Книга: Серебристые облака и их наблюдение

§ 4. Морфология и структура серебристых облаков

<<< Назад
Вперед >>>

§ 4. Морфология и структура серебристых облаков

Существует много различных структурных форм серебристых облаков. В 1955 г. Н. И. Гришин предложил морфологическую классификацию этих форм, которая в дальнейшем была положена в основу международной классификации. Ниже мы приводим ее по книге В. А. Бронштэна и Н. И. Гришина «Серебристые облака» (М.: Наука, 1970).

Тип I. Флер. Флер — однородная или неоднородная пелена — наиболее простая форма серебристых облаков. Отдельно, без наличия других форм, флер может заметить только опытный наблюдатель по тонким признакам свечения отдельных участков фона сумеречного неба. Заполняя пространство между деталями других типов, флер отличается своим туманообразным строением и снежно-белым с голубоватым оттенком мерцающим сиянием. Флер нередко предшествует (за полчаса-час) появлению других форм серебристых облаков с более развитой структурой. Порою можно наблюдать, как гребешки и другие детали появляются как бы в разрывах флера и просвечивают сквозь него (рис. 9).


Рис. 9. Флер и системы гребешков в серебристых облаках 10–11 июля 1951 г. Фотография повернута на 180° (фото Н. И. Гришина).

Тип II. Полосы. Группа II-а. Полосы размытые, расположенные группами по нескольку штук, параллельные друг другу или переплетающиеся между собой под небольшим углом. Иногда одна из таких полос наблюдается отдельно. С течением времени полосы мало изменяются по форме. При рассматривании в бинокль контуры их остаются размытыми. Такие размытые малоподвижные полосы часто составляют структуру всего поля или господствуют над другими формами, особенно при небольшой яркости и площади распространения серебристых облаков. Видимые очертания размытых полос, по-видимому, образуются, как и некоторые другие формы, при подходящих условиях из массы флера (рис. 10). В тех случаях, когда эти полосы расположены в направлении на наблюдателя, отмечается явление перспективной радиации этих полос, иначе говоря, они расходятся как бы из некоторой точки, подобной радианту метеорного потока.


Рис. 10. Полосы в серебристых облаках 20–21 июня 1961 г. Видна темная «ложбина» (фото Б. С. Мамонтова).

Группа II-b. Полосы резко очерченные, наподобие узких струек, наблюдаются в основном у серебристых облаков с большой яркостью и при наличии других хорошо развитых форм (рис. 11). Такие полосы (струи) иногда разветвляются на две и большее число более узких струек-облаков.


Рис. 11. Струи в серебристых облаках (фото Н. И. Гришина).

При наблюдениях иногда создается впечатление, что эти полосы возникли в результате увлечения потоком воздуха отдельных участков*серебристых облаков (флера) и растягивания их в направлении движения потока. Однако, полосы могут иметь и другое расположение относительно направления их движения, вплоть до перпендикулярного к направлению дрейфа. В этом случае они, по-видимому, выражают волновой характер движения серебристых облаков.

Тип III. Волны. Группа III-а. Гребешки — часто расположенные, узкие, короткие, резко очерченные параллельные полосы наподобие легкой ряби на поверхности воды при небольшом порыве ветра. Благодаря небольшому расстоянию между соседними полосками ребристая поверхность последних для невооруженного глаза имеет почти одинаковую яркость (рис. 9).

Группа III-Ь. Гребни имеют большие размеры по сравнению с гребешками и четко выраженное неравномерное распределение яркости в поперечном направлении с хорошо заметными признаками волновой природы этих образований. Расстояние между соседними гребнями в 10–20 раз больше, чем у гребешков. Гребни часто располагаются между полосами и поперек ряда полос. Гребни встречаются особенно часто на краю поля серебристых облаков, образуясь непосредственно в массе флера. Группируясь по нескольку штук, гребни в этом случае образуют подобие птичьего пера (рис. 9, 12).


Рис. 12. Гребни и другие волновые образования в серебристых облаках 10–11 августа 1958 г. Фотография повернута на 180° (фото Г. Витта).

Группа III-с. Волнообразные изгибы светящейся поверхности серебристых облаков. Изгибы не составляют индивидуальной формы, но образуются в результате искривления поверхности, занятой другими формами (полосами, гребешками). Волнообразные изгибы встречаются в серебристых облаках, имеющих большую площадь распространения.

Изгибы имеют четко выраженный волновой фазовый характер движения. Расстояние между соседними гребнями воздушных волн, вызывающих изгибы поверхности серебристых облаков, меняется порой в широких пределах (см. 12)

Тип IV. Вихри. Группа IV-a. Завихрения с малым радиусом (0°,1–0°,5). Завихрениям подвергаются полосы, гребешки (II, III) и иногда флер. Величина угла завихрения детали меняется от десятков градусов к первоначальному направлению до полного скручивания ее в кольцо с темным пространством в середине, иногда внешне напоминающеее лунный кратер.

Группа IV-b. Завихрения в виде простого изгиба одной или нескольких полюс в сторону от их первоначального направления с поворотом до 180°. Обнаруживаются в серебристых облаках с преимущественно полосатым и струйчатым строением (II-а, II-Ь), сохраняя поступательное движение образовавшей вихрь полосы. Завихрение встречается в районе расположения и других форм серебристых облаков, например, флера, гребней (рис. 9).

Группа IV-c. Мощные вихревые выбросы светящейся материи в сторону от основного облака. У основания такие вихри обычно соединяются с яркими полосами, откуда, по-видимому, и получают материю для своего формирования и развития. Это редкое образование в серебристых облаках характерно быстрой изменчивостью своего вида и формы. Крупные вихри, образуясь в районе расположения других форм, обычно резко нарушают общий режим движений в поле серебристых облаков (рис. 13).


Рис. 13. Развитие вихря в поле серебристых облаков 6–7 июля 1951 г.

(фото Н. И Гришина).

Рассмотрим теперь более подробно взаимосвязь отдельных структурных форм серебристых облаков, их действительное строение и вероятные пути образования. Флер, как уже отмечалось, является своего рода предвестником появления других, более сложных форм, хотя иногда он так остается единственной формой серебристых облаков, имея обычно довольно малую яркость. Такие наблюдения вызывают порой сомнения в их достоверности. Применение светосильного бинокля с большим полем зрения обычно позволяет разрешить сомнения: в бинокль флер виден лучше, увереннее отмечается его клочковатость и легкое, мерцающее сияние.

Полосы и струи генетически связаны с эволюцией флера. По-видимому, происходит увлечение воздушными течениями некоторой массы флера и образование из него широких туманообразных полос. С расстояния 600–700 км они кажутся достаточно резко очерченными, но ближе, со 100 км, выглядят туманными и размытыми. Возможно, что при наличии в мезосфере локальных струйных течений флер вытягивается в довольно резко очерченные полосы и струи (см. рис. 11).

Особого внимания заслуживают волновые образования в серебристых облаках. Облачный слой толщиной около 1 км располагается по волновой поверхности мезопаузы, воспроизводя волновые колебания пограничного, наиболее холодного слоя мезопаузы (см. рис. 12).

Волновые процессы в мезосфере играют важнейшую роль в понимании физической природы серебристых облаков. При их изучении рекомендуется использовать фотографии, перевернутые «вверх ногами». Тогда волновая поверхность серебристых облаков будет рассматриваться так же, как человек привык видеть волны на поверхности моря (в том и в другом случае наиболее близкие к нам участки волновой поверхности будут в нижней части снимка, что и усиливает аналогию). Примеры таких снимков представлены на рис. 12, 14, 15. На рис. 14 для усиления впечатления фотографии превращены в трехмерные изображения путем обрезания их по контуру вертикальными плоскостями. На рис. 15 то же впечатление достигается с помощью темной полосы, как бы лежащей на волновой поверхности. Здесь хорошо видны две волны типа III-Ь и множество волн типа III-а.


Рис. 14. «Трехмерное» изображение серебристых облаков, показывающее волновые образованна в них.


Рис. 15. Волновая поверхность серебристых облаков. Фотография повернута на 180°. Темная полоса показывает сечение волновой поверхности вертикальной плоскостью.


Рис. 16. Схема прохождения лучей Солнца сквозь серебристые облака при разных углах падения луча. Справа показаны соответствующие распределения яркости (В) в функции угловой высоты (h).

Волновое искривление облачного слоя ведет к изменению его видимой яркости. Фотометрический контур сечения волны в серебристых облаках будет меняться в зависимости от ориентировки волны относительно наблюдателя. Схематически это показано на рис. 16. Мы видим, что луч зрения может пройти сквозь один, два и даже три слоя облачной поверхности. Чем больший путь проходит луч в облачной массе, тем больше будет яркость данного участка поля облаков.


Рис. 17. Сечения облачного поля 10–11 августа 1958 г. вертикальной плоскостью через пятиминутные интервалы (по Г. Витту).

Расстояние между гребешками, как показали измерения, колеблется от 6 до 12 км, составляя в среднем 7,2 км (по 400 измерениям). По данным американского исследователя Б. Фогля наибольшее количество волновых образований в серебристых облаках приходится на длину волны 10 км, что мало отличается от среднего расстояния между гребешками. Иногда это расстояние меняется за несколько минут, волны как бы пульсируют.

В 1962 г. шведский ученый Г. Витт, используя стереопары фотографий, полученных с концов базиса, построил несколько сечений облачного поля вертикальной плоскостью. Они приведены на рис. 17. Эти сечения построены с 5-минутными интервалами. Видно, что на основные волны с длиной около 50 км и амплитудой до 4 км накладывались малые волны с длиной 5—10 км и амплитудой 0,5–1 км. Аналогичные случаи не раз регистрировались и советскими наблюдателями.

Волновые образования в серебристых облаках не остаются неподвижными, они все время перемещаются. При этом некоторые волны исчезают, другие образуются вновь, как это хорошо видно на рис. 17. Еще лучше и нагляднее это заметно при просмотре замедленной киносъемки поля серебристых облаков.

Характер волновых движений может быть таков, что перемещения тех или иных деталей, особенно узлов плотности и «гребней» волн, могут быть лишь кажущимися, не связанными с реальными перемещениями вещества облаков, а вызванными подъемом и опусканием волновой поверхности. Наблюдателям серебристых облаков необходимо об этом помнить.

Существуют две точки зрения на происхождение волновой структуры в серебристых облаках. Одна из них связывает возникновение этой структуры с распространением вверх так называемых волн Гельмгольца, вызываемых разрывом или скачком ветра на границе двух воздушных слоев разной температуры. Согласно другой гипотезе, причиной волновой структуры являются внутренние гравитационные волны, возникающие при обтекании горных хребтов, а также гребней антициклонов (областей повышенного давления атмосферы). При определенных условиях они могут достигать уровня мезопаузы и порождать наблюдаемую структуру серебристых облаков.

<<< Назад
Вперед >>>

Генерация: 3.471. Запросов К БД/Cache: 3 / 1
Вверх Вниз