над поверхностью земли.

Для понимания важности проведения исследований по определению высоты облаков, следует упомянуть тот факт, что облака могут быть разных типов. Для различных типов облаков высота их нижней границы может варьироваться в некоторых пределах, причем, выявлено среднее значение высоты облаков.

Итак, облака могут быть:

Слоистые облака (средняя высота 623 м.)

Дождевые облака (средняя высота 1527 м.)

Кучевые (вершина) (1855)

Кучевые (основание) (1386)

Грозовые (вершина) (средняя высота 2848 м.)

Грозовые (основание) (средняя высота 1405 м.)

Ложные перистые (средняя высота 3897 м.)

Слоисто-кучевые (средняя высота 2331 м.)

Высокие кучевые (ниже 4000 м.) (средняя высота 2771 м.)

Высокие кучевые (выше 4000 м.) (средняя высота 5586 м.)

Перисто-кучевые (средняя высота 6465 м.)

Низкие перисто-слоистые (средняя высота 5198 м.)

Высокие перисто-кучевые (средняя высота 9254 м.)

Перистые (средняя высота 8878 м.)

Как правило, измеряют высоту облаков нижнего и среднего ярусов, не превышающую 2500 м. При этом, определяют высоту самых нижних облаков из всего их массива. При тумане, считают, что высота облаков равна нулю, и, в данном случае, в аэропортах измеряется “вертикальная видимость”.

Для определения высоты нижней границы облаков используется метод светолокации. В России, для этих целей выпускается измеритель , в котором в качестве источника импульсов и света используется импульсная лампа.

Высота нижней границы облаков методом светолокации с использованием ДВО-2 определяется при помощи замера времени, которое требуется световому импульсу для прохождения пути от излучателя света до облака и обратно, а также преобразования полученного значения времени в пропорциональное ему значение высоты облаков. Таким образом, световой импульс посылается излучателем и, после отражения, принимается приемником. При этом, излучатель и приемник должны быть расположены в непосредственной близости друг от друга.

Конструктивно измеритель ДВО-2 представляет собой комплекс из нескольких отдельных приборов:

Передатчика и приёмника,

Линий связи,

Блока измерительного,

Пульта дистанционного.

Измеритель высоты облаков ДВО-2 может работать автономно с блоком измерительным, в комплекте с дистанционным пультом и в составе автоматизированных метеорологических станций.

Передатчик состоит из импульсной лампы, питающих её конденсаторов и параболического отражателя. Отражатель вместе с лампой и конденсаторами установливается в кардановом подвесе, заключенном в корпусе с открывающейся крышкой.

Приемник состоит из параболического зеркала, фотоприемника, фотоусилителя, также установленных в кардановом подвесе и находящихся в корпусе с открывающейся крышкой.

Передатчик и приемник должны быть размещены вблизи основного пункта наблюдений. На взлетно-посадочных полосах, передатчик и приемник устанавливаются на ближайших приводных радиомаяках с обоих концов полосы.

Блок измерительный, предназначающийся для сбора и обработки информации, состоит из измерительной платы, высоковольтного блока и блока питания.

Пульт дистанционный включает плату клавиатуры и индикации и плату управления.

Сигнал от приемника по двухпроводной потенциально развязанной линии связи с однополярными сигналами и номинальным током(20±5)мА передается в измерительный блок, а оттуда - в пульт дистанционный. В зависимости от комплектации, вместо пульта дистанционного для обработки и отображения на дисплее оператора сигнал может передаваться на центральную систему метеостанции.

Измеритель высоты облаков ДВО-2 может работать или непрерывно или по мере необходимости. Пульт дистанционный имеет последовательный интерфейс RS-232, предназначающийся для работы с компьютером. Информация от измерителей ДВО-2 может передаваться по линии связи на дистанции до 8 км.

Обработка результатов измерения на измерительном блоке ДВО-2 включает:

Осреднение результатов по 8-ми измеренным значениям;

Исключение из числа замеров тех результатов, в которых наблюдается кратковременное пропадание отраженного сигнала. Т.е. исключение фактора «разрыва в облаках»;

Выдачу сигнала об «отсутствии облаков» в случае, если среди 15 проведенных наблюдений не набирается 8 значимых;

Исключение так называемых местников - ложных сигналов отражения.

Понятие «облачность» подразумевает количество наблюдаемых в одном месте облаков. Облаками, в свою очередь, называются атмосферные явления, сформированные взвесью водяного пара. Классификация облаков насчитывает множество их видов, разделяемых по размерам, форме, природе образования и высоте расположения.

В бытовой сфере для измерения облачности используются специальные термины. Развернутые шкалы измерения данного показателя применяются в метеорологии, морском деле и авиации.

Метеорологи используют десятибалльную шкалу облачности, которая иногда выражается в процентах покрытия обозримого небесного пространства (1 балл - 10% покрытия). Кроме того, высота образования облаков разделяется на верхний и нижний ярусы. Такая же система используется и в морском деле. Авиационные метеорологи используют систему из восьми октант (частей обозримого неба) с более подробным указанием высоты расположения облаков.

Для определения нижней границы облаков используется специальный прибор. Но острую необходимость в нём испытывают только авиационные метеостанции. В остальных случаях производится визуальная оценка высоты.

Типы облачности

Облачность играет важную роль в формировании погодных условий. Облачный покров предотвращает нагрев поверхности Земли, и продлевает процесс её охлаждения. Облачный покров существенно снижает суточные колебания температуры. В зависимости от количества облаков в определённое время выделяется несколько типов облачности:

1. «Ясно или малооблачно» соответствует облачности в 3 балла в нижнем (до 2 км) и среднем ярусе (2 - 6 км) или любое количество облаков в верхнем (выше 6 км).
2. «Меняющаяся или переменная» - 1-3/4-7 баллов в нижнем или среднем ярусе.
3. «С прояснениями» - до 7 баллов суммарной облачности нижнего и среднего яруса.
4. «Пасмурно, облачно» - 8-10 баллов в нижнем ярусе или не просвечивающиеся облака в среднем, а также с атмосферными осадками в виде дождя или снега.

Виды облаков

Всемирная классификация облаков выделяет множество видов, каждый из которых обладает своим латинским названием. В ней учитывается форма, происхождение, высота образования и ряд других факторов. Основу классификации составляют несколько видов облаков:

• Перистые облака представляют собой тонкие нити белого цвета. Располагаются на высоте от 3 до 18 км в зависимости от широты. Состоят из падающих кристаллов льда, которым и обязаны своим внешним видом. Среди перистых на высоте свыше 7км облака подразделяются на перисто-кучевые, высоко-слоистые, которые обладают невысокой плотностью. Ниже на высоте около 5км располагаются высоко-кучевые облака.
• Кучевые облака это плотные образования белого цвета и значительной высоты (иногда более достигает 5 км). Располагаются чаще всего в нижем ярусе с вертикальным развитием в средний. Кучевые облака на верхней границе среднего яруса зовутся высококучевыми.
• Кучево-дождливые, ливневые и грозовые облака, как правило, располагаются невысоко над поверхностью Земли 500-2000 метров, характерны выпадением атмосферных осадков в виде дождя, снега.
• Слоистые облака представляют собой слой взвеси небольшой плотности. Они пропускают свет солнца и луны и находятся на высоте между 30 и 400 метров.

Перистые, кучевые и слоистые типы смешиваясь, образуют другие виды: перисто-кучевые, слоисто-кучевые, перисто-слоистые. Кроме основных видов облаков и существуют и другие, менее распространённые: серебристые и перламутровые, лентикулярные и вымеобразные. А облака, образованные пожарами или вулканами называются пирокумулятивными.

Определение облачности производится визуально по 10-балльной системе. Если небо безоблачное или на нем имеется одно или несколько небольших облаков, занимающих менее одной десятой части всего небосвода, то облачность считается равной 0 баллов. При облачности, равной 10 баллам, все небо закрыто облаками. Если облаками покрыто 1/10, 2/10, или 3/10 частей небосвода, то облачность считается равной соответственно 1, 2, или 3 баллам.

Определение интенсивности света и уровня радиационного фона*

Для измерения освещенности применяются фотометры. По отклонению стрелки гальванометра определяется освещенность в люксах. Можно пользоваться фотоэкспонометрами.

Для измерения уровня радиационного фона и радиоактивной загрязненности используются дозиметры-радиометры ("Белла", "ЭКО", ИРД-02Б1 и др.). Обычно указанные приборы имеют два режима работы:

1) оценка радиационного фона по величине мощности эквивалентной дозы гамма-излучения (мкЗв/ч), а также загрязненности по гаммаизлучению проб воды, почвы, пищи, продуктов растениеводства, животноводства и т.д.;

* Единицы измерения радиоактивности

Активность радионуклида (А) - уменьшение числа ядер радионуклида за опреде-

ленный интервал времени:

[А] = 1 Ки = 3,7 · 1010 расп./с = 3,7 · 1010 Бк.

Поглощенная доза излучения (Д) составляет энергию ионизирующего излучения, переданную определенной массе облучаемого вещества:

[Д] = 1 Гр = 1 Дж/кг = 100 рад.

Эквивалентная доза облучения (Н) равна произведению поглощенной дозы на

средний коэффициент качества ионизирующего излучения (К), учитывающий биоло-

гическое действие различных излучений на биологическую ткань:

[Н] = 1 Зв = 100 бэр.

Экспозиционная доза (X) является мерой ионизирующего действия излучения, еди-

ницей которой является 1 Кu/кг или 1 Р:

1 Р = 2,58 · 10-4 Кu/кг = 0,88 рад.

Мощность дозы (экспозиционной, поглощенной или эквивалентной) - это отношение приращения дозы за определенный интервал времени к величине этого временного интервала:

1 Зв/с = 100 Р/с = 100 бэр/с.

2) оценка степени загрязненности бета-, гамма - излучающими радионуклидами поверхностей и проб почвы, пищи и др. (частиц/мин.·см2 или кБк /кг).

Предельно допустимая доза облучения составляет 5 мЗв /год.

Определение уровня радиационной безопасности

Определение уровня радиационной безопасности проводится на примере использования дозиметра-радиометра бытового (ИРД-02Б1):

1. Установить переключатель режима работы в положение «мкЗв/ч».

2. Включить прибор, для чего установить переключатель «выкл.- вкл.»

в положение «вкл.». Примерно через 60 с после включения прибор готов

к работе.

3. Поместить прибор в то место, где определяется мощность эквивалентной дозы гамма-излучения. Через 25-30 с на цифровом табло высветится значение, которое соответствует мощности дозы гаммаизлучения в данном месте, выраженной в микрозивертах в час (мкЗв/ч).

4. Для более точной оценки необходимо брать среднее из 3-5 последовательных показаний.

Показание на цифровом табло прибора 0,14 означает, что мощность дозы составляет 0,14 мкЗв/ч или 14 мкР/ч (1 Зв = 100 Р).

Через 25-30 с после начала работы прибора необходимо снять три последовательных показания и найти среднее значение. Результаты оформить в виде табл. 2.

Таблица 2. Определение уровня радиации

		Показания прибора		Среднее значение
				мощности дозы

Оформление результатов микроклиматических наблюдений

Данные всех микроклиматических наблюдений фиксируются в тетради, а затем обрабатываются и оформляются в виде табл. 3.

Таблица 3. Результаты обработки микроклиматических

наблюдений

Температу-

ра воздуха

Температу-

Влажность

на высоте,

ра воздуха,

воздуха на

высоте, %

Влажность

Влажность воздуха - содержание в нем водяного пара. Ее характеристиками являются:

абсолютная влажность а - количество водяного пара (в г) в 1 м 3 воздуха;

насыщающий (насыщенный) пар А - количество пара (в г), необходимое для полного насыщения единицы объема (его упругость обозначается буквой Е);

относительная влажность R - отношение абсолютной влажности к насыщающему пару, выраженное в процентах (R=100% × а/А );

точка росы - температура, при которой воздух достиг бы состояния насыщения при данном влагосодержании и неизмененном давлении.

В экваториальной зоне и субтропиках абсолютная влажность у земли достигает 15 – 20 г/м 3 . В умеренных широтах летом - 5 – 7 г/м 3 , зимой (а также в Арктическом бассейне) она уменьшается до 1 г/м 3 и ниже. С высотой содержание водяного пара в воздухе быстро падает. Влажность оказывает влияние на изменение температуры воздуха, а также на процесс образования облаков, туманов, осадков.

Наряду с процессом испарения воды в атмосфере проис­ходит и обратный процесс - переход водяного пара при понижении температуры в жидкое или непосредственно в твердое состояние. Первый процесс называется конденсацией, второй - сублимацией .

Понижение температуры происходит адиабатически в поднимающемся влажном воздухе и приводит к конденсации или сублимации водяного пара, что и является главной причиной образования облаков. Причинами подъема воздуха в этом случае могут являться: 1) конвекция, 2) восходящее скольжение по наклонной фронтальной поверхности, 3) волнообразные движения, 4) турбулентность.

Кроме указанного, понижение температуры может произойти и вследствие радиационного выхолаживания (от излучения) верх­них слоев инверсий или верхней границы облаков.

Конденсация происходит только в том случае, если воздух насыщен водяным паром и в атмосфере имеются ядра конденсации. Ядрами конденсации являются мельчайшие твердые, жидкие и газообразные частицы, постоянно имеющиеся в атмосфере. Наиболее распространенными являются ядра, содержащие соединения хлора, серы, азота, углерода, натрия, кальция, причем наиболее часто встречающимися ядрами являются соединения натрия и хлора, обладающие гигроскопическими свойствами.

Ядра конденсации в атмосферу попадают главным образом из морей и океанов (около 80%) путем испарения и разбрызгивания их с водной поверхности. Кроме того, источниками ядер конденса­ции являются продукты горения, выветривания почв, вулканической деятельности и т. д.

В результате конденсации и сублимации в атмосфере образуются мельчайшие капельки воды (с радиусом около 50 мк) и кристаллики льда, имеющие вид шестигранной призмы. Скопление их в приземном слое воздуха дает дымку или туман, в вышележащих слоях облака. Слияние мелких облачных капель или нарастание ледяных кристаллов приводит к образованию различного рода осадков: дождя, снега.

Облака могут состоять только из капель, только из кристаллов и быть смешанными, т. е. состоять из капель и кристаллов. Водяные капли в облаках при отрицательных температурах находятся в переохлажденном состоянии. Капельножидкие облака в боль­шинстве случаев наблюдаются до температуры -12° С, чисто ледяные (кристаллические) - при температуре ниже -40° С, сме­шанные - от -12 до -40° С.

Облака характеризуются водностью. Водность - это количество воды в граммах, содержащееся в одном кубическом метре облака (г/м 3). Водность в капельножидких облаках колеблется от 0,01 до 4 г в кубическом метре облачной массы (в отдельных случаях на­блюдается и более 10 г/м 3). В ледяных облаках водность менее 0,02 г/м 3 , а в смешанных об­лаках до 0,2-0,3 г/м 3 . Не следует смешивать водность с влажностью.

Облака классифицируются:

По высоте нижней границы на 3 (иногда 4) яруса,

По происхождению (генетическая классификация) на 3 группы,

По внешнему виду (морфологическая классификация) делятся на несколько форм:

Выделяются основные формы:

Кучевые облака представляют собой белые, серые, темно-серые отдель­ные образования в виде куч различной формы.

Перистые - отдельные тонкие легкие облака белого цвета, прозрачные, волокнистой или нитевидной структуры имеют вид крючков, нитей, перьев или полос.

Слоистые облака - представляют собой однородный серый покров, различной прозрачности.

Перисто-кучевые облака, представляющие собой мелкие белые хлопья или маленькие шарики (барашки), напоминающие комочки снега,

Перисто-слоистые облака, имеющие вид белой пелены, затягивающей зачастую все небо, и придающие ему молочно-бе­лый оттенок.

Слоисто-кучевые облака серого цвета с темными полоса­ми - облачными валами.

Отмечаются также другие особенности внешнего вида (наличие волнистости, конкретные формы облака) и связь с осадками. Всего насчитывают 10 основных форм облаков и 70 их разновидностей.

Форма облаков определяется при их наблюдении в соответствие с принятой классификацией с помощью специально изданного Атласа облаков.

Облака, возникающие внутри воздушных масс, называются внутримассовыми , образующиеся на атмосферных фронтах – фронтальными , возникающие над горами при перетекании воздушными потоками препятствий (гор) – орографическими .

Группы	Процесс образования	Ярус
Нижний (0 – 2000м). Облака вертикаль-ного развития.	Средний (2000 – 6000 м).	Верхний (выше 6000м).
Кучевообраз-ные	Конвекция при наличии задерживающего слоя.	Кучевые (плоские облака).	Высококучевые: - хлопьевидные; - башенкообразные.	Перисто-кучевые хлопьевид-ные
Вертикального развития: вторжение холодного воздуха под теплый.	Кучево-дождевые. Мощные кучевые (верхняя граница – до тропопаузы).
Слоисто-образные	Восходящее скольжение теплого воздуха вдоль пологих фронтальных разделов или по холодной подстилающей поверхности.	Слоисто-дождевые. Разорвано- дождевые (слоистые или слоисто-кучевые)	Высоко-слоистые: - тонкие. - плотные	Перистые. Перисто-слоистые
Волнистые	Надинверсионные: восхо-дящее скольжение теплого воздуха по слою инверсии со слабым наклоном.	Слоисто-кучевые плотные	Высоко-кучевые плотные	Перисто-кучевые волнисто-образные
Подинверсионные: турбулентность, излучение, смешение в пограничном слое.	Слоисто-кучевые просвечивающие. Слоистые	Высоко-кучевые просвечивающие: - волнистые, - грядами, - чечевицеобразные

При указании высоты верхней и нижней границ облаков нужно иметь в виду, что они могут быть как достаточно четкие, так и чрезвычайно размытые. Особенно опасен переходный предоблачный слой, достигающий 200 м у под подинверсионными облаками.

В отдельную группу следует выделить искусственные перистые облака, возникающие за летящим самолетом в верхней тропосфере. Их называют конденсационными (иногда инверсионными) следами. Возникают они в результате сублимации водяного пара, содержащегося в выхлопных газах двигателя.