Почему кучевые облака имеют именно такую форму?

Сегодня хочу остановиться на "детском" вопросе: почему кучевые облака имеют форму снежных шапок? Для этого нам придётся немного подробнее погрузиться в то, как происходит процесс конвекции.

Наверное, все (по крайней мере, в нашей группе), знают, что конвекция происходит из-за того, что тёплый воздух поднимается вверх от нагретой поверхности земли. Это может происходить либо в результате нагрева земли солнцем, либо в процессе прохождения атмосферного фронта, когда происходит так называемая "вынужденная конвекция".

Как происходит этот подъём? Допустим, некоторый пузырь воздуха нагрелся чуть больше, чем окружающий воздух. Плотность воздуха в этом пузыре становится меньше, и он становится легче окружающего воздуха. По закону Архимеда, такой пузырь всплывает вверх, а его место занимает окружающий более холодный воздух.

До какой высоты этот пузырь будет всплывать? Очевидно, пока его температура не сравняется с окружающим воздухом. Если воздух сухой, то на определённой высоте подъём прекращается. Но если воздух достаточно влажный, и нет препятствий для подъёма (например, антициклона, который блокирует восходящие движения воздуха), то на определённой высоте влажность воздуха становится 100%, и начинается образовываться облако.

А дальше происходит самое интересное. При конденсации водяного пара выделяется тепло. Это значит, что рассматриваемый нами пузырь воздуха становится теплее, и получает дальнейший импульс к подъёму вверх. Это провоцирует новую конденсацию, и так далее. Процесс приобретает лавинообразный характер, а со стороны это выглядит так, что на облако "налипают" со всех сторон всё новые клубы пара, и вся эта масса растёт вверх. Именно на этой стадии мы и видим красивую "снежную" шапку.

То, до какой высоты сможет вырасти облако, зависит от влажности воздуха и его способности подниматься вверх в текущей синоптической ситуации. Чем более влажный воздух, тем больше водяного пара может сконденсироваться, больше тепла выделится и до большей высоты поднимется вершина облака. В какой-то момент облако достигает тропопаузы - высоты, где температура начинает расти с высотой. Подъём прекращается, и вершина облака растекается в так называемую наковальню. На этой стадии облако уже наверняка даёт ливневые осадки.

Особенно драматичным процесс становится, если имеется так называемый "сдвиг ветра" - изменение направления ветра с высотой. В этом случае облако начинает закручиваться в спираль, зона осадков отделяется от восходящего потока, и образуется суперъячейка - наиболее опасный вид конвективных облаков. На широте Петербурга суперъячейки образуются не очень часто, но в южных районах это обычное дело. Прохождение суперъячейки часто сопровождается ураганным ветром и выпадением крупного града размером до нескольких сантиметров, а иногда и до 10-12 сантиметров в диаметре. Ну и самая последняя стадия - это когда мезоциклон (область восходящего потока) суперъячейки опускается до земли, что приводит к образованию смерча - одного из самых опасных и разрушительных явлений природы.

Вот такие стадии - от маленького белого барашка до страшного чёрного монстра - проходит обычное кучевое облако в зависимости от состояния атмосферы. Оно может быть очень красивым, но это стихия, которая в определённый момент становится непредсказуемой. Современная наука может прогнозировать только вероятности возникновения опасных конвективных штормов, но не их точное время и место. Тем не менее, сложность и красота конвективных процессов заставляют многих вновь и вновь восхищаться тем, насколько изобретательна и многообразна может быть природа.

На фото - одинокое кучевое облако сегодня, суперъячейка 13 июля 2023 года в Сербии и фото смерча в Невельском районе Псковской области 19 июня 2024 года от команды Дмитрия Фидыка.