Хмари, їх утворення та класифікація

Хмари — скупчення на певній висоті в тропосфері продуктів конденсації водяної пари (водяні хмари) чи кристалів льоду (льодяні хмари), чи тих і інших (змішані хмари). При укрупненні хмарних елементів і зростанні їхньої швидкості падіння вони випадають із хмар у вигляді опадів.

Звичайно хмари спостерігаються в тропосфері. Тропосферні хмари поділяються на роди, види, різновиди за додатковими ознаками відповідно до міжнародної класифікації хмар. Зрідка спостерігаються інші види хмар: перламутрові хмари (на висоті 20-25 км) і сріблясті хмари (на висоті 70-80 км). 

Утворення хмар пов'язане з виникненням в атмосфері областей з високою відносною вологістю. Наявність в атмосфері величезного числа дрібних частинок, що грають роль ядер конденсації, забезпечує появу зародкових крапель уже при досягненні насичення. Умови ж насичення створюються в результаті охолодження повітря, викликаного, наприклад, розширенням його при впорядкованому підйомі на атмосферних фронтах (так утворяться хмари Ns і системи Ns-As-Ac), при неупорядкованому турбулентному перемішуванні або хвильових рухах (St, Sc, Ac), при конвективному підйомі (Cu, Cu Cong, Cb), при набряканні гірських перешкод (Ac) тощо. Подальше охолодження повітря приводить до появи надлишкової пари, що поглинається зростаючими краплями. Таким чином, спочатку краплі ростуть переважно за рахунок конденсації водяної пари. Потім, по мірі їхнього укрупнення, все більшу роль починають грати процеси зіткнення й злиття крапель одна з одною (так звана коагуляція хмарних елементів). Коагуляційний механізм — основний механізм росту хмарних крапель радіусом понад 30 мкм. При від'ємних температурах хмари можуть бути краплинні (переохолоджені), кристалічні або змішані, тобто складеними із крапель і кристалів. Малі розміри хмарних крапель дозволяють їм довго зберігатися в рідкому стані й при від'ємних температурах. Так, при −10 °C хмари у половині випадків краплинні, в 30% — змішані, й лише в 20% — кристалічні. Переохолоджені ж краплі в хмарах зустрічаються аж до −40 °C. Пересичення над кристалами значно більше, ніж над краплями (пружність насичення водяної пари над льодом нижче, ніж над водою), завдяки чому в змішаних хмарах кристали ростуть значно швидше, ніж краплі, що сприяє випаданню опадів.

Наприкінці 19 століття була прийнята міжнародна класифікація хмар. Ця класифікація являє собою поділ тропосферних хмар на роди, види, різновиди за додатковими ознаками із відповідними латинськими найменуваннями, прийнятими за міжнародною угодою. В Україні застосовуються також їхні українські еквіваленти.

          Хмари можна класифікувати:

• за висотою формування;
• за формою;
• за внутрішньою будовою.

Кожний рід хмар спостерігається у визначеному інтервалі висот (ярусів), що залежить від широти. У залежності від висоти основи виділяють:

хмари верхнього ярусу — в основному складаються з кристалів льоду, тому що вони розташовуються в помірних широтах вище 5 км, у полярних — вище 3 км, у тропічних — вище 6 км. Хмари верхнього ярусу звичайно тонкі і білі за зовнішнім виглядом, але можуть зустрічатися і багатокольорові, коли Сонце розташоване низько над обрієм;

хмари середнього ярусу — звичайно зустрічаються на висотах 2-7 км для помірних широт, 2-4 км — для полярних і 2-8 км — для тропічних. Оскільки їхні висоти невеликі, то вони переважно складаються з крапельок води, однак, можуть містити і кристалики льоду, коли температура досить низька;

хмари нижнього ярусу — в основному складаються з крапельок води, тому що вони розташовуються на висотах нижче 2 км. Однак, коли температура досить низька, ці хмари можуть також містити частки льоду і сніг.

Окремо виділяють хмари вертикального розвитку з основою на рівні нижнього ярусу і високими вершинами (іноді до 14 км і вище). Це — купчасті хмари, що мають вид ізольованих хмарних мас, вертикальні розміри яких одного порядку з горизонтальними. Викликаються вони звичайно або температурною конвекцією, або фронтальним підйомом, і можуть рости до висоти 12 км, реалізуючи зростаючу енергію через конденсацію водяної пари в межах самої хмари.