Введение
Род облаков, облака нижнего яруса.
Кучевые облака – это облака с плоским основанием, которые часто описываются как пышные, похожие на вату или пушистые. Их название происходит от латинского слова cumulus, означающего «куча» или «груда». Существуют также кучеобразные облака с ограниченной конвекцией, включающие слоисто-кучевые (нижний ярус), высококучевые (средний ярус) и перисто-кучевые (верхний ярус). Эти три последних типа родов иногда классифицируются отдельно как слоисто-кучеобразные. Высота облака (от его основания до вершины) зависит от температурного профиля атмосферы и наличия инверсий. Во время конвекции окружающий воздух вовлекается (смешивается) с восходящим потоком, и общая масса поднимающегося воздуха увеличивается. В фазе аккреции капля начинает падать, и другие капли сталкиваются и сливаются с ней, увеличивая размер капли дождя. Лангмюир разработал формулу, которая предсказывала, что радиус капли будет неограниченно расти в течение определенного периода времени.
Описание
Было обнаружено, что плотность жидкой воды в кумулятивном облаке изменяется с высотой над основанием облака, а не остаётся приблизительно постоянной по всему объёму облака. В одном конкретном исследовании концентрация была равна нулю на основании облака. С увеличением высоты концентрация быстро возрастала до максимального значения вблизи середины облака. Максимальная концентрация достигала 1,25 грамма воды на килограмм воздуха. Концентрация медленно снижалась с увеличением высоты до вершины облака, где она немедленно падала до нуля. Кумулятивные облака могут формироваться в виде линий, протянувшихся на большие расстояния, называемых облачными улицами. Эти облачные улицы покрывают обширные территории и могут быть как сплошными, так и прерывистыми. Они образуются, когда сдвиг ветра вызывает горизонтальную циркуляцию в атмосфере, формируя длинные трубчатые облачные улицы. Обычно они формируются во время областей высокого давления, например, после холодного фронта. Высота образования облака зависит от количества влаги в восходящем потоке, формирующем облако. Влажный воздух обычно приводит к более низкому основанию облака. В умеренных широтах основание кумулятивных облаков обычно находится ниже уровня земли, но может достигать высоты до 100 метров. В засушливых и горных районах основание облака может превышать 100 метров. Водяные капли образуются при конденсации водяного пара на ядрах конденсации, после чего они могут сливаться в более крупные капли. Одно исследование показало, что в умеренных регионах основания исследованных облаков варьировались от уровня над землей. Эти облака обычно находились выше 25 °C (77 °F), а концентрация капель колебалась в пределах. Эти данные были получены из растущих изолированных кумулятивных облаков, не дающих осадков. Капли были очень маленькими, их диаметр составлял около 5 микрометров. Хотя могли присутствовать и более мелкие капли, измерения были недостаточно чувствительны для их обнаружения. Самые маленькие капли обнаруживались в нижних частях облаков, при этом процент крупных капель (около 20–30 микрометров) резко возрастал в верхних областях облака. Распределение размеров капель было слегка бимодальным, с пиками, соответствующими малым и большим размерам капель, и небольшим провалом в промежуточном диапазоне. Асимметрия была примерно нейтральной. Кроме того, размер крупных капель примерно обратно пропорционален концентрации капель в единице объема воздуха. В некоторых местах в кумулятивных облаках могут образовываться «дыры», где отсутствуют капли воды. Это может происходить, когда ветер разрывает облако, захватывая окружающий воздух, или когда сильные нисходящие потоки вызывают испарение воды.
Подформа
Облака кумулус бывают четырех различных видов: cumulus humilis, mediocris, congestus и fractus. Эти виды могут быть объединены в разновидность cumulus radiatus и могут сопровождаться до семи дополнительных признаков: cumulus pileus, velum, virga, praecipitatio, arcus, pannus и tuba. Вид Cumulus fractus имеет разорванный вид и может формироваться в чистом воздухе как предшественник cumulus humilis и более крупных видов кумулус, или же образовываться в осадках в виде дополнительного признака pannus (также называемого обрывками), который также может включать stratus fractus при плохой погоде. Облака cumulus humilis выглядят как пушистые, приплюснутые образования. Облака cumulus mediocris выглядят похоже, за исключением некоторого вертикального развития. Облака cumulus congestus имеют структуру, напоминающую цветную капусту, и поднимаются высоко в атмосферу, отсюда их альтернативное название – "башенные кумулусы". Дополнительные признаки кумулусов чаще всего наблюдаются у вида congestus. Облака cumulus virga производят virga (осадки, которые испаряются в воздухе), а cumulus praecipitatio – осадки, достигающие поверхности Земли. Cumulus pannus состоят из клочковатых облаков, которые обычно появляются под основным кумулусом во время осадков. Облака cumulus arcus имеют фронт порывов ветра, а cumulus tuba – воронки или торнадо. Облака cumulus pileus – это кумулусы, которые растут настолько быстро, что формируют pileus над вершиной облака. Облака cumulus velum имеют ледяную вуаль над растущей вершиной облака. Существуют также cumulus cataractagenitus, которые формируются над водопадами.
Прогноз
Облака кумулус-умилис обычно указывают на хорошую погоду. Облака кумулус-медиокрис похожи, за исключением того, что они имеют некоторое вертикальное развитие, что подразумевает возможность их превращения в кумулус-конгестус или даже кумулонимбусные облака, которые могут вызывать сильные дожди, молнии, шквальный ветер, град и даже торнадо. Облака кумулус-конгестус, выглядящие как башни, часто развиваются в кумулонимбусные грозовые облака. Они могут давать осадки.
Влияние на климат
Из-за отражающей способности облака охлаждают Землю примерно на , эффект, в значительной степени обусловленный стратокумульными облаками. Однако одновременно они нагревают Землю примерно на , отражая исходящее излучение, эффект, в основном вызванный облаками циррус. В среднем это приводит к чистому охлаждению на . Облака кумулус, с другой стороны, оказывают переменное влияние на нагрев поверхности Земли. Более вертикальные виды cumulus congestus и облака рода cumulonimbus поднимаются высоко в атмосферу, перенося с собой влагу, что может привести к образованию облаков циррус. Исследователи предположили, что это может даже создать положительную обратную связь, когда увеличение влажности в верхних слоях атмосферы дополнительно нагревает Землю, что приводит к увеличению количества облаков cumulus congestus, переносящих больше влаги в верхние слои атмосферы.
Отношение к другим облакам
Кумуловые облака — это род свободно конвективных облаков нижнего яруса, наряду с близкими по характеристикам стратокумуловыми облаками с ограниченной конвекцией. Эти облака формируются от уровня земли и встречаются на всех широтах. Облака стратус также относятся к нижнему ярусу. В среднем ярусе находятся альто-облака, состоящие из альтокумулуса – стратокумулиформного облака с ограниченной конвекцией, и альтостратуса – слоистого облака. Облака среднего яруса формируются на высоте от до в полярных областях, в умеренных областях и в тропических областях. Циррокумулус – это стратокумулиформное облако с ограниченной конвекцией, относящееся к верхнему ярусу. Другими облаками этого яруса являются перисто-кучевые и перисто-слоистые облака. Высокие облака формируются на высоте в высоких широтах, в умеренных широтах и в низких тропических широтах.
Облака циррокумул
Облака циррокумулус образуются отдельными участками и не отбрасывают тени. Обычно они появляются в виде регулярных, рябящих узоров или рядов облаков с просветами между ними. Циррокумулус, как и другие облака кумулиформных и стратокумулиформных категорий, формируются в результате конвективных процессов. Значительное развитие этих участков указывает на высокую неустойчивость в верхних слоях атмосферы и может предвещать ухудшение погоды. Эти облака недолговечны и, как правило, превращаются в перисто-кучевые, поскольку водяной пар продолжает осаждаться на ледяных кристаллах, которые в конечном итоге начинают выпадать, разрушая восходящие конвективные потоки. Облако затем рассеивается, превращаясь в перистое. Циррокумулус облака имеют четыре разновидности, общие для всех трех родов облаков, обладающих ограниченными конвективными или стратокумулиформными характеристиками: стратиформные, линзовидные, башенкообразные и хлопьевидные. Они проявляют радужность, когда составляющие их переохлажденные капли воды имеют примерно одинаковый размер.
Облака высокого накопления
Облака альтокумулюс – это облака среднего яруса, которые формируются на высоте от высоких широт до полярных областей, в умеренных и тропических широтах. Они могут давать осадки и обычно состоят из смеси кристаллов льда, переохлажденных капель воды и водяных капель в умеренных широтах. Однако концентрация жидкой воды почти всегда значительно превышала концентрацию кристаллов льда, при этом максимальная концентрация жидкой воды, как правило, наблюдалась в верхней части облака, а лед концентрировался в нижней части. Кристаллы льда в основании облаков альтокумулюс и в вирге имели форму дендритов или конгломератов дендритов, в то время как иглы и пластинки располагались преимущественно в верхней части облака.
Облака стратокумуллы
Стратокумуловые облака – это еще один тип облаков стратокумулиформного типа. Подобно кучевым облакам, они формируются на нижних уровнях атмосферы. Стратокумуловые облака могут вызывать морось, которая стабилизирует облако, нагревая его и уменьшая турбулентное перемешивание.
Кумулонимбусные облака
Кумулонимбусные облака – это конечная стадия развития кумулюсных облаков. Они формируются, когда облака кумулюс конгестус развивают мощный восходящий поток, который поднимает их вершины всё выше и выше в атмосферу, пока они не достигнут тропопаузы на определенной высоте. Кумулонимбусные облака, часто называемые грозовыми, могут вызывать сильные ветры, ливневые дожди, молнии, шквалистые порывы ветра, водяные смерчи, воронки и торнадо. Обычно у них формируются облака в форме наковальни.
Подкованые облака
Недолговечное облако в форме подковы может образоваться, когда подковырный вихрь деформирует кучевое облако.
Инопланетянин
Некоторые кумулиформные и стратокумулиформные облака были обнаружены на большинстве других планет Солнечной системы. На Марсе орбитальный аппарат "Викинг" обнаружил облака циррокумулюс и стратокумулюс, формирующиеся посредством конвекции, главным образом вблизи полярных ледяных шапок. Космический зонд "Галилео" обнаружил массивные кумулонимбусные облака вблизи Большого Красного пятна на Юпитере. Кумулиформные облака также были обнаружены на Сатурне. В 2008 году космический аппарат "Кассини" установил, что кумулюсные облака вблизи южного полюса Сатурна были частью циклона диаметром более чем в . Обсерватория Кека обнаружила беловатые кумулюсные облака на Уране. Как и на Уране, на Нептуне есть кумулюсные облака, состоящие из метана. Однако на Венере, по-видимому, кумулюсных облаков нет.