Высокослоистое облако

Altostratus средней высоты, — это род облаков состоящий из капель воды, кристаллов льда или их смеси. Высокослоистые облака образуются, когда поднимаются большие массы теплого влажного воздуха, вызывая конденсацию водяного пара. Высокослоистые облака обычно представляют собой серые или голубоватые безликие листы, хотя некоторые варианты имеют волнистое или полосчатое основание. Солнце можно увидеть сквозь более тонкие высокослоистые облака, но более толстые слои могут быть совершенно непрозрачными .
Высокослоистые облака обычно предсказывают приход теплых фронтов . После появления высокослоистых облаков, связанных с теплым фронтом, в ближайшие 12–24 часа обычно последует непрерывный дождь или снег. Хотя высокослоистые облака предсказывают наступление более теплой и влажной погоды, сами по себе они не вызывают значительных осадков. Однако грозы могут заключаться в высокослоистых облаках, вызывая ливни.
Поскольку высокослоистые облака могут содержать кристаллы льда, они могут вызывать некоторые оптические явления, такие как радужность и короны .
Описание
[ редактировать ]
Высокослоистые облака обычно серые или с голубым оттенком и имеют в основном однородный вид, напоминающий одеяло. Они не имеют ярко выраженных особенностей и обычно не дают осадков . Название «altostratus» происходит от спряжения латинских слов «altum», что означает «высокий», и «stratus», что означает «плоский» или «распространенный». [1] [2] Высокослоистые облака могут образовывать виргу , из-за чего нижняя часть облаков кажется туманной. [3] Несмотря на то, что высокослоистые облака не дают значительных осадков, они могут вызывать легкие дожди или даже небольшие ливни. [4] Постоянные осадки и понижение нижней границы облаков приводят к тому, что высокослоистые слои становятся слоисто-дождевыми . [5]
В отличие от большинства других типов облаков, высокослоистые облака не подразделяются на виды облаков из-за их практически невыразительного внешнего вида. [6] Однако они по-прежнему встречаются в пяти разновидностях: Altostratus duplicatus , opacus , radiatus , translucidus и undulatus . [7] Altostratus duplicatus — редкая форма высокослоистых облаков, состоящих из двух или более слоев облаков. [8] Translucidus — это полупрозрачная форма высокослоистых облаков, что означает, что сквозь облако можно увидеть солнце или луну. [9] тогда как разновидность opacus непрозрачна. [10] Радиатус – еще один редкий сорт. Он имеет параллельные полосы облаков, тянущиеся к горизонту. [11] Разновидность undulatus имеет волнистый вид: кажется, что нижняя часть облака поднимается и опускается. [12]
Высокослоистые и высококучевые облака , оба из которых являются облаками среднего уровня. [4] обычно измеряются вместе при исследованиях облачного покрова. Вместе они покрывают в среднем около 25% поверхности Земли. [13] на основе CALIPSO . спутниковых данных [14] Это составляет примерно треть всей облачности Земли. [13] Отдельно от высококучевых облаков высокослоистые облака покрывают ~ 16% поверхности Земли. [13] Высокослоистый облачный покров в регионах с умеренным климатом меняется сезонно, причем в летние месяцы он значительно меньше, чем в другие сезоны. Кроме того, высокослоистый облачный покров варьируется в зависимости от широты : в тропических регионах гораздо меньше высокослоистых облаков по сравнению с умеренными или полярными регионами. [15] По данным поверхностных измерений, высокослоистые и высококучевые облака покрывают примерно 22% поверхности океана с минимальными изменениями в зависимости от сезона. [16]
Высокослоистые облака самые теплые внизу и самые холодные вверху. [17] с довольно последовательным [18] Скорость отклонения от 5 до 7 ° C на километр (от 14 до 20 ° F на милю) внутри облака. Скорость градиента — это скорость, с которой температура снижается с высотой. [19] Более высокие скорости градиента (т.е. более быстрое падение температуры с увеличением высоты) были связаны с более холодными облаками. [18] Средняя температура высокослоистых облаков, основанная на данных, собранных примерно на широте от 45 до 80 °, варьировалась от -16 до -45 ° C (от 3,2 до -49 ° F). Летом наблюдались более высокие температуры, а зимой – более низкие. [17]
Внутри высокослоистых облаков относительная влажность обычно наибольшая к верхней части облака и снижается медленно и примерно линейно к нижней части. Самая нижняя часть облака имеет самую низкую относительную влажность. [17] Ниже нижней границы облака относительная влажность быстро падает. [20]
Микрофизические свойства
[ редактировать ]Альтостратус может состоять из капель воды, капель переохлажденной воды и кристаллов льда. [4] но кристаллы льда составляют подавляющее большинство. [21] В некоторых высокослоистых облаках, состоящих из кристаллов льда, очень тонкие горизонтальные слои капель воды могут появляться как бы случайно, но они быстро исчезают. [22] Размеры кристаллов льда в облаке имели тенденцию увеличиваться по мере уменьшения высоты. Однако ближе к нижней части облака частицы снова уменьшились в размерах. Во время отбора проб одного облака ученые заметили ореол во время полета возле верхней части облака, что указывало на то, что кристаллы льда имели шестиугольную форму вблизи вершины. Однако ниже кристаллы льда стали более слипшимися. [23] [24] Смешанные (содержащие как лед, так и воду) высокослоистые облака содержат «слой таяния», ниже которого кристаллы льда имеют тенденцию таять в капли воды. Эти капли воды представляют собой сферы и поэтому падают гораздо быстрее, чем кристаллы льда, собираясь у нижней части облака. [25]
Формирование
[ редактировать ]
Высокослоистые облака образуются, когда поднимается большая масса теплого воздуха , в результате чего водяной пар в атмосфере конденсируется на ядрах (мелких частицах пыли), образуя капли воды и кристаллы льда. [26] Эти условия обычно возникают на переднем крае теплого фронта, где перисто-слоистые облака сгущаются и опускаются, пока не переходят в высокослоистые облака. [2] Альтернативно, слоисто-дождевые облака могут разрежаться до высокослоистых. [27] Высокослоистые облака могут даже образоваться в результате распространения верхней наковальни или среднего столба грозы. [27]
Высокослоистые облака — это облака среднего уровня. [4] которые составляют от 2000 до 4000 метров (от 6600 до 13 000 футов) над уровнем моря в полярных регионах . В регионах с умеренным климатом потолок резко увеличивается, позволяя формироваться высокослоистым облакам на высоте от 2000 до 7000 метров (от 6600 до 23 000 футов). В тропических регионах высокослоистые слои могут достигать еще большей высоты, образуя от 2000 до 8000 метров (от 6600 до 26000 футов). [3] Их толщина может варьироваться от 1000 до 5000 метров (от 3300 до 16 000 футов). [3] и может покрывать сотни километров поверхности Земли. [28]
Использование в прогнозировании
[ редактировать ]Высокослоистые облака, как правило, формируются перед теплыми фронтами или фронтами окклюзии и предвещают их приход. [2] Эти теплые фронты приносят в регион более теплый воздух. Окклюзированные фронты образуются, когда более быстро движущийся холодный фронт догоняет теплый фронт, и температура после прохождения фронтальной системы может повышаться или падать. [29] По мере приближения фронтальной системы перисто-слоистые облака сгущаются в высокослоистые облака, которые затем постепенно сгущаются и превращаются в нимбослоистые облака. [2] [30] Если лобная система закрыта, кучево-дождевые облака . также могут присутствовать [29] После появления высокослоистых облаков в ближайшие 12–24 часа обычно последует дождь или снег. [30]
Нестабильность атмосферы может привести к появлению гроз в высокослоистых облаках. [3] хотя высокослоистые облака сами по себе не вызывают штормов. [4]
Влияние на климат
[ редактировать ]Во всем мире облака отражают около 50 Вт на квадратный метр. [а] Коротковолновая солнечная радиация возвращается в космос, охлаждая Землю примерно на 12 °C (22 °F), и этот эффект в основном вызван слоисто-кучевыми облаками . Однако в то же время они отражают около 30 Вт на квадратный метр длинноволнового (инфракрасного) излучения черного тела , испускаемого Землей, обратно на поверхность Земли, нагревая Землю примерно на 7 °C (13 °F) — процесс называется парниковым эффектом . Перистые и высокослоистые облака являются двумя основными источниками этого нагревательного эффекта. Такое сочетание отопления и охлаждения приводит к чистым потерям в 20 Вт на квадратный метр во всем мире, охлаждая Землю примерно на 5 °C (9,0 °F). [31] [32] [33] [34]
Высокослоистые облака - единственный род облаков, помимо перистых облаков, который оказывает суммарное глобальное нагревательное воздействие на Землю и ее атмосферу; однако перистые обладают согревающим эффектом, который в четыре раза сильнее, чем альтостратус (2 Вт на квадратный метр против всего 0,5 Вт на квадратный метр). [35]
Оптические явления
[ редактировать ]Высокослоистые облака могут создавать яркие ореолы , если смотреть с воздуха. [3] но не если смотреть с земли. [36] Ореолы могут иметь вид колец, дуг или пятен белого или разноцветного света и образуются в результате отражения и преломления солнечного или лунного света, проходящего через кристаллы льда в облаке. [37] Дифракция света через высокослоистые облака также может создавать короны , которые представляют собой небольшие концентрические кольца света пастельных тонов вокруг Солнца или Луны. Они также могут быть переливающимися , с часто параллельными полосами яркого цвета, проецируемыми на облако. В отличие от ореолов, короны и переливы можно увидеть с поверхности Земли. [2] [38]
Отношение к другим облакам
[ редактировать ]
Высокослоистые и высококучевые облака — это два рода облаков среднего уровня, которые обычно образуются на высоте от 2000 до 6100 м (от 6500 до 20 000 футов). [4] [39] Им дается приставка «альт-». Эти облака образуются из кристаллов льда, капель переохлажденной воды или капель жидкой воды. [4]
Над облаками среднего уровня расположены три разных рода облаков высокого уровня: перистые , перисто-кучевые и перисто-слоистые, каждому из которых присвоен префикс «перисто-». Облака высокого уровня обычно образуются на высоте более 6100 м (20 000 футов). [4] [39] [40] Перисто-кучевые и перисто-слоистые облака иногда неофициально называют перистыми облаками из-за их частой ассоциации с перистыми облаками. [41]
Ниже облаков среднего уровня находятся облака низкого уровня, которые обычно образуются на высоте ниже 2000 м (6500 футов) и не имеют префикса. [4] [39] Два рода, которые относятся к строго низкому уровню, — это слоисто-кучевые и слоисто-кучевые . Эти облака состоят из капель воды, за исключением зимы, когда они состоят из переохлажденных капель воды или кристаллов льда, если температура на уровне облаков ниже нуля. Три дополнительных рода обычно формируются в низковысотном диапазоне, но могут базироваться и на более высоких уровнях в условиях очень низкой влажности. Это роды кучевые , кучево-дождевые и слоисто-дождевые . Их иногда классифицируют отдельно как облака вертикального развития, особенно когда их вершины достаточно высоки и состоят из переохлажденных капель воды или кристаллов льда. [42] [4]
Перисто-слоистые
[ редактировать ]
Перисто-слоистые облака могут выглядеть как гладкая завеса на небе. [43] или в виде полосатого листа. [40] Иногда они похожи на высокослоистые и отличаются от последних, потому что солнце или луна всегда хорошо видны через прозрачный перисто-слоистый слой, в отличие от высокослоистого, который имеет тенденцию быть непрозрачным или полупрозрачным. [44] Cirrostratus бывает двух видов: fibratus и nebulosus . [45] Кристаллы льда в этих облаках различаются в зависимости от высоты облака. Ближе к низу, при температуре от -35 до -45 ° C (от -31 до -49 ° F), кристаллы имеют тенденцию представлять собой длинные твердые шестиугольные столбцы. Ближе к вершине облака, при температуре от -47 до -52 ° C (от -53 до -62 ° F), преобладающими типами кристаллов являются толстые шестиугольные пластины и короткие сплошные шестиугольные столбцы. [46] [47] Эти облака обычно создают ореолы, и иногда ореол является единственным признаком присутствия таких облаков. [30] Они образуются в результате медленного подъема теплого влажного воздуха на очень большую высоту. [48] При приближении теплого фронта перисто-слоистые облака становятся толще и опускаются, образуя высокослоистые облака. [4] а дождь обычно начинается через 12–24 часа. [30]
Высококучевые облака
[ редактировать ]
Высококучевые облака представляют собой небольшие пятна или кучки белых или светло-серых облаков. [49] [4] Как и высокослоистые, высококучевые облака состоят из смеси капель воды, капель переохлажденной воды и кристаллов льда. Хотя высококучевые облака представляют собой облака среднего уровня, которые формируются примерно на той же высоте, что и высокослоистые облака, методы их формирования совершенно разные. Высококучевые облака образуются в результате конвективных (восходящих) процессов, [4] тогда как альтослоистый слой обычно образуется за счет нисходящего и утолщающегося перисто-слоистого слоя. [2]
Стратус
[ редактировать ]
Слоистые облака — это низкоуровневые облака, которые обычно визуально похожи на высокослоистые. [4] Stratus бывает двух видов: nebulosus , практически безликий плоский серый облачный покров, и fractus , разбитые фрагменты облаков. [50] часто называют «скадом». [4] Непрозрачные разновидности высокослоистых и слоистых туманных облаков могут быть практически неотличимы друг от друга невооруженным глазом до такой степени, что Всемирная метеорологическая организация предлагает один из немногих способов отличить эти облака — проверить, какие типы облаков были до них. . [51] Высокослоистые облака, поскольку они имеют тенденцию образовываться на теплых фронтах. [2] обычно предшествуют усиковидные облака высокого уровня. [51] Слоистые облака обычно образуются в результате охлаждения воздушных масс, часто ночью. [52] и поэтому им обычно не предшествуют облака других типов. [51]
Облачно
[ редактировать ]Слоистые облака — это низкоуровневые (иногда классифицируемые как вертикальные) дождевые слоистые облака. В отличие от дождей или небольших дождей, которые могут вызывать высокослоистые или слоистые виды, слоисто-дождевые дожди вызывают сильный непрерывный дождь или снег. Эти облака достаточно густые и темные, чтобы полностью закрыть солнце. [4] [53] Nimbostratus не имеет видов. [54] или сорта. [55] Как и высокослоистые, нимбослоистые облака могут состоять из кристаллов льда, капель переохлажденной воды или капель воды. [56]
См. также
[ редактировать ]
Примечания
[ редактировать ]- ^ Чтобы сломать это число, С практической точки зрения мощности 50 Вт достаточно, чтобы повысить температуру 1 литра (1 килограмма) воды на 0,012 °C каждую секунду или примерно на 43 °C каждый час. Это количество энергии отражается усредненной глобальной облачностью на каждом квадратном метре.
Источники
[ редактировать ]- Сноски
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.5.1
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г «Высокослоистые облака» . Метеорологическое управление Великобритании . Проверено 25 марта 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и «Альтостратус» . Международный атлас облаков . Всемирная метеорологическая организация . Проверено 25 марта 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п Фанк, Тед. «Классификация и характеристики облаков» (PDF) . Уголок науки . НОАА . п. 1 . Проверено 25 марта 2022 г.
- ^ Аренс 2006 , с. 194
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.5.2
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.5.3
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.5.3.3
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.5.3.1
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.5.3.2
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.5.3.5
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.5.3.4
- ^ Перейти обратно: а б с Сассен и Ван 2012 , с. 688
- ^ Сассен и Ван 2012 , с. 679
- ^ Сассен и Ван 2012 , с. 686
- ^ Уоррен и др. 1988 г. , Таблица 9б
- ^ Перейти обратно: а б с Ян и Цзоу, 2013 , с. 6010
- ^ Перейти обратно: а б Ян и Цзоу, 2013 , с. 6013
- ^ Ян и Цзоу, 2013 , с. 6011
- ^ Данн и др. 1999 , с. 181.
- ^ Сассен и Ван 2012 , стр. 679–680.
- ^ Платт 1977 , с. 344
- ^ Поле 1999 , с. 1929 год
- ^ Поле 1999 , с. 1933 год
- ^ Данн и др. 1999 , с. 182.
- ^ «Облака и как они формируются» . Центр научного образования . Университетская корпорация по исследованию атмосферы . Проверено 28 марта 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.5.5
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.5.7
- ^ Перейти обратно: а б «Погодные фронты» . Центр научного образования . Университетская корпорация по исследованию атмосферы . Проверено 28 марта 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б с д Аренс 2006 , с. 120
- ^ «Облачная климатология» . Международная программа спутниковой облачной климатологии . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Проверено 12 июля 2011 г.
- ^ «Радиационный эффект облаков» . Лаборатория геофизической гидродинамики . Национальное управление океанических и атмосферных исследований . Проверено 29 марта 2022 г.
- ^ Л'Экуйер и др. 2019 , с. 6213
- ^ Рибик, Холли (3 июня 2010 г.). «Глобальное потепление: тематические статьи» . Земная обсерватория . Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства . Проверено 29 марта 2022 г.
- ^ Л'Экуйер и др. 2019 , с. 6205
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.5.6.2
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 3.2.3.1
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 3.2.3.2 – 3.2.3.3
- ^ Перейти обратно: а б с «Классификация облаков» . Всемирная метеорологическая организация . 18 января 2017 года. Архивировано из оригинала 18 декабря 2023 года . Проверено 14 марта 2022 г.
- ^ Перейти обратно: а б Хаббард 2000 , с. 340
- ^ «Усикообразные - Словарь метеорологии» . Американское метеорологическое общество . Проверено 23 февраля 2022 г.
- ^ Кермер, Джим (2011). «Облачный бутик Государственной метеорологической программы Плимута» . Плимутский государственный университет . Архивировано из оригинала 10 мая 2009 года . Проверено 2 апреля 2012 г.
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.3.1
- ^ День 2005 , с. 56
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.3.2
- ^ Мысли 1995 , с. 254
- ^ Мысли 1995 , с. 256
- ^ Гамильтон 2007 , с. 24
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.4.1
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.8.2
- ^ Перейти обратно: а б с Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.5.6.6
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.8.8
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.6.1
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.6.2
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.6.3
- ^ Кон и др. 2017 , Раздел 2.3.6.7
- Библиография
- Аренс, К. Дональд (февраль 2006 г.). Метеорология сегодня: введение в погоду, климат и окружающую среду (8-е изд.). Брукс Коул. ISBN 978-0-495-01162-0 . OCLC 693475796 .
- Кон, Стивен; Брюн, Майкл; Андерсон, Джордж; Аткинсон, Роджер; Кампос, Маринес; Галати, Федерико; Ловелл, Эрнест; Рэй, Коллин; Рюди, Изабель; Тэм, Квонг Хунг; Тюриг-Йенцер, Элиан; Трайс, Джим (2017). Международный атлас облаков . Всемирная метеорологическая организация . Проверено 25 марта 2022 г.
- Данн, О.; Кванте, М.; Милферштадт, Д.; Лемке, Х.; Рашке, Э. (февраль 1999 г.). «Взаимосвязь между доплеровскими спектральными моментами в крупномасштабных полях перисто- и высокослоистых облаков, наблюдаемых с помощью наземного облачного радара 95 ГГц» . Журнал прикладной метеорологии и климатологии . 38 (2). Американское метеорологическое общество: 175–189. Бибкод : 1999JApMe..38..175D . doi : 10.1175/1520-0450(1999)038<0175:RBDSMW>2.0.CO;2 .
- Дэй, Джон А. (август 2005 г.). Книга облаков . Стерлинг. ISBN 978-1-4027-2813-6 . OCLC 61240837 .
- Филд, Пол Р. (июнь 1999 г.). «Авиационные наблюдения за эволюцией кристаллов льда в высокослоистом облаке». Журнал прикладной метеорологии . 56 (12): 1925–1941. Бибкод : 1999JAtS...56.1925F . CiteSeerX 10.1.1.595.2059 . doi : 10.1175/1520-0469(1999)056<1925:AOOICE>2.0.CO;2 . ISSN 1520-0469 .
- Гамильтон, Джина (1 сентября 2007 г.). Голубая планета – Воздух (электронная книга) . Издательство Милликен. ISBN 978-1-4291-1613-8 .
- Ханг, Юн; Л'Экуйер, Тристан; Хендерсон, Дэвид; Матус, Александр; Ван, Чжиен (1 октября 2019 г.). «Переоценка влияния типа облаков на энергетический баланс Земли в эпоху активных космических наблюдений. Часть II: Нагрев атмосферы» . Журнал климата . 32 (19). Американское метеорологическое общество: 6219–6236. Бибкод : 2019JCli...32.6219H . дои : 10.1175/JCLI-D-18-0754.1 .
- Хаббард, Ричард Кейт (5 мая 2000 г.). «Глоссарий» . Boater's Bowditch: Американский практический штурман для малых судов (2-е изд.). Международная морская/Ragged Mountain Press. ISBN 978-0-07-136136-1 .
- «Высотно-слоистое облако (в химии атмосферы)» (PDF) . Сборник химической терминологии ИЮПАК (2-е изд.). Международный союз теоретической и прикладной химии (ИЮПАК). 1997. Архивировано из оригинала (PDF) 4 марта 2016 года . Проверено 20 апреля 2011 г.
- Л'Экуйер, Тристан; Ханг, Юн; Матус, Александр; Ван, Чжиен (1 октября 2019 г.). «Переоценка влияния типа облаков на энергетический баланс Земли в эпоху активных космических наблюдений. Часть I: Верхняя часть атмосферы и поверхность». Журнал климата . 32 (19). Американское метеорологическое общество: 6197–6217. Бибкод : 2019JCli...32.6197L . дои : 10.1175/JCLI-D-18-0753.1 .
- Парунго, Ф. (май 1995 г.). «Кристаллы льда в высоких облаках и следах». Атмосферные исследования . 38 (1–4): 249–262. Бибкод : 1995AtmRe..38..249P . дои : 10.1016/0169-8095(94)00096-В . OCLC 90987092 .
- Платт, CMR (апрель 1977 г.). «Лидарное наблюдение смешаннофазного высокослоистого облака» . Журнал прикладной метеорологии . 16 (4): 339–345. Бибкод : 1977JApMe..16..339P . doi : 10.1175/1520-0450(1977)016<0339:LOOAMP>2.0.CO;2 . ISSN 0021-8952 .
- Сассен, Кеннет; Ван, Чжиен (2012). «Облака средней тропосферы: состав, радиационное воздействие и глобальное распространение». Исследования в области геофизики . 33 (3–4): 677–691. Бибкод : 2012SGeo...33..677S . дои : 10.1007/s10712-011-9163-x . S2CID 129776090 .
- Уоррен, Стивен Г.; Хан, Кэрол Дж.; Лондон, Джулиус; Червин, Роберт М.; Дженн, Рой Л. (декабрь 1988 г.). «Глобальное распределение общей облачности и количества типов облаков над океаном» . Управление энергетических исследований . Министерство энергетики США . дои : 10.2172/5415329 . Проверено 26 марта 2022 г.
- Ян, С.; Цзоу, X. (15 августа 2013 г.). «Температурные профили и климатология градиента скорости в высокослоистых и слоисто-дождевых облаках, полученные на основе данных GPS RO» . Журнал климата . 26 (16). Американское метеорологическое общество: 6000–6014. Бибкод : 2013JCli...26.6000Y . дои : 10.1175/JCLI-D-12-00646.1 .