Kerged, kohevad ja õhulised pilved – need hõljuvad meie pea kohal iga päev ja panevad meid pead tõstma ning veidraid kujusid ja originaalseid kujusid imetlema. Mõnikord murrab see läbi imeline vaade vikerkaar ja mõnikord hommikul või õhtul päikeseloojangu või päikesetõusu ajal süttivad pilved Päikesekiired, andes neile uskumatu, vaimu lummava varjundi. Teadlased on õhupilvi ja muud tüüpi pilvi uurinud pikka aega. Nad andsid vastused küsimustele, mis nähtusega on tegu ja mis tüüpi pilved on olemas.

Tegelikult polegi seletust nii lihtne anda. Kuna need koosnevad tavalistest veepiiskadest, mille soe õhk Maa pinnalt üles tõstis. Kõige suur hulk veeauru tekib ookeanide kohal (siin aurustub aastaga vähemalt 400 tuhat kuupkilomeetrit vett), maal - neli korda vähem.

Ja alates sisse ülemised kihid Atmosfäär on tunduvalt külmem kui allpool, õhk jahtub seal üsna kiiresti, aur kondenseerub, moodustades pisikesi vee- ja jääosakesi, mille tagajärjel tekivad valged pilved. Võib väita, et iga pilv on omamoodi niiskuse generaator, millest vesi läbi läheb.

Vesi pilves on gaasilises, vedelas ja tahkes olekus. Pilves olev vesi ja jääosakeste olemasolu neis mõjutab välimus pilved, nende teke, aga ka sademete olemus. See on pilve tüüp, mis määrab pilves oleva vee, näiteks vihmapilvedes suurim arv vesi ja nimbostratuse puhul on see näitaja 3 korda väiksem. Pilves olevat vett iseloomustab ka nendesse salvestunud kogus – pilve veevaru (pilvesambas sisalduv vesi või jää).

Kuid kõik pole nii lihtne, sest pilve tekkimiseks vajavad tilgad kondensatsiooniterasid - väikseimad osakesed tolm, suits või sool (kui me räägime merest), mille külge need peaksid kinni jääma ja mille ümber nad peaksid moodustuma. See tähendab, et isegi kui õhu koostis on veeauruga täielikult üleküllastunud, ei saa see ilma tolmuta muutuda pilveks.

Millise täpse kuju tilgad (vesi) võtavad, sõltub eelkõige temperatuurinäitajatest atmosfääri ülemistes kihtides:

• kui atmosfääriõhu temperatuur ületab -10°C, koosnevad valged pilved veepiiskadest;
• kui atmosfääri temperatuur hakkab kõikuma -10°C ja -15°C vahel, siis on pilvede koostis segane (tilkuv + kristalne);
• kui temperatuur atmosfääris on alla -15°C, sisaldavad valged pilved jääkristalle.

Pärast sobivaid teisendusi selgub, et 1 cm3 pilv sisaldab umbes 200 tilka ja nende raadius on 1–50 μm (keskmised väärtused on 1–10 μm).

Pilvede klassifikatsioon

Igaüks on ilmselt mõelnud, mis tüüpi pilved on olemas? Pilvede moodustumine toimub tavaliselt troposfääris, ülempiir mis polaarsetel laiuskraadidel asub 10 km kaugusel, parasvöötme laiuskraadidel - 12 km, troopilistel laiuskraadidel - 18 km. Sageli võib täheldada ka teisi liike. Näiteks pärlmutter asuvad tavaliselt 20–25 km kõrgusel ja hõbedased 70–80 km kõrgusel.

Põhimõtteliselt on meil võimalus vaadelda troposfääri pilvi, mis jagunevad järgmisteks pilvetüüpideks: ülemine, keskmine ja alumine tasand, samuti vertikaalne areng. Peaaegu kõik need (v.a viimane tüüp) ilmuvad siis, kui niiske ja soe õhk tõuseb tippu.

Kui õhumassid troposfäär on sees rahulik olek, tekivad rünkpilved, kihtrünkpilved (cirostratus, altostratus ja nimbostratus) ning kui õhk troposfääris liigub lainetena, tekivad rünkpilved (rünkpilved, kihtrünkpilved ja kihtrünkpilved).

Ülemised pilved

Jutt käib kiud-, rünk- ja kiudpilvedest. Taevapilved näevad välja nagu suled, lained või loor. Kõik need on poolläbipaistvad ja lasevad enam-vähem vabalt läbi päikesekiiri. Need võivad olla kas üliõhukesed või üsna tihedad (cirrostratus), mis tähendab, et valgusel on neist raskem läbi pääseda. Pilves ilm annab märku kuumafrondi lähenemisest.

Rünkpilved võivad tekkida ka pilvede kohal. Need on paigutatud triipudeks, mis ületavad taevavõlvi. Atmosfääris asuvad nad pilvede kohal. Reeglina sete neist välja ei pudene.

Keskmistel laiuskraadidel asuvad valged ülemise tasandi pilved tavaliselt 6–13 km kõrgusel, troopilistel laiuskraadidel palju kõrgemal (18 km). Sel juhul võib pilvede paksus ulatuda mitmesajast meetrist sadade kilomeetriteni, mis võivad paikneda pilvede kohal.

Ülemise kihi pilvede liikumine üle taeva sõltub eelkõige tuule kiirusest, seega võib see kõikuda 10-200 km/h. Pilvede taevas koosneb väikestest jääkristallidest, kuid pilvede ilm praktilist sademeid ei paku (ja kui annab, siis mõõta neid kl. Sel hetkel võimalust pole).

Keskmise taseme pilved (2 kuni 6 km)

Need on rünkpilved ja kihtsajupilved. Parasvöötme ja polaarsetel laiuskraadidel asuvad nad Maast 2–7 km kõrgusel troopilistel laiuskraadidel võivad nad tõusta veidi kõrgemale - kuni 8 km. Kõik need on segastruktuuriga ja koosnevad jääkristallidega segatud veepiiskadest. Kuna kõrgus on väike, koosnevad need soojal aastaajal peamiselt veepiiskadest, külmal aastaajal - jäätilkadest. Tõsi, nende sademed meie planeedi pinnale ei jõua – need aurustuvad teel.

Rünkpilved on kergelt läbipaistvad ja paiknevad pilvede kohal. Pilvede värvus on valge või hall, kohati tumenenud, kihilise või kihilise välimusega paralleelsed readümaratest massidest, võllidest või tohututest helvestest. Hägused või lainelised kihtpilved on loor, mis varjab järk-järgult taevast.

Need moodustuvad peamiselt siis, kui külm front nihutab sooja ülespoole. Ja kuigi sademed ei ulatu maapinnani, annab keskmise astme pilvede ilmumine peaaegu alati (välja arvatud ehk tornikujulised) märku ilmastiku muutumisest halvim pool(näiteks äikesetormi või lumesajuni). See juhtub tänu sellele, et iseenesest külm õhk palju raskem kui soe õhk ja liikudes mööda meie planeedi pinda, nihutab see väga kiiresti kuumutatud õhumassid ülespoole - seetõttu tekivad sooja õhu järsu vertikaalse tõusuga kõigepealt keskmise astme valged pilved ja seejärel vihmapilved, mille pilvine taevas kannab äikest ja välku.

Madalad pilved (kuni 2 km)

Kihtpilved, nimbuspilved ja rünkpilved sisaldavad veepiisku, mis külmuvad külmal aastaajal lume- ja jääosakesteks. Need paiknevad üsna madalal – 0,05–2 km kaugusel ja on tiheda, ühtlase madala üleulatuva kattega, mis paiknevad harva pilvede kohal (muud tüübid). Pilvede värvus on hall. Kihtpilved näevad välja nagu suured šahtid. Pilves ilmaga kaasnevad sageli sademed (kerge vihm, lumi, udu).

Vertikaalse arengu pilved (kokkulepped)

Rünkpilved ise on üsna tihedad. Kuju meenutab veidi ümarate piirjoontega kuplit või torni. Rünkpilved võivad puhangulise tuulega rebeneda. Need asuvad 800 meetri kaugusel maa pind ja kõrgem, paksus jääb vahemikku 1–5 km. Mõned neist on võimelised muutuma rünkpilvedeks ja asuvad pilvede kohal.

Cumulonimbus pilved võivad olla üsna suur kõrgus(kuni 14 km). Nende alumised tasemed sisaldavad vett, ülemised jääkristalle. Nende ilmumisega kaasnevad alati hoovihmad, äikesetormid ja mõnel juhul ka rahe.

Cumulus ja cumulonimbus tekivad erinevalt teistest pilvedest ainult niiske õhu väga kiire vertikaalse tõusuga:

1. Niiske soe õhk tõuseb äärmiselt intensiivselt.
2. Ülaosas külmuvad veepiisad, ülemine osa pilved muutuvad raskemaks, laskuvad alla ja venivad tuule poole.
3. Veerand tundi hiljem algab äikesetorm.

Ülemise atmosfääri pilved

Mõnikord võib taevas jälgida pilvi, mis asuvad atmosfääri ülemistes kihtides. Näiteks 20–30 km kõrgusel tekivad pärlmuttertaevapilved, mis koosnevad peamiselt jääkristallidest. Ja enne päikeseloojangut või päikesetõusu võib sageli umbes 80 km kaugusel näha hõbedasi pilvi, mis asuvad atmosfääri ülemistes kihtides (huvitav, et need taevapilved avastati alles 19. sajandil).

Selle kategooria pilved võivad asuda pilvede kohal. Näiteks kübarpilv on väike, horisontaalne ja kõrge kihtsusega pilv, mis paikneb sageli pilvede kohal, nimelt rünkpilv ja rünkpilv. Seda tüüpi pilved võivad vulkaanipursete ajal tekkida tuhapilvede või tulepilvede kohale.

Kui kaua pilved elavad?

Pilvede eluiga sõltub otseselt atmosfääri õhuniiskusest. Kui seda on vähe, aurustuvad need üsna kiiresti (näiteks on valged pilved, mis ei kesta kauem kui 10-15 minutit). Kui neid on palju, võivad need kesta üsna kaua kaua aega, oodake teatud tingimuste tekkimist ja langeb sademete kujul Maale.

Ükskõik kui kaua pilv elab, pole see kunagi muutumatus olekus. Osakesed, millest see koosneb, aurustuvad pidevalt ja ilmuvad uuesti. Isegi kui väliselt pilv oma kõrgust ei muuda, on see tegelikult sees pidev liikumine, kuna selles olevad tilgad laskuvad alla, liiguvad pilve all õhku ja aurustuvad.

Pilv kodus

Valgeid pilvi on kodus üsna lihtne valmistada. Näiteks üks Hollandi kunstnik õppis seda oma korteris looma. Selle eest ta teatud temperatuur, niiskustase ja valgustus, suitsumasin lasi veidi auru välja. Selgunud pilv võib kesta mitu minutit, millest piisab hämmastava nähtuse pildistamiseks.

Kõik teavad, et pilved koosnevad väikestest veepiiskadest või jääkristallidest. Pilves olevad veepiisakesed on erineva läbimõõduga- mikromeetri murdosadest mitme millimeetrini. Ükskõik kui väike jäätilk ka poleks, on see ikkagi õhust raskem. Seetõttu tekib loomulik küsimus: kuidas veepiisad (ja samal ajal ka pilv tervikuna) püsivad õhus ega kuku maapinnale? Samal ajal tekib veel üks küsimus: millistel tingimustel lakkavad veepiisad õhus hõljumast ja langevad vihma kujul maapinnale? Alustame kõige väiksematest tilkadest, mille raadius on mikromeetri murdosa. Selliste tilkade allakukkumist takistavad õhumolekulide juhuslikud löögid kaootiliselt termiline liikumine. Seda liikumist nimetatakse Brownilikuks – inglise botaaniku R. Browni järgi, kes avastas selle 1828. aastal. Õhumolekulide mõjud sunnivad tilka kõige rohkem põrgatama. erinevaid suundi; Selle tulemusena liigub see mööda veidralt katkist trajektoori. Mida raskem on tilk, seda raskem on õhumolekulidel seda oma kohalt liigutada ja seetõttu on vähem rolli Browni liikumine. Kuid samal ajal suureneb gravitatsiooni mõju. Kui tilga raadius muutub suuremaks kui mikromeeter, lakkab selle liikumine olema Browni moodi. Tilk hakkab gravitatsiooni mõjul langema, järk-järgult kiirendades. Ja siis hakkab mängima suur roll uus tegur, vältides tilga allakukkumist - vastupanu õhukeskkond. Samaaegselt languse kiirenemisega tekib tilgale mõjuv õhutakistusjõud, mis hakkab suurenema. See on suunatud gravitatsioonile vastupidises suunas ja võrdeline languse kiirusega. Tõmbejõu suurenedes suureneb langeva tilga kiirus üha aeglasemalt. Kui õhutakistusjõu suurus on võrdne gravitatsioonijõuga, peatub edasine langemiskiiruse suurenemine ja seejärel langeb tilk ühtlaselt. Sellist ühtlaselt liikuvat tilka võib sooja õhu ülesvool aeglustada ja isegi üles paisata. Ja maa, mida päike soojendab, on selliste tõusvate õhuvoolude pidev allikas. Lisaks võib tilk kukkudes lihtsalt aurustuda. Või lagunege väiksemateks tilkadeks. Kuid tilk võib, vastupidi, muutuda suuremaks: ühineda teistega või kondenseerida selle pinnale täiendavat auru ja siis kukub see ikkagi maapinnale. Nii tekivad sademed. Mõnes mõttes võib isegi öelda, et sademed (vihm või lumi) on pilvede langemine maapinnale, ainult et tegelikult on vihmapiisad või lumehelbed liiga suured ja rasked, et olla pilvede koostisosad. Kui vihma ajal pilve küljelt vaadata, tundub, et see langeb maapinnale.

Miks pilved maapinnale ei lange?

Kõik teavad, et pilved koosnevad väikestest veepiiskadest või jääkristallidest. Pilves olevad veepiisakesed on erineva läbimõõduga – mikromeetri murdosast mitme millimeetrini. Ükskõik kui väike jäätilk ka poleks, on see ikkagi õhust raskem. Seetõttu tekib loomulik küsimus: kuidas veepiisad (ja samal ajal ka pilv tervikuna) püsivad õhus ega kuku maapinnale? Samal ajal tekib veel üks küsimus: millistel tingimustel lakkavad veepiisad õhus hõljumast ja langevad vihma kujul maapinnale?

Alustame kõige väiksematest tilkadest, mille raadius on mikromeetri murdosa. Selliste tilkade allakukkumist takistavad kaootilises soojusliikumises õhumolekulide juhuslikud löögid. Seda liikumist nimetatakse Brownilikuks – inglise botaaniku R. Browni järgi, kes avastas selle 1828. aastal. Õhumolekulide mõju sunnib tilka põrgatama erinevates suundades; Selle tulemusena liigub see mööda veidralt katkist trajektoori.

Mida raskem on tilk, seda raskem on õhumolekulidel seda oma kohalt liigutada ja seetõttu on Browni liikumise roll väiksem. Kuid samal ajal suureneb gravitatsiooni mõju. Kui tilga raadius muutub suuremaks kui mikromeeter, lakkab selle liikumine olema Browni moodi. Tilk hakkab gravitatsiooni mõjul langema, järk-järgult kiirendades. Ja siis hakkab suurt rolli mängima uus tegur, mis ei lase tilgal alla kukkuda – õhutakistus. Samaaegselt languse kiirenemisega tekib tilgale mõjuv õhutakistusjõud, mis hakkab suurenema. See on suunatud gravitatsioonile vastupidises suunas ja võrdeline languse kiirusega.

Tõmbejõu suurenedes suureneb langeva tilga kiirus üha aeglasemalt. Kui õhutakistusjõu suurus on võrdne gravitatsioonijõuga, peatub edasine langemiskiiruse suurenemine ja seejärel langeb tilk ühtlaselt. Sellist ühtlaselt liikuvat tilka võib sooja õhu ülesvool aeglustada ja isegi üles paisata. Ja maa, mida päike soojendab, on selliste tõusvate õhuvoolude pidev allikas.

Lisaks võib tilk kukkudes lihtsalt aurustuda. Või lagunege väiksemateks tilkadeks.

Kuid tilk võib, vastupidi, muutuda suuremaks: ühineda teistega või kondenseerida selle pinnale täiendavat auru ja siis kukub see ikkagi maapinnale. Nii tekivad sademed. Mõnes mõttes võib isegi öelda, et sademed (vihm või lumi) on pilvede langemine maapinnale, ainult et tegelikult on vihmapiisad või lumehelbed liiga suured ja rasked, et olla pilvede koostisosad.

2015-03-25
Rangelt võttes ei ole pilved veega täidetud. Need ei ole vett imavad käsnad. Pilved koosnevad õhus hõljuvatest väga väikestest vedelikupiiskadest või jääkristallidest. Ujukiga võib võrrelda veepiisku ja jääkristalle, sest need on nii väikesed, et õhutakistust tasakaalustab gravitatsioon. Täpsemalt öeldes ei hõlju veepiisad ja jääkristallid taevas tegelikult liikumatult. Nad langevad raskusjõu mõjul pidevalt väga aeglaselt ja mõnikord tõusevad tõusvas õhuvoolus. See langus on nii aeglane ja pilved on nii suured ja kauged, et maapinnal viibival juhuslikul vaatlejal on seda liikumist raske märgata.

Louis J. Battani raamatus “Pilvede füüsika” on toodud järgmised arvud: 10 mikronise raadiusega tilk langeb kiirusega 1 cm/sek, 50 mikroni raadiusega tilk langeb juba kiirus 26 cm/sek. Kui tilgad kokkupõrgete ja ühinemiste tagajärjel suurenevad, võivad tilgad muutuda nii suureks, et õhutakistus ei mängi rolli suur roll(raadiuse korral > 0,1 mm). Sellised tilgad langevad vihma kujul.

Pilved koosnevad enamasti õhust. Kui ütleme, et ämber on veega täidetud, peame silmas, et peaaegu kogu ämbri vaba ruum sisaldab vett. Pilves on kõik teisiti. Pilve moodustav vesi langeb vihmana ammu enne seda, kui see on piisavalt sulandunud, et täita kogu pilveruumala. Üllataval kombel moodustab vesi ainult ühe miljardindiku pilve mahust. Kõik muu on õhk.

Kuidas saavad pilved olla visuaalselt nii heledad, kui nad koosnevad peaaegu õhust? peamine põhjus valguse peegeldumisel esemete pinnalt. Kuidas suurem ala pinnad, nii rohkem valgust peegeldunud. Pilved tunduvad valged samal põhjusel, miks lumi paistab valgena. Ehkki pilv ei sisalda kogumahu poolest palju vett, on selles triljoneid väikeseid tilka, mis annavad kokku mitu peegeldust ja murdumist.

Toome näite numbrites, oletame, et pilv koosneb veepiiskadest, mis kõik on $R$ raadiusega ja jaotuvad ühtlaselt. Oletame, et pilve kogumaht on konstantne ja võrdne $V$ ning vee kogumaht selles pilves on $V_(w)$. Ühe sfäärilise veetilga maht on $\frac(4)(3) \pi r^(3)$, tilkade arv on $N$, see tähendab pilves oleva vee kogumaht: $ V_(w) = N\frac(4)(3)\pi r^(3)$. Lisaks on ühe sfääri pindala $4 \pi r^(2)$, seega kogu pilves olevate tilkade pindala on $S_(\text(kokku)) = N 4 \pi r^(2)$. Lahendades saadud süsteemi saame: $ S_(\text(general)) = \frac(3V_(w))(R)$. Kuna vee kogumaht on fikseeritud, ütleb see võrrand meile, et kui iga tilga raadius väheneb, suureneb tilkade kogupindala. Väga väikese suurusega tilkade pilve puhul on pilve kogupind väga suur. Kuna objektilt peegelduva valguse hulk sõltub suuresti pinna pindalast, on sellise pilve peegeldusvõime väga kõrge, hoolimata asjaolust, et see on sisuliselt õhk.

Tuleb märkida, et kuigi üksikute tilkade suurus väheneb, muutub nende individuaalne pindala loomulikult väiksemaks. Aga kindla peale kogumaht vesi pilves, on väiksemate tilkade koguarv suurem, mis tähendab rohkem kogupindala pinnad.

Hea küsimus. Kuna, nagu on teada kooliõpikud, pilved koosnevad väikestest veepiiskadest ja pisikestest jääkristallidest, mis ühel või teisel viisil on õhust raskemad.

Kuidas nad tipus püsivad? Kus on kurikuulus Maa gravitatsioon? Ja miks see kinnipidamine lõppeb üsna sageli vihma kujul välja kukkuvate piiskadega?

Pideva liikumise teooria, hüüdnimega Brownian, mis põhineb asjaolul, et mikromeetri murdosa raadiusega tilkade kukkumist takistavad õhumolekulid, mis neile vastu koputavad, andes neile tilkadele juhusliku liikumise, selgitab vaid osa probleemist, kuid mitte. kõik.

Miks muutub see tilk järsku oma suuruse ja kaaluga suuremaks ning õhumolekulid ei suuda seda enam oma kohalt tõugata? On selge, et kui tilga liikumine peatub ja see peatub, hakkab see langema. Siis lülitub sisse gravitatsioon – kui piisk peatub. Siis aga lööb sisse õhutakistus... See on nagu tsirkuseakt, kui jalgrattur või mootorrattur sõidab vertikaalsel pinnal. Kui nad peatuvad, kukuvad. Aga kui nad sõidavad, siis nad ei kuku. Neid hoitakse, praktiliselt rippudes, liikumisega...

Nad ütlevad, et tilkadest ja jääkristallidest koosnevaid pilvi "hoitakse" kõrgel ja nende langemist takistavad maapinnalt tõusvad õhuvoolud, mida päike soojendab. Sellepärast võivad linnud nende sõnul maapinna kohal hõljuda ilma tiibu lehvitamata.

Mis hoiab pilvi taevas, kui on öö? Ja isegi kuuta? Ja kui näiteks kotkal on vaja kiiresti oma äriga kuhugi lennata, kas ta peab siis öösiti pidevalt tiibu lehvitama, nagu hullunud või veel lendamata lendur?

Arvatakse, et pilved ikka langevad. Vihma või lume näol. Lumehelbed ja veelgi enam vihmapiisad on aga liiga rasked, et olla pilvede koostisosad. See tähendab, et ühest kehast või objektist kukuvad välja täiesti erinevad kehad. See juhtub muinasjuttudes. Või illusionisti triki sooritades...

Või äkki pole pilv üldse objekt, vaid teatud protsess, mis pidevalt toimub. Ja me näeme seda, mida me näeme, see tähendab, mida meil on lubatud näha. Sest kui me näeme protsessi olemust, siis me kas ei saa neetud asjast aru või puutume kokku tundmatuga ja näeme Jumala palet, mis on inimeste jaoks täiesti vastuvõetamatu.

Või äkki ei lange pilved maapinnale, sest nad lihtsalt teavad, kuidas lennata?

Võib-olla oli see nii algselt mõeldud? Lõppude lõpuks, kui nad saaksid maapinnale kukkuda, kannataksid paljud meist surma, kui jääme nii suure jää ja vee alla. Kuid see ei kuulunud Looja plaanidesse. Sest inimhing peab taluma katsumusi ja mitte kohe vabanema kõigist hädadest ja muredest, olles koos kehaga mattunud tonnide viisi vee ja jää alla.

Või äkki on see meie jaoks joonistatud või projitseeritud elav pilt peal taevasfäär, nagu 3D? Nagu näiteks vikerkaar või tähed. Vikerkaar sädeleb ja sädeleb värvidest, tähed helendavad ja sädelevad. Ja pilved hõljuvad, võta erinevad kujud ja nad näevad välja nagu loomad, linnud ja isegi inimesed. Ja seda kõike selleks, et me ei oleks Maal nii kurvad. Joonistatu ju ei kuku...