Орографические облака

Орографические — то есть отражающие рельеф горной поверхности — облакаФото с сайта earthobservatory.nasa.gov.

Этот снимок сделан 6 января 2021 года спутником НАСА «Терра» на западе китайской провинции Юньнань, на границе с Мьянмой. Спектрорадиометр (см. Spectroradiometer) MODIS, установленный на борту «Терры» и предназначенный для наблюдения за динамикой атмосферы, фиксировал во время съемки активное движение окружающих воздушных масс. При этом длинные ряды параллельных облаков, расположенных над гребнями хребтов Сино-Тибетских гор, будто бы оставались неподвижными.

Такие орографические — то есть отражающие рельеф горной поверхности — облака представляют собой результат гравитационно-волновых процессов в атмосфере. Поэтому их еще называют волновыми облаками (см. Wave cloud). Когда приземный атмосферный поток, несущий влажный воздух, встречает на своем пути препятствие (в данном случае хребты), он вынужден подниматься вверх, где температура ниже, а водяной пар конденсируется, образуя облака. После того как влажный воздух проходит через гребни, он снова опускается вниз, так как он тяжелее окружающей среды. По мере спуска воздух нагревается, и облака рассеиваются до тех пор, пока другой гребень снова не заставит его подниматься вверх.

Полосчатые линейные орографические облака остаются неподвижными, пока поток влажного воздуха находится в движении. Если поток замедляется или снижается его влажность, облака исчезают. Еще одно важное условие — расслоенность (стратификация) по влажности и плотности среды, в которой возникают внутренние инерционно-гравитационные волны, приводящие к образованию волновых облаков.

После прохождения горного хребта инерционные колебания сохраняются, переходя в стоячие атмосферные волны, которые называют подветренными, потому что связанные с ними облака возникают не только над самим препятствием, но и с его подветренной стороны.

Механизм образования орографических облаков. Стратификация воздушного потока по плотности приводит к выделению внутри него сухих (Dry air) и влажных (Moist air) слоев. Когда поток поднимается над горами, во влажных слоях начинается процесс конденсации (Droplets condense), а когда опускается — взвешенные капли влаги снова испаряются (Droplets evaporate). С подветренной стороны орографические облака, образованные волнами, возникшими над горами, дополняются расположенными выше них подветренными облаками (Lee wave cloud), связанными со стоячими волнами. За первым спуском горной волны при переходе ее в стоячую возникает турбулентный горизонтальный вихрь — ротор (Rotor) — очень опасное место для небольших летательных аппаратов. Рисунок с сайта факультета наук об атмосфере Университета Северного Вермонта

Примерно такой же механизм приводит к образованию лентикулярных облаков, которые, в отличие от орографических, образуются над отдельно стоящими вершинами или с их подветренной стороны.

У подветренных волн типичная длина волны составляет от 2 до 8 км. Если это расстояние соответствует расстоянию между холмами, волны могут усиливаться, если нет — колебания, пройдя препятствие, быстро затухают. Но иногда первоначальное возмущение, подобно расходящейся ряби на воде, создает волну, распространяющуюся на сотни километров.

Волновые облака на северо-восточном побережье США. Красной стрелкой показано направление ветра. Рисунок с сайта факультета наук об атмосфере Университета Северного Вермонта

Чтобы это произошло, нужен достаточно сильный ветер. Для северо-восточного побережья США характерно струйное течение — постоянно действующая в этом регионе зона сильного ветра, спускающаяся из верхней тропосферы к поверхности. В ситуации, изображенной на фото, спускающееся с Аппалач струйное течение создало мощные гравитационные волны на восточной, подветренной стороне гор. Ударившаяся о поверхность земли струя реагирует так же, как подвеска автомобиля, наехавшего на препятствие, — начинает колебаться. Впадины волны, возникающей при этом колебании, расположены ниже уровня конденсации, а пики — выше него, и здесь образуются облака. В восточных Аппалачах есть места, где волновые облака висят над хребтами постоянно, а долина между ними почти всегда безоблачна.

Волновое окно над долиной Белоголового Орла (см. Bald Eagle Valley) в центральной Пенсильвании. Вид с планера, смотрящего на север. Ветровой поток идет сверху слева направо. Расстояние между краями окна составляет 3–4 км. Фото с сайта en.wikipedia.org

Волновые облака могут возникать не только в горах. Иногда препятствием на пути распространения потока теплого влажного воздуха может стать встречная волна холодного воздуха. Именно такую картину наблюдал спутник «Терра» 4 октября 2020 года в районе острова Гуадалупе в Тихом океане у берегов Мексики:

Волновые облака в районе острова Гуадалупе образовались при столкновении потока теплого влажного воздуха, двигающегося с юго-востока, с встречной волной холодного воздуха. Видно, как рельеф самого острова меняет конфигурацию волнового фронта. Фото с сайта eoimages.gsfc.nasa.gov

Вернемся к главному фото, снятому 6 января 2021 года спутником «Терра». Снимок сделан в Китае в районе национального парка «Три параллельные реки», внесенного в список Всемирного наследия ЮНЕСКО. На территории парка располагаются верховья трех крупнейших рек Азии: Янцзы, Меконга и Салуина, которые протекают в ущельях глубиной до 3000 м. На данном участке реки текут почти параллельно с севера на юг на расстоянии 20–60 км друг от друга. После этого они резко расходятся по разным сторонам света.

Ущелье Прыгающего Тигра в национальном парке «Три параллельные реки» в Китае. Так цепочки орографических облаков выглядят с земли. Фото с сайта ru.wikipedia.org