Хмари

Хмари – це великі згустки водяної пари або пилу, видимі з поверхні землі в небі.

Вони складаються з найдрібніших крапель води і кристалів льоду. Коли хмара переповнена цими елементами, то вони випадають у вигляді опадів, дощу, снігу, роси і т. д.  

Хмари найчастіше знаходяться в тропосфері, це найнижчий шар атмосфери висотою від 9 до 18 км від поверхні землі.

Хмари мають завжди різну форму, тому що вони утворюються при різних умовах в атмосфері.

Хмари розрізняють за класифікацією.

Пірокумулятивні хмари. 

Пірокумулятивні хмари утворюються при інтенсивному нагріві приповерхневого повітря. Сильна спека викликає конвекцію, яка піднімає великі маси повітря, як правило, в присутності вологи. При підйомі, температура гарячого вологого повітря падає до точки роси, що спричиняє утворення пірокумулятивних хмар. Можуть сформуватися під час вивержень вулканів, лісових пожежах, а іноді й під час промислової діяльності. Пірокумулятивні хмари також формуються при вибусі ядерної бомби в атмосфері, і мають форму гриба, який зроблений за тим же механізмом. Конденсація вологи навколишнього середовища (вологи, яка вже присутня в атмосфері), а також випарованої вологи з обпаленої рослинності або вулканічної дегазації, легко відбувається на частинках золи.

В пірокумулятивних хмарах існує сильна турбулентність, проявляється як сильні пориви на поверхні, які може посилити велика пожежа. Велика хмара, особливо та, яка пов'язана з виверженням вулкану, може також викликати блискавку.

Конвективні хмари

Конвективна хмара — сукупність рідких крапель і (або) крижаних часток, що утворюється в системі вертикальних повітряних потоків (один або декілька конвективних осередків). Причиною утворення конвективної хмари є конденсація водяної пари в повітрі, що підіймається і охолоджується. Виділення теплоти при конденсації є одним з механізмів, що відповідають за розвиток конвективної хмари (чим тепліший обсяг повітря по відношенню до навколишнього середовища, тим інтенсивніше він спливає догори, що сприяє посиленню висхідного потоку, продовженню конденсації і т. д.).

Часто верхня межа конвективної хмари перетинає ізотерму 0 °C і заходить в область негативних температур. При цьому може відбуватися замерзання крапель води, а також сублімація водяної пари. Це сприяє додатковому виділенню тепла і посиленню висхідного потоку.

Лентикулярні хмари

Лентикулярні або лінзоподібні хмари — хмари, що утворюються на гребенях підвітряних хвиль (хвиль, що утворюються в результаті долання вітром перешкод). Різновид високо-купчастих хмар Altocumulus (Ac). Характерною особливістю цих хмар є те, що вони не рухаються, наскільки б сильним не був вітер. Зазвичай лентикулярні хмари зависають з підвітряного боку гірських хребтів, часто утворюючи паралельні їм ланцюжки, а інколи за окремими вершинами, на висоті від 2 до 15 км.

Поява лентикулярних хвиль свідчить, що в атмосфері наявні сильні горизонтальні потоки повітря, які утворюють хвилі над гірськими перешкодами, та що в повітрі досить високий вміст вологи. Це часто буває пов'язаним з наближенням атмосферного фронту.

Купчасті хмари

Купчасті хмари виглядають як густі, розвинуті вертикально хмари із білими куполоподібними або купчастоподібними вершинами і плоскою сіруватою чи синюватою основою. Зазвичай, купчасті хмари мають чіткі обриси, але при сильному поривчастому вітрі їх краї можуть бути розірваними. Інколи ці хмари бувають порівняно плоскими (різновид Cu hum). Купчасті хмари можуть бути у вигляді значного скупчення хмар, що закриває майже все небо.

Окремі купчасті хмари найчастіше розміщаються по небі хаотично, але деколи утворюють гряди або ланцюжки. При цьому основи окремих хмар знаходяться на даному рівні. Основи окремих хмар знаходяться на одному рівні. Висота основи у помірних широтах, зазвичай, буває від 0,8 до 1,5 км. Проте висота основи може коливатися в доволі широких межах, бути більшою або меншою від вказаної. Узагалі вона тим більша, чим менша відносна вологість повітря біля поверхні Землі, і у сухі спекотні періоди може становити 2,5-3 км і більше. Вертикальна протяжність може бути різною, від сотні метрів до декількох кілометрів.

Центральні частини купчастих хмар повністю закривають Сонце, краї ж просвічуються, причому деколи утворюються німби.

Перисті хмари

Пір'ясті хмари зазвичай мають товщину від 100 до 8000 м, середнє значення — 1500 м. В середньому хмара містить 30 крижаних кристалів на літр, але це варіює від одного кристала льоду на 10000 літрів до 10000 кристалів льоду на літр. Довжина кожного з цих кристалів льоду зазвичай дорівнює 0,25 мм, однак вона змінюється від 0,01 мм до кількох міліметрів. Температура хмари Cirrus може коливатися від -20 до -30 °C.

За даними дослідників США, денний відсоток покриву перистими хмарами поверхні Землі змінюється протягом доби і пори року. Дослідники виявили, що в літній час опівдні покрив є найменшим: у середньому перисті хмари покривають 23 % території США. Близько опівночі хмарний покрив збільшується до 28%. Взимку немає помітних коливань площі покриву впродовж доби. Згідно з супутниковими даними, пір'ясті хмари покривають в середньому від 20% до 25% поверхні Землі. У тропічних регіонах ці хмари покривають близько 70 % території.

За формою пір'ясті хмари нагадують пір'я, промені або нитки. Формуються в тропосфері на висоті 6-10 км в помірному поясі, 4-6 км — у полярних регіонах і 16-18 км — в екваторіальних. Не закривають небо повністю, а лише виникають у певних його областях. Не приносять опадів, але можуть віщувати зміну погоди (поява перистих хмар у західній частині горизонту в помірному поясі пов'язана з наближенням фронтів і циклонів, а їхнє рівномірне розміщення, навпаки, означає стійкість погоди). Складаються з кристаликів льоду. Можуть створювати такі оптичні ілюзії, як вогняна райдуга і гало.

Увечері після заходу Сонця перисті хмари ще довго залишаються освітленими, набуваючи сріблястого, золотавого або червонуватого забарвлення. Згодом ці хмари поступово сіріють і здаються густішими, ніж удень. У безмісячну ніч вони стають невидимими або слабо помітними. Зранку перед сходом Сонця перисті хмари є першими хмарами, які освітлюють і забарвлюють вранішні промені Сонця.

Сріблясті хмари

Нічні хмари або сріблясті хмари складаються з дрібних кристалів водяного льоду до 100 нм у діаметрі й існують на висоті близько 76—85 км, вище, ніж будь-які інші хмари в земній атмосфері. Хмари в нижній частині атмосфери Землі формуються, коли вода збирається на частинках пилу, але мезосферні хмари, на додачу до звичайного способу формування, можуть утворюватися безпосередньо з парів води.

Дані супутника АІМ свідчать, що для формування сріблястих хмар потрібні водяна пара, пил і дуже низька температура. Джерела пилу й парів води у верхніх шарах атмосфери ще точно не відомі. Пил, імовірно, походить з мікрометеорів, хоча можливими джерелами є також частинки вулканічного попелу й пилу з тропосфери. Пара може підніматися через проміжки в тропопаузі, а також формуватися внаслідок реакції метану з гідроксильними групами в стратосфері.

Було встановлено, що вихлопи з шатлів, які майже повністю складаються з парів води, після відриву твердопаливного прискорювача на висоті близько 46 км, генерують незначні поодинокі хмари. Близько половини парів при цьому викидається в термосфері, як правило, на висоті від 103 до 114 км. У серпні 2014 року запуск SpaceX Falcon 9 викликав сріблясті хмари над містом Орландо у штаті Флорида.

Вихлоп може досягти полярних регіонів протягом часу, що трохи перевищує одну добу, хоча точний спосіб такого швидкісного перенесення невідомий. У міру наближення парів до полюса, вони опускаються з термосфери в холоднішу мезосферу. Хоча описаний механізм є причиною появи деяких сріблястих хмар, малоймовірно, що він становить суттєву частку явища в цілому.

Оскільки мезосфера містить дуже мало вологи (приблизно в сто мільйонів разів менше, ніж пустельне повітря з Сахари) і є надзвичайно розрідженою, кристали льоду можуть утворюватися тільки за температури нижче -120° С. Це означає, що сріблясті хмари утворюються переважно в літній час, коли мезосфера, всупереч інтуїтивному очікуванню, є найхолоднішою, а також що їх не можна побачити (навіть якщо вони утворюються) на широтах вище полярного кола, де в цю пору року Сонце ніколи не опускається досить низько під горизонт. Сріблясті хмари утворюються в основному поблизу полярних районів,  тому що мезосфера там найхолодніша. Хмари в південній півкулі розташовуються приблизно на 1 км вище, ніж у північній півкулі.

Ультрафіолетове випромінювання Сонця руйнує молекули води, зменшуючи їхню кількість, доступну для формування сріблястих хмар. Інтенсивність випромінювання періодично змінюється протягом сонячного циклу. Супутники зафіксували зменшення яскравості хмар зі зростанням ультрафіолетового випромінювання протягом останніх двох сонячних циклів. Було виявлено, що зміни в хмарах відбуваються вслід за змінами в інтенсивності ультрафіолетових променів із затримкою близько року, але причина такого тривалого відставання поки що невідома.

Сріблясті хмари мають високу радіолокаційну відбивну здатність у діапазоні частот від 50 МГц до 1,3 ГГц. Це явище погано вивчене, але можливе пояснення полягає в тому, що частинки льоду вкриваються тонкою металевою плівкою, яка складається з натрію й заліза, що значно збільшує відбивну здатність хмари. Імовірно, атоми натрію й заліза надходять з мікрометеорів і потрапляють у шар атмосфери трохи вище сріблястих хмар. Вимірювання показали, що їхня концентрація суттєво менша, коли наявні хмари. Інші експерименти показали, що при надзвичайно низьких температурах, характерних для сріблястих хмар, пари натрію можуть швидко осідати на поверхню кристалів льоду. Утім, таке пояснення залишається доволі суперечливим.

Хвилясті хмари

Хвилясті хмари (також "Billow") — особливий різновид хмар, які виглядають як морські хвилі. Хмари цього типу можна спостерігати у верхньому шарі тропосфери, як правило, вони рівномірно розподілені і їх легко розпізнати. Ці хмари часто є гарними показниками наявності нестабільності в атмосфері та турбулентності.

Орографічні хмари

Орографічні хмари — в широкому розумінні, усі хмари, що виникають при адіабатичному підйомі повітря і його перетіканні через гірський хребет. Утворюються на навітряних схилах. Якщо на гори набігає потужний потік вологого повітря, то утворення хмар відбувається головним чином на їх навітряних схилах. Хмари на початку приймають форму високо-шаруватих хмар, а потім розростаються вгору на великі висоти. Дальність видимості в хмарах (горизонтальна і похила) швидко змінюється.