Современные прогнозы погоды основаны на сложных компьютерных симуляциях. Эти симуляции используют физические уравнения, описывающие атмосферу, включая движение воздуха, солнечное тепло, формирование облаков и дождя. Постепенное улучшение прогнозов со временем означает, что сегодняшние пятидневные прогнозы настолько же точны, насколько 20 лет назад были точны трёхдневные.
Но вам не нужен суперкомпьютер для предсказания того, как изменится погода у вас над головой в ближайшие несколько часов – подобные приметы известны в разных культурах уже много тысяч лет. Следя за небом и обладая некоторыми знаниями по формированию облаков, можно предсказать, будет ли дождь.
Более того, небольшое понимание физики формирования облаков подчёркивает сложность атмосферы и проливает свет на причины того, почему предсказание погоды на срок, больший, чем несколько дней, оказывается такой сложной задачей.
Вот шесть видов облаков, которые можно увидеть, и то, как они могут помочь вам понять погоду.
1) Кучевые облака
Небольшие белые пушистые облака
Облака появляются, когда воздух охлаждается до точки росы, температуры, при которой воздух уже не справляется с содержащимся в нём водяным паром. При этой температуре водяной пар конденсируется и формирует капельки жидкой воды, которые мы видим, как облако. Чтобы это произошло, воздух необходимо заставить подняться в атмосфере, или же влажный воздух должен войти в контакт с холодной поверхностью.
В солнечный день лучи греют землю, которая греет воздух, расположенный прямо над ней. Нагретый воздух благодаря конвекции поднимается вверх и формирует кучевые облака. Эти облака «хорошей погоды» похожи на вату. Если посмотреть на небо, заполненное кучевыми облаками, можно увидеть, что у них плоское дно, расположенное на одном уровне для всех облаков. На этой высоте воздух, поднявшийся с уровня земли, охлаждается до точки росы. Из кучевых облаков дождь обычно не идёт – а значит, погода будет хорошей.
2) Кучево-дождевые облака
Небольшие кучевые облака дождём не проливаются, но если они увеличиваются и растут по высоте, это признак того, что скоро будет сильный дождь. Это часто случается летом, когда утренние кучевые облака днём превращаются в кучево-дождевые.
Недалеко от земли кучево-дождевые облака чётко оформлены, но с высотой они начинают становиться более дымчатыми по краям. Такой переход указывает на то, что облако состоит уже не из капель воды, а из кристаллов льда. Когда порывы ветра выдувают капли воды за пределы облака, те быстро испаряются в более сухом окружении, из-за чего у водяных облаков очень резко очерчены края. Ледяные кристаллы, выносимые за пределы облака, не испаряются так быстро, из-за чего края такого облака выглядят более дымчатыми.
Кучево-дождевые облака часто имеют плоскую верхушку. Внутри такого облака происходит конвекция воздуха, и он постепенно охлаждается, пока не достигнет температуры окружающей атмосферы. В этот момент он теряет плавучесть и уже не может подниматься выше. Вместо этого он распространяется в стороны, образуя характерную форму наковальни.
3) Перистые облака
Перистые облака могут знаменовать приближение тёплого фронта и дождя
Перистые облака формируются в очень высоких слоях атмосферы. Они дымчатые, поскольку полностью состоят из кристаллов льда, падающих в атмосфере. Если перистые облака переносят ветра, движущиеся с разными скоростями, они приобретают характерную загнутую форму. И только на очень больших высотах или на высоких широтах перистые облака выдают дождь, достигающий земли.
Но если вы заметили, что перистые облака начинают покрывать большую площадь неба, становятся ниже и толще, то это верный признак приближения тёплого фронта. В тёплом фронте встречаются тёплые и холодные воздушные массы. Более лёгкий тёплый воздух поднимается над холодным, что приводит к формированию облаков. Опускание облаков говорит о приближении фронта, и о том, что в следующие 12 часов пойдёт дождь.
4) Слоистые облака
Слоистые облака: мрачно
Слоистые облака – низко расположенная, непрерывная облачная простыня, покрывающая небо. Слоистые облака формируются медленно восходящим воздухом или несильным ветром, покрывающим влажным воздухом холодную землю или поверхность моря. Слоистые облака тонкие, поэтому, несмотря на мрачную картину, дождь из них вряд ли пойдёт, максимум небольшая морось. Слоистые облака идентичны туману, поэтому, если вы когда-нибудь шли по горной местности в туманный день, вы находились внутри облака.
5) Лентикулярные облака
Два последних типа облаков не помогут вам предсказывать погоду, но дадут первичное представление о чрезвычайно сложных движениях атмосферы. Гладкие и линзообразные лентикулярные облака формируются, когда воздух выдувается вверх и через горную гряду.
Перевалив через гору, воздух спускается до прежнего уровня. В это время он разогревается и облако испаряется. Но он может проскочить и дальше, в результате чего воздух вновь поднимется вверх и сформирует ещё одно лентикулярное облако. Это может привести к появлению цепочки облаков, простирающихся далеко за границы горной гряды. Взаимодействие ветра с горами и другими особенностями поверхности – одна из множества деталей, которые необходимо учитывать в компьютерных симуляциях для получения точных предсказаний погоды.
6) Кельвина — Гельмгольца
И, наконец, мои любимые. Облака Кельвина – Гельмгольца напоминают ломающуюся океанскую волну. Когда воздушные массы на разных высотах двигаются по горизонтали с разными скоростями, их состояние становится нестабильным. Граница между воздушными массами начинает покрываться рябью и формирует крупные волны.
Такие облака встречаются довольно редко – лично я видела их единственный раз над Ютландией, западной Данией – поскольку мы можем наблюдать этот процесс в атмосфере, только если в нижней воздушной массе есть облако. Тогда оно может обрисовать ломающиеся волны и обнаружить запутанные движения, происходящие у нас над головой, которые обычно не видны.
Комментарии (17)
DocJester
28.04.2018 12:29У Криса Касперского есть книга, связанная с предсказанием погоды.
Там довольно много примет.
IgorKolpakov
28.04.2018 14:29+2В книге "Занимательное облаковедение. Учебник любителя облаков." кучево-дождевое облако (№2 в статье, "наковальня") называется "Царем облаков". Летом 1959 года подполковник Уильям Рэнкин, пилот воздушных сил США, после катапультирования в результате аварии попал в самый центр такого облака… Далее цитата из вышеуказанной книги (она довольно любопытна, свидетельство очевидца, так сказать):
"Кучево-дождевые облака представляют серьезную опасность для самолетов. Огромные градины вполне способны повредить фюзеляж, а молнии — вывести из строя электронные приборы. Сильно охлажденные капли, которые формируются в верхних слоях облаков, могут стать причиной наледи на крыльях самолета, тем самым изменяя его аэродинамические характеристики, а турбулентным потокам в центре огромного облака ничего не стоит подбросить самолет как блин на сковороде.
Неудивительно, что пилоты стараются ни в коем случае не приближаться к этим грозовым облакам. Если же облететь их не удается, а технические данные самолета позволяют поднять его на большую высоту, пилоты ведут машину над вершинами облаков. Летом 1959 года подполковник Уильям Рэнкин, пилот воздушных сил США, именно так и действовал, однако двигатель его реактивного самолета-истребителя заглох, и пилоту пришлось катапультироваться. Подполковник Рэнкин оказался единственным, кто пролетел через самое сердце Царя облаков и выжил, рассказав потом об этом ужасном происшествии.
Пилот совершал обычный перелет с авиационной базы ВМС в Саут-Уэймут, штат Массачусетс, к штабу эскадрильи в Бофорте, штат Северная Каролина; полет должен был длиться один час десять минут.
Перед вылетом Рэнкин связался с метеорологом на авиабазе, и тот предупредил пилота, что на пути его следования ожидаются отдельные грозы. А грозовые тучи могут достигать высоты от 30 000 до 40 000 футов. Для Рэнкина, ветерана, имеющего награды за участие во Второй мировой и Корейской войнах, подобные метеоусловия были обычным делом. Он знал, что его самолет может легко подняться на высоту до 50 000 футов, и потому не сомневался, что облетит любые грозовые тучи без всяких проблем. Так бы и случилось, если бы двигатель не заглох как раз над одной из туч.
Через сорок минут полета, вблизи Норфолка, штат Вирджиния, Рэнкин разглядел перед собой отчетливые очертания кучево-дождевого облака. В городке, над которым нависла туча, бушевала гроза; туча приняла вид высоченной башни из пушистых холмиков поверх конвекционных потоков, быстро разрастаясь в своей верхней части широким, клочковатым навесом. Верхушка достигла высоты около 45 000 футов — выше, чем сообщил пилоту метеоролог, — так что Рэнкин начал подъем на высоту 48 000 футов, уверенный, что там его ждет чистое небо.
На высоте в 47 000 футов самолет оказался прямо над вершиной тучи, он летел со скоростью 0,82 Маха, и как раз в этот момент Рэнкин услышал за спиной сильный удар, а затем громыхание. Пилот глазам своим не поверил — в течение нескольких секунд стрелка тахометра на приборной доске достигла нулевой отметки, после чего тут же замигала ярко-красным сигнальная лампа.
Такая внезапная, ничем не объяснимая остановка двигателя была редчайшим случаем — один на миллион; пилот знал, что в подобных чрезвычайных обстоятельствах ему придется действовать быстро. Без двигателя самолет стал неуправляемым; Рэнкин машинально потянулся к рычагу, который приводил в действие аварийный источник энергопитания. Однако, дернув за рычаг, Рэнкин с ужасом почувствовал, что тот остался у него в руке. Сцена, достойная великого комика Бастера Китона. Но Рэнкину было не до смеха.
Готовясь к полету, он надел летний костюм. На такой высоте еще никто не катапультировался, даже при благоприятных погодных условиях. И совершать прыжок с парашютом без пневмокостюма было бы чистым самоубийством.
«Температура за бортом около -50 °C, — позднее рассказывал Рэнкин. — Если бы я не погиб от обморожения, мне бы точно пришел конец из-за «взрывного» воздействия полной разгерметизации на высоте почти десяти миль. А тут еще и гроза, причем прямо подо мной. И если гроза опасна даже для летящего самолета, то о человеке и говорить не приходится».
Однако времени на раздумья об опасностях не оставалось. Рэнкин сразу сообразил, что выбора у него нет — надо дотянуться до рычагов катапультируемого кресла, находящихся за головой, и дернуть их со всей силы. Был вечер, часы показывали без малого шесть, когда пилот катапультировался из кабины самолета и начал спуск навстречу поджидавшей его туче..
«Поначалу падения я не почувствовал — только быстрое прохождение сквозь воздух», — рассказывал Уильям Рэнкин об ощущениях сразу после катапультирования. Через несколько мгновений он, находясь на высоте 47 000 футов, начал испытывать на себе влияние неприветливой окружающей среды.
«Я как будто стал куском мяса, который швырнули в камеру глубокой заморозки, — вспоминал Рэнкин. — Почти сразу кожу на открытых частях тела — лице, шее, запястьях, кистях рук и лодыжках — защипало от холода». Еще более неприятные ощущения во время свободного падения, до автоматического раскрытия парашюта возникли из-за низкого давления в верхнем слое атмосферы. У Рэнкина пошла кровь из глаз, ушей, носа и рта — его внутренности расширились, и тело раздулось. «В какой-то момент я заметил собственный живот огромных размеров — как будто у меня уже порядочный срок беременности. Никогда еще я не испытывал таких диких болей». Единственным преимуществом чрезвычайно низкой температуры стало окоченение — Рэнкин потерял всякую чувствительность.
Несмотря на то, что во время падения Рэнкина крутило и трясло, он все же сумел надеть кислородную маску. Чтобы выжить во время такого спуска, необходимо было оставаться в сознании. В момент входа в верхние слои грозового облака Рэнкину удалось посмотреть на часы — со времени катапультирования прошло пять минут. Значит, он должен был снизиться уже до высоты 10 000 футов, при которой барометрический датчик запускает механизм автоматического раскрытия парашюта. Несчастный Рэнкин к тому времени чего только не пережил: остановку двигателя самолета на высоте 47 000 футов, поломку рычага аварийного источника энергопитания, оставшегося у него в руке, катапультирование прямо над огромной грозовой тучей. Теперь ему стало казаться, что он болтается в воздухе с неисправным парашютом за спиной.
Когда Рэнкин достиг верхней части кучево-дождевого облака, его захлестнуло частичками льда. Было темно, видимость на нуле, он потерял всякую ориентацию в пространстве и даже не предполагал, на какой высоте находится. Понимал Рэнкин только одно — без парашюта он в любой момент может разбиться о землю. И испытал огромное облегчение, когда почувствовал, как его что было силы тряхнуло — парашют наконец раскрылся.
Натяжение строп было достаточно сильным, чтобы понять — парашют раскрылся полностью. Обрадовало Рэнкина и то, что, хотя запас кислорода закончился, воздух стал уже не таким разряженным, и можно было дышать без маски. Несмотря на то, что в огромной туче, через которую он проходил, царила тьма, Рэнкину стало веселей: «Я безумно радовался тому, что еще жив, что спускаюсь с раскрытым парашютом, что не потерял сознания. Даже усиливавшаяся турбулентность меня не пугала. Я думал, что все уже закончилось, что тяжелые испытания позади». Однако турбулентность и ледяные градины, забарабанившие по пилоту, свидетельствовали о том, что Рэнкин только-только подбирался к центру тучи.
Прошло уже десять минут после катапультирования — к этому моменту Рэнкин должен был бы достичь земли, однако жесточайшие порывы ветра, пронизывавшие центральную часть тучи, замедляли спуск. Вскоре турбулентность ощутимо возросла. Посреди сумрачной толщи Рэнкину не за что было зацепиться взглядом, однако он чувствовал, что не падает, а стремительно поднимается вверх вместе с мощными порывами ветра, следовавшими один за другим и все набиравшими силу. Тогда-то он и испытал на себе невероятную мощь грозовой тучи.
«Все случилось совершенно неожиданно. Меня, как приливом, захлестнуло яростным потоком воздуха, по мне ударило со всей силы, в меня как будто пальнули из пушки… я несся все выше и выше, казалось, стремительный поток воздуха никогда не иссякнет». Но Рэнкин был не единственным, кого мотало вверх-вниз. В темноте вокруг него сотни тысяч градин страдали от той же участи. Вот они падают вниз, утягивая за собой воздух, а в другую минуту их уже несет вверх, сквозь тучу, мощными конвекционными потоками.
То падая, то поднимаясь, градины обрастали замерзающей водой и увеличивались в размере, затвердевая слоями, как леденцы. Эти льдины стучали по Рэнкину, оставляя синяки. От чудовищной силы вращения Рэнкин испытывал тошноту, ему пришлось зажмуриться, так как он не в силах был видеть разворачивающуюся перед ним кошмарную картину. Правда, в какой-то момент он открыл глаза — перед ним оказался длинный черный тоннель, прорезавший тучу по центру. «То был настоящий бедлам, сотворенный природой, — вспоминал потом Рэнкин, — жуткая клетка из тьмы, в которой визжали и бесновались умалишенные… колотившие меня длинными, плоскими палками, оравшие, царапавшие, пытавшиеся раздавить меня, разорвать на части голыми руками». Потом засверкали молнии, и загремел гром.
Молнии походили на огромные синие лезвия толщиной в несколько футов; Рэнкину казалось, что они разрезают его надвое. Гулкие раскаты грома, вызываемые взрывным расширением воздуха под воздействием проходящего через него электрического разряда невероятной мощности, слышались так близко, что воспринимались скорее как физически ощутимое воздействие, нежели как шум. «Я не слышал гром, — рассказывал Рэнкин, — я его чувствовал кожей». Время от времени Рэнкину приходилось задерживать дыхание, чтобы не захлебнуться в плотных потоках ледяного дождя. Однажды он посмотрел вверх, и как раз в это самое время молния сверкнула прямо над парашютом. Освещенный купол показался измученному пилоту белым сводом громадного кафедрального собора. Видение все не исчезало, и у Рэнкина мелькнула мысль: я уже на том свете.
Наконец Рэнкин вышел из нижней части тучи.
Несмотря на тяжелые испытания, пилот умудрился удачно приземлиться в районе соснового бора.
Убедившись, что руки-ноги у него целы, он смог подняться и, шатаясь, побрел искать дорогу, чтобы попросить о помощи.
Когда позднее, в больнице Ахоски, штат Северная Каролина, врачи осмотрели его, в заключении они написали о том, что тело пилота под воздействием холода обесцветилось, а от ударов градин покрылось синяками и рубцами. На коже обнаружились отпечатки швов летного костюма, который натянулся, когда внутренности пилота расширились от мощной декомпрессии. Врачи не меньше самого Рэнкина удивлялись тому, что он остался жив.
После приземления в лесу Рэнкин среди густой тьмы бури видел лишь светящиеся стрелки наручных часов. При обычных условиях парашют, спускающийся с высоты в 47 000 футов, должен был оказаться на земле через десять минут. Рэнкин катапультировался из самолета ровно в 18.00; увидев время на часах при приземлении, он поразился — 18.40. Яростные потоки воздуха в кучево-дождевом облаке мотали его туда-сюда целых сорок минут — прямо как какую-то градину, попавшую в самое средоточие ледяного сердца Царя облаков".
vedenin1980
28.04.2018 15:07Не совсем понимаю, почему пилот не дождался пока самолет спланирует достаточно низко, чтобы катапультироваться под облаком или хотя бы не на такой огромной высоте? Вроде бы пожара или другой причины по которой он должен был катапультироваться именно в этот момент не было же?
Norno
28.04.2018 15:20Тоже читая этот отрывок думал над этим. Единственный вариант который кажется логичным, это то что без электроэнергии самолет становится полностью не управляемым, а т.к. запустить аварийный источник питания не получилось, то был шанс получить быстро вращающийся по какой-либо оси самолет, из которого было бы или не возможно, или намного более опасно катапультироваться.
foxkeys
28.04.2018 15:27Так управление без двигателя не работает. Марка самолета не указана, но сказано — что реактивный. Значит, там уже не механика, а гидравлика или электрика.
Аварийный генератор не запустился (та самая отломанная ручка).
А без управления самолет полетел бы кувырком и разрушился…
IgorKolpakov
28.04.2018 16:58+1Кроме вышеперечисленных причин, пришло в голову, что при неуправляемом падении самолета его скорость может превысить скорость, на которую рассчитана катапульта. Сверхзвуковое катапультирование — это вещь довольно жесткая. Википедия пишет, что первое катапультирование на сверхзвуковой скорости совершил американский лётчик-испытатель Джордж Смит в 1955 году. Мне стало интересно, как и при каких обстоятельствах это происходило. Вот как это описывают:
«При испытаниях истребителя F-100A на высоте 11300 метров неожиданно заклинило управление. Самолет пошел в крутое пике, скорость постоянно возрастала, достигнув 1300 км/час. Когда высота снизилась до критической, Смит решил катапультироваться.
Динамический удар о воздух превратил его лицо в кровавое месиво, кресло, не имевшее стабилизации, бешено кувыркалось в воздухе. Вся одежда была изодрана в клочья. Потоком воздуха сорвало ботинки и даже носки. Чем-то отрезало кончик носа.
Его желудок настолько надулся воздухом, что находящийся без сознания пилот при приземлении покачивался в воде, как поплавок. Его тут же подобрали и направили в госпиталь, где он пришел в себя лишь через 5 дней»…
То есть, катапультирование на сверхзвуковых скоростях весьма сложная техническая задача, требующая разного вида защит и специально для этого рассчитанного оборудования. В то время на такие перегрузки и скорости катапульт, мне кажется, просто не было…
Merkat0r
28.04.2018 15:04Эм… а, что атласы «Я Познаю Мир» отменили, это ж проходили в школе классе во втором ?)
REPISOT
28.04.2018 15:38+3Вот это вот «на большой высоте», «на маленькой высоте». Это не для нас. Дайте характерные высоты в метрах.
odissey_nemo
28.04.2018 23:55Кумуло-нимбус лентикулярис или «чечевицеобразные облака». Этим романтическим термином нас однажды, на занятиях военной метеорологией, удивил и даже растрогал толстый дядька-подполковник, зав. кафедрой военной метеорологии в университете.
Он это уважительно и мечтательно произнёс! В этом слышалось уважение к небу, облакам, внимание к окружающей действительности.
Он не был грубым солдафоном, наш метеоролог. Жаль, забыл его фамилию. Майора Козицкого, похожего на солдафона — помню, майора Дейнеко(а), произносившего «метериолог», «метериология» — помню. А его — не помню.
SagePtr
29.04.2018 13:00Подумал сперва, что статья про облачные технологии, открыл — а там про настоящие облака)
Akon32
Знаком с подобной техникой очень давно.
Когда-то замерял точность прогноза — получалось всего около 60% для прогноза "дождь/не дождь" в ближайшие 4 часа. Тем не менее, способ довольно полезен.
Ещё можно направление ветра учитывать: пролетит или не пролетит вон то дождевое облако над головой (но, кажется, только в равнинной местности).
Nezamedlitel
Живу на равнине, постоянно летом отслеживаю скорость и направления полета дождевых облаков — чтобы вовремя покинуть зону, по которой пройдет дождь. Ошибок в оценке практически не бывает.