В какой момент облака проливаются дождем?

Возможно, вопрос о том, как дождь удерживается в облаке, еще сложнее, чем вопрос о том, из чего состоят сами облака. Эти чудесные переносчики воды по небу буквально окружены вопросительными знаками.

Мы знаем, однако, что в результате столкновений между облачными капельками образуются более крупные капли. Этот процесс называется коалесценцией (слипанием). Еще немного столкновений – и облачные капли преобразуются в дождевые. Пока еще сила локальных потоков внутри облака, вопреки силе тяжести, удерживает капли во взвешенном состоянии, и от нее зависит, будет ли дождь, и в какой именно момент он начнется. Когда капли достигают определенной массы, они становятся слишком тяжелыми для восходящих потоков, после чего сила тяжести одерживает победу.

Почему кажется, что нижние кромки всех облаков находятся на одной высоте?

По мере набора высоты воздух охлаждается, а при охлаждении наступает пороговое состояние: водяной пар больше не может оставаться газообразным, он начинает конденсироваться с образованием облаков. Это называется уровнем конденсации кромки облаков. В этот момент воздух становится достаточно холодным, чтобы содержащаяся в нем влага начала формировать мельчайшие капельки жидкой воды, из которых, в свою очередь, образуются облака. Эта температура называется точкой росы и изменяется от местности к местности, но в одном районе воздух обычно имеет примерно одинаковые свойства, уровень конденсации тоже почти одинаков, так что облака в одном районе формируются примерно на одной высоте.

Сколько времени живут облака?

Облака живут, пока существуют достаточные внутренние потоки, чтобы поддерживать конвекцию, конденсацию и коалесценцию, и пока существует постоянный приток в облака тепла и водяного пара. Этот постоянный процесс – одна из причин, по которым все водяные капли не падают в одно и то же время. Еще одно соображение, которое нужно принять во внимание – смешивание с более сухим воздухом и испарение воды из облака. Облака могут нагреваться солнечными лучами и длинноволновым излучением поверхности Земли. Туман или слоистые облака, образующиеся прохладным утром, часто исчезают к восходу Солнца: кажется, будто оно «сжигает» облако, которое просто испаряется. Когда приток водяного пара ослабевает, облака уменьшаются и исчезают. У некоторых облаков это происходит, когда дневная температура падает на закате (теряется конвекция). У других – после смешивания двух разных масс воздуха с нейтрализацией их энергий (теряется адвекция).

Хотя невооруженным глазом заметить это трудно, воздух в солнечный день живет активной жизнью. Энергия солнечного света впитывается земной поверхностью. Часть ее отражается обратно в нижние слои атмосферы в виде инфракрасногоизлучения – тепла. Когда воздух становится теплее своего окружения, восходящие потоки теплого воздуха (лучшие друзья планеристов) медленно поднимаются вверх. Солнце продолжает прогревать поверхность, и температура нижних слоев воздуха продолжает расти. Этот процесс называется конвекцией и состоит в переносе тепла в такой среде, как воздух: более теплый воздух поднимается вверх и тем самым становится менее плотным, чем его окружение. Локальное восхождение тепла действительно важно, но самым важным топливом для облака, жизненно необходимым для его образования и развития, служит влага. Проходя над водой, воздух накапливает запасы водяного пара, притом, что интересно, чем выше температура, тем больше объем водяного пара, который может содержать в себе воздух. Когда горячий воздух восходит с поверхности и присоединяется на высоте к более холодному, завязка драматических событий заканчивается. Наблюдая за разыгрывающейся в небесах пьесой, метеорологи, любители следить за погодой и охотники за торнадо, нередко употребляют короткую и выразительную аббревиатуру – КДПЭ (САРЕ). Она расшифровывается как конвективная доступная потенциальная энергия (Convective Available Potential Energy) – это показатель количества энергии, доступного для формирования бури. Он говорит о том, насколько плотной будет буря, и насколько велика вероятность образования торнадо.

Прогноз погоды может сообщать о вероятности гроз в течение дня, но нередко грозы так и не случаются. Хотя синоптики могут предсказать наличие подходящих атмосферных условий для формирования грозовых облаков и, соответственно, гроз, гораздо сложнее предсказать, где именно эти облака образуются. Вы словно следите за кукурузой, которая жарится на сковороде: условия идеальны для того, чтобы зерна кукурузы начали взрываться, но нет никакой возможности угадать, какое именно зерно и в какой части сковородки взорвется первым. В день, когда предсказаны грозы, можно по определенным признакам понять, затронет ли гроза именно вас.

Первое, что вы замечаете, – это образование кучевого облака, типичного летнего пушистого облака в небе. Если в атмосфере достаточно тепла и влажности, кучевые облака превращаются в мощнокучевые. Они становятся все более плотными и темными. На следующей стадии облака развиваются в грозовые. Если слышен гром, то вы понимаете, что гроза на подходе. Когда она приближается, иногда перед звуком грома видны молнии – чаще это происходит ночью, когда вспышки более заметны. Дело в том, что свет движется быстрее звука, так что, если гроза все еще находится на определенном расстоянии, вы увидите молнию раньше, чем до вас докатится звук грома.

Возможно, в детстве вы считали время между вспышкой молнии и звуком грома, чтобы понять, насколько близко подошла гроза. В целом это довольно хороший способ определения расстояния до грозы. Для более точных математических вычислений сосчитайте секунды, прошедшие от молнии до грома, и разделите это время на пять – вы получите мили[14], которые отделяют вас от грозы. Разумеется, если за вспышкой молнии сразу же следует гром, то эпицентр грозы прямо над вами.

Все вышеописанное рассказывает о случаях, когда грозы формируются локально, но они могут образовываться и иными способами, и выглядит это более драматично. Во время «испанского шлейфа[15]» теплый влажный воздух движется с Кастильского плоскогорья на север, через Францию к Великобритании. Если это происходит в то же время, когда прохладный воздух Атлантики проходит Великобританией с запада, в атмосфере создается значительная нестабильность. Воздух с поверхности легко поднимается в атмосферу, образуя грозовые облака. Предсказать подобные события можно по наличию в небе так называемых башенковидных облаков, которые метеорологи порой любовно называют «медузами». В слове «любовно» нет иронии: это довольно красивые облака, которые закручиваются высоко в небе завитками и спиралями – зрелище не самое частое. Это верный признак того, что в средних слоях атмосферы наступает нестабильность, и если нижняя часть атмосферы тоже становится нестабильной из-за повышения температуры у поверхности, то это может привести к быстрой дестабилизации всей атмосферы и образованию мрачно нависающих грозовых туч.

Некоторые утверждают, что могут почуять наступление грозы. И это довольно странно: когда Саймон работал метеорологом на военных базах, он проводил довольно много времени снаружи, глядя в небо и наблюдая за погодой. И он определенно уверен, что мог «почуять», когда начнется гроза (впрочем, у него было преимущество в виде других собранных данных). Однако мнение науки по поводу такого чутья довольно неоднозначно, и хотя некоторые исследователи верят, что в нашем организме при наступлении грозы что-то происходит, большая часть вопросов пока не получили ответа. Существующие теории указывают на сильное падение давления перед грозой, на что реагируют жидкости нашего организма – особенно у тех, кто страдает артритом. Если у вас достаточно чувствительное обоняние, то приближение грозы можно и унюхать. В разделе о том, чем пахнет дождь, вы узнали, что запах дождя называется петрикором. Иногда этот запах может разноситься порывистыми ветрами на многие километры задолго до дождя. При увеличении электрической активности грозы и ударах молнии образуется озон. Это слово происходит от латинского[16] слова со значением «пахнуть» – и действительно, этот газ обладает отчетливым запахом, который знаком нам по работающему ксероксу. Чем больше озона вырабатывается и разносится по ветру перед грозой, тем больше вероятность почувствовать ее приближение собственным носом.

Кучевые облака

До того, как сравнительно недавно удалось картографировать и спроецировать атмосферные процессы, наблюдение за небом было ежедневной задачей метеорологов. Мы отмечали изменения оттенков, форм и теней, и это давало нам понять, что произойдет дальше. Великолепная кружащаяся масса облаков в небе в определенную погоду отражает невидимые процессы, которые в погоде себя проявляют.

Если воздушные потоки первыми реагируют на перемену в количестве тепла и воды в воздухе, то облака укрепляют и проявляют эти перемены. Везде, где воздух движется и взаимодействует с различными средами, образуются облака – это самые заметные и явные признаки того, что будет дальше. Искусство наблюдения за облаками начинается с фиксации и описания их формы и высоты, и уже эти два фактора многое говорят о том, когда пойдет дождь и когда вновь выглянет солнышко.

Выраженная пузырчатая форма облаков связана с тем, что воздух в этом месте быстро нагревается и поднимается вверх, в более прохладные области. Это значит, что облако образовано локальными условиями, и осадки из таких облаков – это чаще всего ливень. К такому типу облаков относятся все кучевые облака, и хотя ливни проливаются только из самых низко расположенных, образовываться они могут во всех слоях атмосферы. Кучевые, или дождевые, облака обычно образуются над сушей, когда энергии Солнца достаточно для прогрева поверхности, то есть, начиная с ранней весны (иногда даже с поздней зимы). В самые холодные месяцы, когда Солнце светит слабее, и суша не прогревается в достаточной степени, такие облака образуются над сравнительно более теплыми морями, особенно если воздух сверху более прохладный, как случается, когда дует холодный северный ветер. Зимой на побережье больше осадков, но во внутренних районах суши недостаточно энергии для их формирования, хотя сильный ветер может принести осадки в более холодные внутренние области. Зимой осадки чаще всего выпадают в виде смеси снега и дождя или чистого снега.

Если облака имеют ярко-белый цвет, и практически видны их верхушки, то они, конечно, будут заслонять Солнце, но при этом будут просто танцевать по небу, пока не высохнут и не исчезнут или не перейдут в более бесформенное состояние. Чем темнее облака и чем более грозно они выглядят в небе, тем больше шансов на то, что разразится серьезная непогода. Восходящие потоки воздуха приводят к конденсации водяных и ледяных капель, что в свою очередь вызывает сильный пронизывающий ветер и такие же сильные ливни. Если облака продолжают прибывать, а небо обложено ими на несколько километров, то стоит ждать молнии, грома, ливней, града и шквальных ветров. Если они сливаются в одну клокочущую массу, то пора бежать со всех ног: ждите торнадо. Форма облаков – хороший предвестник того, каких атмосферных явлений стоит ожидать.