Облаците, едно от най-достъпните за наблюдение атмосферно явление, отразяват определено състояние на времето. Разнообразните облачни форми винаги са привличали погледите на хората, които ги оприличават на нежни воали и пера, тънки нишки, пухкави кълбета, цветно зеле (карфиол), развълнувано море, високи кули и др. За специалистите познаването и внимателното следене на промените на облаците е много полезно при изготвянето на прогнозата за времето. Още в миналото обикновените хора са свързвали формата на определени облаци с промяната на времето. Според тях появата на високи облаци във вид на „рибени люспи“ или „памучета“ са предвещавали дъжд, а високите лещовидни облаци – силен вятър; залезът на слънцето в „червени“ облаци е било признак за ветровито и лошо време, наличието на бели пухкави като „зайчета“ облачета пък – за подобрение на времето, и т.н. (вж. стр. 47).

Облаци – образуване и строеж
Облаците са израз на взаимодействие на няколко атмосферни явления, между които влажност, температура, вятър и др. Те има свой живот, неделимо свързан с развитието на атмосферните процеси. Изучаването на облаците има не само теоретично (научно), но и практическо (приложно) значение за стопанския живот на обществото.

Облакът представлява определен обем въздушна маса, която е съставена от водни капки, ледени кристали или капки и кристали заедно. Облаците се образуват в резултат на кондензация и сублимация на водната пара и кристализация на преохладените водни капки. Образуването на облаците е свързано с увеличаването на общото съдържание на вода във въздуха и понижаването на температурата му. Охлаждането на определен обем въздух е в основата на облакообразуването.

Когато се издига сух, ненаститен въздух (с относителна влажност под 100 %), той попада в среда с по-ниско налягане и се разширява и охлажда. При спущане надолу той попада в среда с по-високо налягане, следствие на което се свива и нагрява. Охлаждането и нагряването на сухия въздух е със стойност близка до 10С на 100 м височина.

При издигане на влажен, наситен въздух (с относителна влажност близо 100 %), поради отделянето на скритата топлина от кондензацията охлаждането е по-малко. То е в зависимост от температурата и налягането на въздуха, като при по-високи техни стойности охлаждането е по-малко (при 20^оС/750мм = 0,44^оС/100 м, а при 0^оС/375мм = 0,51^оС/100 м).

При спущане на влажния въздух са възможни две положения: а) когато е в среда на облаци, нагряването ще е по-малко – под 1^оС/100 м, и б) когато е без присъствие на кондензационни продукти, той се нагрява с 1^оС/100 м (като сухия въздух и излиза от състояние на насищане).

Издигането на въздуха се осъществява по три начина:

наклонено, под малък ъгъл към хоризонта и обикновено с малка скорост (2-8 см/сек). Характерно е за фронталните повърхнини. Облациите имат слоест характер;
вертикално, когато скоростта на възходящите потоци е от 2 до 5 м/сек., понякога няколко десетки метри в секунда. Образуват се облаци с кълбообразна форма;
вълнообразно, когато на границата на две въздушни маси с различна температура при увеличение на височината в инверсионния слой възникват вълни, в чийто гребени се образуват успоредни редове вълнообразни облаци с разстояние между радовете 0,2-1,5 км.

Според мястото на образуването си облаците биват:

вътрешномасови, образувани в еднородна въздушна маса, каквато са конвективните облаци;
орографски, образуващи се около планинаските прегради.

Облаците се състоят най-често от капки с радиус от 2 до 7 мк, рядко 70-100 мк. В облаците от високите етажи (Ci, Cs), както и в тези със значителна вертикална мощност (Cb) в състава участват и ледени кристали. Според фазовото състояние облаците се делят на водни, смесени и ледени. В зависимост от елементите, които ги изгаждат, облаците се обособяват в две групи – ПЪРВА, изградени от повече или по-малко еднородни елементи (капки или кристали), и ВТОРА – с разнородни елементи (капки и кристали).
Нагледна представа за фазовото състояние на някои от облаците в умерените ширини дава таблица 1.

Табл. 1. Фазово състояние на облаците в проценти за умерените ширини (по А. М. Боровик)
Table 1. Phase state of clouds in percentage for the Mid-latitudes (by A.M. Borovik)

Водността на облаците изразява количеството вода в обем въздух. При облаците от видовете слоести, слоестокълбести, високослоести и слоестодъждовни водността е от 0,05 до 0,25 гр/м3 въздух, рядко от 1,2 до 1,5 гр/м3. При мощните купести и купестодъждовни облаци водността е значителна – 1-2 гр/м3, понякога до 10-20 гр/м3 въздух.

Наблюденията показват, че водните капки и ледените кристали в облаците са с електричеси заряд. В един и същи облак се срещат положително и отрицателно заредени валежни елемени, а така също и неутрални елементи. Общата сума на положителните товари, пренасяни от валежите е по-голяма от тази на отрицателните. Въпреки че броят на положителните елементи е 1,5 пъти по-голям от броя на отрицателните, средният отрицателен товар е по-голям от положителния. Електротоварите на капките по пътя на падането им се променят както по големина, така и по знак, което показва, че става преразреждане.

В някои от облаците се наблюдават интересни оптични явления, по-известни от които са дъждовната дъга, халото и венците около небесните светила. Те се дължат на пречупване, отражение и дифракция на светлината от облачността.
Облаците имат и физически параметри като количество, долна граница, дебелина, вертикални движения и други. Тези макрофизически характеристики оказват най-голямо влияние върху авиацията.

Облачността се характеризира с годишен и денонощен ход. През студеното полугодие като правило тя се увеличава, а през топлото намалява. В различните географски ширини количеството на облаците има следните средни стойности:

около Екватора – между 5 и 7 бала;
в тропиците (от 20 до 40^о) – от 2 до 4 бала;
в умерените ширини – от 5 до 7 бала.

Денонощният ход на облачността обикновено се състои в образуването й през едната част от денонощието и разрушаването й през другата. През късната пролет, лятото и ранната есен слоестата и слоесто-кълбестата облачност се образува през нощта и сутринта, а се разрушава през деня. За конвективната облачност е обратно – развива се през деня, а се разтопява през нощта. През късната есен, зимата и ранната пролет слоестата и слоесто-кълбестата облачност може да се задържат няколко дни, а конвективната облачност се развива много рядко.

Видове облаци
Още първите философи-натуралисти са считали, че облачните форми са свързани с развитието на времето. През 1802 г. Ламарк, а през 1803 г. Говард са предложили първите схеми за класификация на облаците. В края на XIX в. е издаден първият Международен атлас на облаците (1896 г.), който по-късно – през 1930 г., е обогатен. Новият атлас на облаците излиза през 1956 г. и е преиздаден през 1987 г. В него броят на видовете облаци е твърде голям, като основните родове са сведени до 10, всеки с отделни видове и разновидности:

перести (Ci),
пересто-кълбести (Cc),
пересто-слоести (Cs),
висококълбести (Ac),
високослоести (As),
слоесто-кълбести (Sc),
слоести (St),
слоесто-дъждовни (Ns),
кълбести (Cu),
кълбесто-дъждовни (Cb).

За нуждите на практиката, предвид на многото общи черти във външния им вид, облаците се поделят на три основни форми: кълбести, вълнисти и слоести.

Кълбестите облаци се състоят от отделни облачни елементи, които се развиват във вертикална посока. По хоризонталата те се разпространяват само при разпадането си. Към тази група са кълбестите (купестите) (Cu), кълбесто-дъждовните (купесто-дъждовните) облаци (Cb) и др.
Вълнистите облаци по форма наподобават отделни ивици, люспи или парцали, или пък са плътен облачен слой с вълниста долна повърхност. Разпространяват се главно в хоризонтална посока. Типичен представител на тази група е слоесто-кълбестата облачност (Sc).
Слоестообразните облаци имат вид на еднородна, плътна, сравнително спокойна покривка. В тази група се включват слоестите (St), слоесто-дъждовните (Ns) и др.

В зависимост от височината на долната им граница, облаците се подразделят на четири етажа: горен, среден и долен етаж, и облаци с вертикално развитие.

Горен етаж – високи облаци. В този слой се включват перестите (Ci), пересто-слоестите (Cs) и пересто-кълбестите облаци (Cc). Облаците са разположени в горната част на тропосферата. Долната им граница в умерените ширини е около 6 км. като в полярните зони слиза до 4 км, а в тропиците се издига до 7-8 км. Дебелината им е от няколко стотин метра до няколко км. Поради ниските температури имат кристална структура. В тези облаци се наблюдават оптичните явления „хало“, светли кръгове, стълбове и др. В тях е възможно слабо до умерено обледяване. В редки случаи при здрачаване могат да се наблюдават, главно над скандинавските страни, Англия, Аляска и др., тънки облаци с цвета на дъга, образувани на височина 17-33 км. и наречени перламутрови.

Среден етаж – средни облаци. В него се включват високослоестите (As) и висококълбестите (Ac) облаци. Най-често тези облаци се явяват в слоя 2-6 км за умерените ширини, 2-4 км за полярните и 2-8 км за тропиците. Дебелината на As е 1-2 км, а на Ac от 300 до 500 м. От висикослоестите облаци (As) могат да паднат валежи, които често не стигат до земята. Висококълбестите облаци не дават валежи, но в тях при полет може да се получи обледяване и слабо до умерено друсане.

Долен етаж – ниски облаци. Те са разположени в долната част на тропосферата. Височината на долната им граница е до 2 км. Към тази група се отнасят видовете слоести (St), слоесто-кълбести (Sc) и слоесто-дъждовни облаци (Ns).

Слоестите облаци (St) имат вид на еднороден сив слой , сходен с мъглата. Това са облаците с най-ниска долна граница – с височна от 50-100 до 200-300 м. Дебелината им е малка – от няколко десетки до няколко стотин метра. Понякога от тях падат слаби валежи, а през зимата ситни снежинки или снежни зърна. През зимата при полет в тях може да се получи обледяване.
Слоесто-кълбестите облаци (Sc) имат нееднородна долна повърхност, представляваща редици или кълба, разделени с просвети или сливащи се в сива вълниста покривка. Долната граница на облаците е средно от 600 до 1000 м. Дебелината им е малка – до няколко стотин метра, поради което не дават валежи. От тях може да ръми или през зимата да падат ситни снежинки. При полет в тях може да се изпита слабо до умерено друсане.
Слоесто-дъждовните облаци (Ns) представляват тъмносива покривка без просвети. Височината на долната им граница е от 300 м през зимата и до 500 м през лятото. Дебелината на тези облаци може да стигне няколко км, при което от тях падат продължителни валежи. При полети в тях е възможно умерено до силно обледяване и умерено друсане.

Облаци с вертикално развитие. В умерените ширини основата на тези облаци е разположена под 2 км, а върховете на някои от тях достигат горната част на тропосферата. В този етаж се включват кълбестите облаци (Cu), мощните кълбести (Cu cong) и кълбесто-дъждовните облаци (Cb).

Кълбестите (купестите) облаци (Cu) на хубаво време са облачни маси с бели, светли купестообразни върхове. Вертикалните им размери са по-малки от хоризонталните, а дебелината им е от няколко десетки до няколко стотин метра. Валежи от тях не падат. Характерни са за топлата половина на годината. Долната им граница през лятото е около 1200 м, през пролетта – 1100 м, а през зимата 1000 м.
Мощните кълбести облаци (Cu cong) имат вид на облачни хълмове със закълбени ослепително бели върхове и тъмна основа. Вертикалните им размери са по-големи от хоризонталните, а дебелината им е от 2 до 3-4 км. Долната им граница е не по-ниска от 600 м. От тях понякога падат краткотрайни валежи, не винаги достигащи земята. В мощните кълбести облаци възникват силни възходящи въздушни потоци със скорост 15 -20 м/сек и значително по-слаби низходящи потоци. Това обуславя умерено до силно друсане при летене в тези облаци, поради което на самолетите се забранява да влизат в тях.
Кълбесто-дъждовните (купесто-дъждовните) облаци (Cb) са силно развити по ветрикалата облаци, наподобяващи облачни планини с тъмна оловносива основа. Върховете им имат влакнест стреж и често се оформят във вид на наковалня. В умерените ширини долната им граница през годината е средно 600-700 м., като най-висока е през лятото – 900-1000 м., а най-ниска – през зимата – около 400 м. Дебелината на облаците е над 4-5 км, като върховете им често достигат тропопаузата, а понякога я и пресичат. От кълбесто-дъждовните облаци падат проливни валежи. Полетите в тях се забраняват заради силното друсане, обледяването и проливните валежи от дъжд или дъжд и град. От момента на появата на гръм и светкавица (мълния ) (фиг.2), кълбесто-дъждовният облак прераства в буреносен, с характерните за него проливни валежи от дъжд, придружени често от градушка и бурни ветрове.

Най-важното условие за възникването на буреносните (гръмотевичните) облаци е наличието на топъл и влажен, неустойчив въздух, който се издига във височина по различни причини - при фронталните повърхнини, при неравномерното нагряване на приземния въздух от постилащата повърхност или при изкачване на въздуха по планинските склонове.

Гръмотевичният облак се състои от цяла група ядки – средно 3-7 на брой. Размерът на ядките по хоризонталата е 2-10 км. Всяка ядка преминава определен цикъл на развитие, състоящ се от три стадия с обща продължителност средно 3 часа:

– Първи стадии – на мощния кълбест облак (Cu cong), които се развива на височина 3-5 км и в който възникват силни възходящи потоци със скорост 15-20 м/с. Няколко облака могат да се слеят в един по-голям облак , който представлява преход към следващия стадий.

– Втори стадии – на същинския гръмотевичен (буреносен) облак. Той се характеризира с формирането на „наковалня“ (фиг. 1) и падането на проливни дъждове, често придружени от гръмотевични бури и град. Мощните възходящи потоци в облака достигат скорост 30-40 м/с, като възникват и низходящи движения от падащите валежи със скорост над 10-15 м/с. Долната граница на облака през топлата част на годината е 700-1000 м, а горната 8-10 км и повече. Дебелината му е повече от 5 км, понякога достига 15-18 км, а площта при максималното му развитие обикновенно не надминава 50-100 км^{2^{.

Фиг. 1

Фиг. 2

Строежът на буреносния облак е разнороден - съставен е от водни капки (включително и преохладени), ледени кристали (снежинки), суграшица (ледени зърна) и град (ледени късове) (фиг. 3.)

Фиг. 3

През този стадий става пространствено разделяне на електрическите товари в облака. Положителните товари се концетрират във връхните точки на облака, а отрицателните – в основата му, където често се наблюдава и ограничена област, заета с положителни товари (фиг. 4).

Фиг. 4

Когато напрежението в облака или между облака и земята, както и между два съседни облака стане по-голямо от пробивното за въздуха (който се явява изолатор), възниква искрово разреждане. То се съпровожда с ослепителен блясък – мълния, и характерен гръм.

Трети стадий – завършващ. През него облакът постепенно се разпада и разрушава. Характеризира се с низходящи движения със скорост рядко над 5 – 10 м/сек. Разрушаването на буреносния облак продължава около 30 минути. От плътен, облакът става рехав и разкъсан. При благоприятни условия на мястото на разрушаващият се облак може да възникне нов буреносен облак.

Едно от опасните явления за самолетните полети в буреносните облаци е много силното друсане следствие на мощните вертикални потоци, които могат да доведат и до механично разрушаване на самолета. Изпитва се умерено до силно обледяване, а поройните валежи от дъжд и град също са изключително опасни за самолета. Електрическите разряди (мълнията) могат да извадят от строя електрическата и свързочната система на самолета и да го направят неуправляем. Силият гръм оказва психологично въздействие върху летеца. Полетите в буреносни облаци са забранени. Може да се лети край тях на разстояние поне 10 км, а над горният им край – не по-малко от 1 км.

Облачността и прогнозата на времето

Всяка прогноза за времето започва с прогноза на облачността, включваща:

количество и форма на облаците;
вертикални (долна и горна граница) и хоризонтални размери;
характер на облачността – наличие на опасни и особени явления в нея като гръмотевични бури, валежи, друсане, обледеняване и др.;
времетраене – в часове, денонощие, няколко дни.

Прогнозата за облачността е свързана с очаквания тип време – вътрешномасово или адвективно (фронтално).

За прогнозиране на вътрешномасовата облачност се използват данните от вертикалния разрез на атмосферата – т.нар. сондаж. В него разликата между температурата на въздуха (Т) и температурата на точката на оросяване (Td) (T - Td = дефицит на насищане) и данните за вятъра на определени изобарни нива са добра база за прогноза на облаците (табл. 2).

Таблица 2.

При прогнозиране на фронталната облачност трябва да се има предвид следното:

Ако водната маса при фронталната повърхност има малък дефицит (T – Td), може да се очаква мощна облачност.
При фронтална повърхнина със средни стойности на дефицита облачността не е мощна.
Ако пък дефицита е голям, в топлата въздушна маса не се образуват облаци, но в студената могат.

В цялост прогнозата на облаците се основава на решаването на следните въпроси:

определяне еволюцията на облаците;
отчитане влиянието на регионалните особености (подложната повърхност);
определяне на денонощния ход на облачността;
наличие на фактори за образуването и еволюцията на облаците, между които:

атмосферни фронтове, инверсионни слоеве, влажност и устойчивост на въздушните маси, изменение на дефицита на насищане, температурата на горната граница на облачността, стойността на вертикалните въздушни движения и др.

Кодове и ключове за обозначаване на облаците

Приложената по-долу таблица (табл. 3) дава представа как се изразява и нанася количеството на облаците върху синоптичните карти.

Таблица 3.

Синоптичният код за формата на облаците от различните етажи е представен на таблица 4.

Таблица 4. Синоптичен код за формата на облаците
Table 4. Synoptic code for cloud forms

За отбелязване височината на ниските облаци се използва специален ключ (табл. 5):

Таблица 5.

Значение на облачността

Облачната покривка е естествен обвиващ слой на земната повърхност, предпазващ я от прекомерно охлаждане през зимата и прегряване през лятото. Тя играе ролята на защитна преграда на Земята от вредните слънчеви лъчения. Облаците са резервоар и на живителната влага, осигуряваща живота на хора, животни и растения. Те са главна съставна част от водния кръговрат на планетата.

Облачността е главен фактор, определящ сложността на метеорологичните условия за полетите на авиацията, поради което преди полети е важно да се оцени:

количеството и формата на облаците;
преобладаващата и най-ниската им долна граница;
вертикалната мощност, горната граница;
температурата в облаците, условия за обледяване;
валежи - вид и интензитет, видимост в облаците;
турбулентност (друсане) в облаците, степен;
има ли буреносни явления.

Протичащите в облаците процеси като поройни валежи, градушки, бурни ветрове и други, оказват въздействие върху стопанския живот и бита на хората като в определена степен предизвикват бедствия.

Литература

Годев, Н. Синоптична метеорология. Изд, „Наука и изкуство“, С., 1976.
Кравченко, И. В. Метеорология за летеца. Държавно военно изд., С.,1964.
Кръстанов, Л. и др. Обща метеорология, Изд. „Наука и изкуство“, С., 1978.
Мазин, И. П., А. Х. Харгиан. Облака и облачная атмосфера. Хидрометеоиздат, Ленинград, 1989.
Организация ведение разведки погоды и орнитологической обстановки, Министерство обороны СССР, ВВС, Москва, 1981.

Clounds and cloud cover

Georgi Markov, Eva Evlogieva

TV-MET, Sofia

Summary

The cloud structure and formation have been considered, as well as cloud types according to their form, altitude and lower limits. Special attention has been paid to clouds of vertical development, mainly storm clouds. The special keys, codes and codes for cloud observation have been described, as well as the importance of clouds for weather forecasting. The role of clouds in human activities has been analyzed. Some examples have been pointed out such as aviation and limitations to flying when some specific clouds occur.}}