Различия в структуре и во внешнем виде облаков объясняются различиями в условиях их возникновения. Поэтому облака можно разделить на несколько генетических типов.
Различают облака внутримассовые и фронтальные. Первые обязаны своим происхождением процессам внутри воздушных масс. Вторые — процессам, связанным с фронтами, т. е. происходящим на границах между воздушными массами.
В неустойчивых воздушных массах (холодных, а летом над сушей также и местных) облакообразование связано с сильно развитой конвекцией при неустойчивой стратификации. В результате адиабатического охлаждения воздуха в восходящих токах и возникают облака конвекции (рис. 6.8). В среднем скорость восходящих токов при облакообразовании порядка 3— 6 м/с, но в отдельных случаях выше 10 и даже 20 м/с. Вокруг облака наблюдаются более слабые нисходящие движения.
Процессы образования определяют и характерный внешний вид облаков, позволяющий назвать их кучевообразными. По международной классификации это прежде всего кучевые облака, которые при последующем развитии могут превратиться в кучево-дождевые. Превращение заключается в появлении ледяных кристаллов в верхних частях облаков, или, как говорят, в оледенении вершин облаков. Внешне это выражается в потере клубообразного характера вершин, в появлении в них волокнистой структуры. Именно этот процесс приводит к выпадению ливневых осадков из кучево-дождевых облаков, тогда как кучевые облака, как правило, осадков не дают.
Кучево-дождевые облака даже в умеренных широтах могут в отдельных случаях достигать высоты 13 км и проникать в стратосферу. В тропиках они могут развиваться по вертикали даже выше 15 км. Поперечники кучево-дождевых облаков достигают 15—20 км; при этом облака состоят из отдельных ячеек, существование которых кратковременно: 20—30 минут.
Рис.6.8. Схема возникновения облаков конвекции.
Для сильного развития облаков конвекции очень важно, чтобы воздушная масса до значительной высоты обладала неустойчивостью стратификации. Это значит, что вертикальные градиенты температуры в ней до уровня конденсации (т. е. до уровня, где начинается облакообразование) должны быть выше сухоадиабатического или по крайней мере близкими к нему, а над уровнем конденсации — выше влажноадиабатического. На какой высоте лежит уровень конденсации, можно приближенно подсчитать (или определить с помощью адиабатной диаграммы), зная температуру и влажность воздуха у земной поверхности. Для этого может служить формула
где Н — уровень конденсации в гектометрах, t — температура воздуха внизу и τ — точка росы для этого воздуха.
Температуры на уровне оледенения около -8 — -12° или еще ниже. До достижения этого уровня облако сохраняет капельную структуру, остается кучевым.
Слои с инверсиями температуры или даже с малыми вертикальными градиентами температуры задерживают распространение конвекции. Они так и называются задерживающими слоями. Когда кучевые облака в своем росте в высоту доходят до такого слоя, их дальнейшее развитие прекращается. Если же слой инверсии лежит низко, он может помешать и самому образованию облаков.
В холодных воздушных массах, движущихся над теплой поверхностью, облака конвекции возникают и над сушей, и над морем. Но над сушей летом они развиваются также в местных воздушных массах над сильно прогревающейся днем поверхностью почвы. В таких случаях облакообразование имеет особенно ярко выраженный суточный ход: облака получают наибольшее развитие в послеполуденные часы (часто с грозами, иногда с градом) и исчезают ночью. Менее резок, но все же существует суточный ход облаков конвекции в холодных массах.
Зимой над сушей, покрытой снегом, облака конвекции редки или отсутствуют; их развитие в холодных массах начинается весной, после того как снежный покров стаял. Над морем облака конвекции часты и хорошо развиты также и зимой.
