Класифікація хмар. Типи хмар

Хмари – це видимий прояв різного масштабу термодинамічних процесів у атмосфері. Перші класифікації хмар з’явилися на початку Х1Х ст. Лондонський фармацевт Люк Говард (1772-1864) у 1803р. написав статтю «До питання про різновиди хмар». Ця робота стала першою спробою систематизувати їх. В основу сучасної міжнародної класифікації хмар покладено їх поділ за висотою і зовнішнім виглядом.

Міжнаро́дна класифіка́ція хмар - поділ хмар на класи, види, різновиди за висотою нижньої підошви та генезису. Була прийнята на прикінці 19 століття і являє собою поділ тропосферних хмар на роди, види, різновиди по додаткових ознаках із відповідними латинськими найменуваннями, прийнятими по міжнародній угоді. В Україні застосовуються також їх українські еквіваленти.

Хмари можна класифікувати в різний спосіб:

§ за висотою формування,

§ за формою та внутрішньою будовою.

За висотою хмари діляться на чотири родини:

родина А – хмари верхнього ярусу, H>6 км;

родина Б – хмари середнього ярусу, 2 км Н 6 км;

родина В – хмари нижнього ярусу, H<2 км;

родина Г – хмари вертикального розвитку, висота основи яких менше 2 км, але їх вершина може знаходитись на будь-якій висоті в межах тропосфери (до 17 км).

За межами тропосфери утворюються так звані перламутрові та сріблясті хмари. Перламутрові хмари знаходяться у стратосфері на висотах 22 – 27 км. Сріблясті хмари спостерігаються у верхній частині мезосфери на висотах 82-85 км у північній частині мезосфери на висотах 82-85 км у північній частині горизонту в літню пору, коли тут найнижчі температури.

За сучасним варіантом міжнародної класифікації хмари поділяють на 10 основних форм (родів) за зовнішнім виглядом. Кожний рід хмар спостерігається у визначеному інтервалі висот (ярусі), що залежить від широти (таблиця 5.1).

 

Таблиця 5.1 – Міжнародна класифікація хмар та їх символи.

Назва форм хмар	Символ	Середня висота, км
Українська назва	Латинська назва
Хмари верхнього ярусу, H>6 км;
Перисті	Cirrus (Ci)		7-8
Перисто-купчасті	Cirrocumulus (Cc)		6-8
Перисто-шаруваті	Cirrostratus (Cs)		6-8
Хмари середнього ярусу, 2 км Н 6 км;
Високо-купчасті	Altocumulus (Ac)		2-6
Високо-шаруваті	Altostratus (As)		3-5
Хмари нижнього ярусу, H<2 км;
Шарувато- купчасті	Stratocumulus (Sc)		0,8-1,5
Шаруваті	Stratus (St)		0,1-0,7
Шарувато-дощові	Nimbostratus (Ns)		0,1-1,0
Хмари вертикального розвитку, висота основи яких менше 2 км, але їх вершина може знаходитись на будь-якій висоті в межах тропосфери (до 17 км).
Купчасті	Cumulus (Cu)		0,8-1,5
Купчасто-дощові	Cumulonimbus (Cb)	Купчасто-дощові	0,4-10

Перисті, перисто-купчасті й перисто-шаруваті хмари. складаються з кристаликів льоду, не дають опадів, вони тоненькі, білого кольору. Перисті хмари мають волокнисту будову, прозорі, бувають ниткоподібні або щільні. Перисто-купчасті утворюють тонкі шари, пасма, дрібні хвилі, бувають двох видів - хвилясті та купчастоподібні. Перисто-шаруваті хмари мають вигляд однорідної тонкої плівки, яка не розмиває Сонця і Місяця, бувають ниткоподібні й туманоподібні види.

Високо купчасті хмари білі або сіруваті, складаються з дрібненьких переохолоджених крапель, мають вигляд хвиль, куп, гряд, пластівців з просвітами блакитного неба, опадів не дають. Розрізняють хвилясті й купчастоподібні види. Високошаруваті хмари складаються з суміші сніжинок та дрібних краплин, мають вигляд сірої або синюватої однорідної плівки, через яку Сонце і Місяць просвічується, як крізь матове скло. Взимку можуть дати сніг, а влітку опадів не дають. Бувають туманоподібні та хвилясті види.

Шарувато-купчасті складаються з однакових крапель, утворюють сірі великі пасма, хвилі, купи, пластини. Від висококупчастих відрізняються меншою висотою великими розмірами куп і більшою щільністю. Рідко випадає нетривалий дрібний дощ, але найчастіше опадів не дають.

Шаруваті хмари являють собою одноманітний сірий шар. подібний до туману, іноді розірваний знизу. Закривають все небо, бувають туманоподібні, хвилясті, розірвано-шаруваті. З них може падати рідкий сніг або моросити дрібнесенький – дощ, мряка.

Шарувато-дощові хмари складаються з великих крапель внизу і дрібних наверху. Мають вигляд темно-сірого суцільного шару, ніби освітленого зсередини, під час дощу шар виглядає одноманітним. Випадають обложні дощі або сніг, іноді з перервами.

Купчасті та купчасто-дощові хмари - це хмари вертикального розвитку, конвективні за походженням. Купчасті хмари складаються з крапель, але опалів не дають. Це щільні високі хмари з білими купчастими та куполоподібними вершинами і плоскою основою сірого або синього кольору.

Бувають такі види: плоскі, середні, потужні; є багато різновидів. Купчасто-дощові, або грозові, хмари знизу складаються з крапель, а зверху - з кристалів. Вони мають вигляд білих щільних хмар з темною основою, або гір, величезного ковадла тощо. Бувають лисі й волохаті види, з яких випадають зливові дощі, град, які супроводжуються грозою. З хмарами і опадами пов’язані різноманітні електричні процеси і оптичні явища, більшість з яких ще достатньо не вивчена. Наприклад з купчасто-дощовими хмарами пов'язані грози, коли злива супроводжується електричними розрядами блискавками і громом, а також міцними шквалами вітру. З атмосферною електрикою зв'язують появу кулястої блискавки у вигляді кулі діаметром у кілька десятків сантиметрів, яка рухається в повітрі й може вибухати або спокійно зникати. Коли з загострених предметів в атмосферу витікають розряди, це явище називають вогнями Святого Ельма. В тонких високих хмарах навколо Місяця і Сонця можуть виникати кольорові або жовті й білі круги, стовпи. В купчасто-дощових хмарах після зливи виникає веселка, або райдуга.

Види хмар. Велика частина родів підрозділяється на види по особливостях їхньої форми і внутрішньої структури. Види також взаємно виключаються. Кожна окрема хмара визначеного роду може бути віднесена тільки до одного виду. Видові назви, застосовані в якості доповнення до родової назви хмари, наступні:

 

Вид	Латинська назва	Вид	Латинська назва
Волокнисті	fibratus (fid)	Сочевицевидні	leticularis (lent)
Кігтевидні	uncinus (unc)	Розірвані	fractus (fr)
Щільні	spissatus (spiss)	Плоскі	humilis (hum)
Баштовидні	castellanus (cast)	Середні	mediocris (med)
Пластівчасті	floccus (floc)	Потужні	congestus (cong)
Шаруватоподібні	stratiformis (str)	Лисі	calvus (calv)
Тумановидні	nebulosus (neb)	Волохаті	capillatus (cap)

Різновиди хмар. Хмари можна класифікувати за особливостями макроскопічних елементів, а також за більшим або меншим ступенем прозорості. Різновиди взаємно не виключаються. Одна і та ж хмара може бути віднесена до двох або декількох різновидів, або до жодного з них. Назви різновидів, що можуть приєднуватися до назви роду хмар, наступні:

різновид	латинська назва	різновид	латинська назва
переплутані	intortus (int)	подвійні	duplicatus (dupl)
хребтовидні	vertebratus (vert	прозорі	translucidus (tr)
хвилясті	undulatus (und)	роздільні	perlucidus (perl)
радіальні	radiatus (rad)	непрозорі	opacus (op)
діряві	lacunosus (lac)

 

Подальша класифікація описує хмари по висоті їхнього розташування. Наприклад, хмари, що містять у своїй назві приставку "cirr-" як перисті (cirrus) хмари, розташовані у верхньому ярусі, у той же час як хмари з приставкою "alto-" у назві, такі як високо-шаруваті (altostratus), знаходяться в середньому ярусі. Тут виділяється кілька груп хмар. Перші три групи визначаються по висоті їхнього розташування над землею. Четверта група складається з хмар вертикального розвитку. Остання група включає колекцію змішаних типів хмар.

4.2.2. Мікроструктура й водність хмар

По своїй будові хмари діляться на три класи. Водяні (краплинні) хмари, що полягають тільки із крапельок. Вони можуть існувати не тільки при позитивних температурах, але й при температурах нижче нуля; у цьому випадку крапельки будуть перебувати в переохолодженому стані, що в атмосферних умовах цілком звичайно. Змішані хмари, що полягають із суміші переохолоджених крапельок і крижаних кристалів при помірних негативних температурах.

Крижані (кристалічні) хмари, що полягають тільки із крижаних кристалів при досить низьких температурах. У теплу пору року водяні хмари утворюються головним чином у нижніх шарах тропосфери, змішані - у середніх шарах, крижані - у верхні. У холодну пору року при низьких температурах змішані й крижані хмари можуть виникати й поблизу земної поверхні. Чисто краплинну будову хмари можуть зберігати до температур порядку -10°С (іноді й нижче). При більш низьких температурах у хмарі поряд із крапельками зустрічаються й кристали, тобто хмара є змішаною. Найбільш високі хмари тропосфери, що спостерігаються при температурах порядку -30 … -50°С, мають, як правило, чисто кристалічну будову. Розміри хмарних крапель варіюють у широких межах, від часток мікрона до сотень мікронів. Шляхом конденсації радіус хмарних крапельок може збільшуватися приблизно до 20 MK. Однак при таненні кристалів і при взаємнім злитті крапельок у хмарах можуть виходити краплі радіусом до 100-200 MK. При таких розмірах краплі починають випадати із хмари у вигляді мряки або дощу. Радіус крапель дощу може досягати й тисяч мікронів, тобто декількох міліметрів. Кристали в хмарах також різноманітні за формою й розмірам. Замерзання крапельок при низьких температурах дає так звані повні кристали - крижані шестикутні (гексагональні) пластинки або призми діаметром 10-20 MK. При подальшій сублімації (кристалізації) вони будуть рости й можуть одержувати на кутах розгалуження (промені); на цих розгалуженнях утворюються нові, і кристали перетворюються в шестипроменеві зірки (сніжинки) або іншого виду кристали складної й різноманітної структури. Величина їх може достигати декількох міліметрів у діаметрі.
Кількість крапельок в одиниці об'єму хмарного повітря порівняно невелике: від сотень на кубічний сантиметр у нижній тропосфері до одиниць на кубічний сантиметр у високих шарах тропосфери. Зміст кристалів у хмарах ще менше - порядку 0,1 на один кубічний сантиметр.

Водністю хмар називають зміст у них води в рідкому або твердому вигляді. Хоча кількість крапельок або кристалів в одиниці об'єму хмарного повітря значно, елементи ці так малі, що зміст води в рідкому виді в хмарах невелике. У водяних хмарах на кожний кубічний метр хмарного повітря доводиться від 0,2 до 5 г води. У кристалічних хмарах водність значно менше - соті й тисячні частки грама на кожний кубічний метр. Це й зрозуміло, якщо згадати, що абсолютна вологість повітря виміряється лише грамами на кубічний метр, а в більш високих шарах, тобто при більш низьких температурах, - частками грама. При конденсації переходить у рідкий стан не вся водяна пара, наявне у повітрі, а тільки частина його. Тому водність хмар виявляється ще менше, чим абсолютна вологість повітря.