Перисті хмари (Cirrus) -самі високі з усіх видів хмар. Вони утворюються в шарі атмосфери 7-12 км, де протягом всього року температура повітря нижче 0 ° С, і складаються цілком з крижаних кристалів. З перистих хмар, особливо з щільних, які виглядають як однорідна біла маса, можуть випадати опади, але вони повністю випаровуються в повітрі на великій висоті, не досягаючи поверхні землі. На фотографії представлена найбільш часто зустрічається форма перистих хмар - ниткоподібні перисті хмари (Cirrus filosus), які мають вигляд тонких ниток химерних обрисів.
Високо-купчасті хмари (Cirrocumulus), зображені на знімку, утворюються на висоті 6-8 км, зазвичай під шаром інверсії. Це самі "ніжні" на вид і самі ефемерні з хмар основних форм: вони швидко з'являються на небі і так само швидко зникають. Напівпрозора часта сітка високо-шаруватих хмар дивно красива, але прямого зв'язку зі змінами погоди такі хмари не мають. Опади з них не випадають. Високо-шаруваті хмари (Cirrostratus) ніколи не мають чітких обрисів і являють собою туманну пелену, рівномірно застеляють все небо, крізь яку добре видно Сонце і Місяць. Форма крижаних кристалів, що складають перисто-шаруваті хмари, сприяючи такому заломлення сонячних і місячних променів, що в цих хмарах часто спостерігаються гало, вінці, помилкові сонця, світлові стовпи та хрести. На фотографії добре помітна частина кола гало. Щоб його зафіксувати, фотографу довелося дати дуже невелику експозицію, і в результаті цього небо на знімку вийшло темним. Високо-шаруваті хмари, що спостерігаються на висоті 6-8 км, є надійним провісником наближення теплого фронту циклону і настання дощової погоди. Опади з них випадати можуть, але вони ніколи не досягають поверхні землі.
Високо-купчасті хмари (Altocumulus) утворюються на висоті 2-4 км, зазвичай в шарі температурної інверсії, на межі поділу холодного (знизу) і теплого (зверху) повітря. Коли уздовж кордону розділу пробігають гравітаційні хвилі, на їх гребенях формуються хмари, а в улоговинах безхмарно. При цьому високо-купчасті хмари витягуються в паралельні гряди. Досить часто хмари цієї форми групуються в безладно розташовані осередки, між якими може просвічувати сонце. При ущільненні хмар сонце через них не просвічує. Опадів ці хмари не дають і певного прогностичного значення не мають.
Високо-купчасті сочевицеподібні хмари (Altocumulus lenticularis) відрізняються від інших різновидів високо-купчастих хмар своєї виключно правильною формою і найчастіше нагадують еліпсоїд, в зв'язку з чим необізнані спостерігачі часто приймають їх за непізнані літаючі об'єкти. Особливо ефектні вони вранці і ввечері, коли важко розгледіти хмарну, волокнисту структуру еліпсоїда. Сочевицеподібні хмари утворюються в атмосфері над підвітряного схилу гір або попереду швидко рухається холодного фронту циклону. Так само, як і інші різновиди високо-купчастих хмар, вони формуються внаслідок виникнення гравітаційних хвиль в повітряному потоці.
Шарувато-купчасті хмари. Шарувато-купчасті хмари (Stratocumulus) характерні для прохолодною вітряної погоди. У приземному шарі повітря 0,2-1,5 км виникає своєрідна циркуляція: чергуються смуги сходять угору і вниз рухів, паралельні повітряному потоку. У смугах висхідних рухів формуються гряди щільних кучевообразних хмар. Незважаючи на загрозливий вигляд темно-сірих з фіолетовим відтінком хмарних мас, опадів вони, як правило, не дають, тільки взимку з них іноді випадає слабкий сніг, та й то нетривалий час. Шарувато-купчасті хмари виникають внаслідок сильного вітру і інтенсивного турбулентного перемішування приземного шару повітря, тому їх називають також хмарами динамічної конвекції, на відміну від справжніх купчастих хмар, пов'язаних з термічною конвекцією - підйомом нагрітого повітря.
Плоскі і середні купчасті хмари. Купчасті хмари (Cumulus) - типово літні хмари. В результаті денного прогріву поверхні землі від неї відокремлюються теплі повітряні бульбашки - терміки, які спрямовуються вгору. У терміки конденсується волога, що сприяє утворенню купчастих хмар, безладно розкиданих по небу. Якщо атмосфера в цілому стійка, формуються лише невеликі плоскі купчасті хмари (Cumulus humiiis) - хмари гарної погоди, якщо ж атмосфера нестійка, плоскі купчасті хмари швидко перетворюються в середні (Cumulus mediocris) і потужні (Cumulus congestus) купчасті хмари. На фотографії представлений момент перетворення плоских купчастих хмар в середні. При звичайній літній погоді, коли досить часті післяполудневі грози цей процес спостерігається вранці, близько 11 год.
Купчасто-дощова хмара. Купчасто-дощові хмари (Cumulonimbus) зазвичай утворюються в літні дні на заключній стадії розвитку кучевой хмарності. Вони також складають основну масу хмарної системи холодного фронту циклону. З купчасто-дощових хмар випадають самі інтенсивні опади та град, що відбувається через великої товщини хмар (8-10 км, в тропіках - до 16-18 км) і наявності в них суміші водяних крапель і крижаних кристалів. За зовнішнім виглядом розрізняють купчасто-дощові волохаті хмари (Cumulonimbus capillatus), які покриті волокнистої пеленою перистих хмар, часто має форму ковадла, і купчасто-дощові лисі хмари (Cumulonimbus calvus), у яких гладка вершина.
Однак майже вся надходить на поверхню південних і північних полярних районів радіація відбивається назад у світовий простір снігом і льодом. Відбивна здатність снігу і льоду надзвичайно велика, особливо в глибинних континентальних районах Антарктиди, де альбедо снігового покриву досягає 85-90%. Саме тому географічні полюси Землі одночасно є і постійними глобальними полюсами холоду. Якби крижаний покрив в Арктиці і Антарктиді розтанув, то, крім підвищення рівня Світового океану на 60 м, відбулися б повна перебудова атмосферної циркуляції, особливо в південній півкулі, і непередбачувані зміни погоди. Так що ентузіастам меліорації клімату Землі, що мріють про знищенні полярних льодів, слід якомога швидше про це забути.
Клімат південних і північних полярних районів досить сильно розрізняється. У Центральній Арктиці взимку повітря охолоджується в середньому до -35. -40 ° С, а влітку нагрівається до 0-5 ° С. У центрі Антарктиди температурний режим набагато жорсткіше. Літо тут в цьому відношенні еквівалентно арктичної зими (-30. -35 ° С), а зима взагалі унікальна: від -65. -70 ° С при короткочасних зниженнях температури до -80. -85 і навіть до -89,5 ° С, як було одного разу на станції Схід.
Основна причина таких великих відмінностей полягає в тому, що Арктика - це море, оточене сушею, а Антарктика - суша, оточена морем. І тут Арктика "виграє" подвійно. По-перше, тепло океанічних вод, проходячи через товщу плавучого льоду, частково пом'якшує зимові холоди. Навіть влітку океан часто буває тепліше арктичного повітря. Це призводить до того, що на розводдях і відкритій воді утворюються такі характерні для літньої Арктики низькі щільні тумани або сильна імла.
"Сонце з північної сторони горизонту, низько, градусів п'ятнадцять; небо в зеніті безтурботне і блакитне, нижче суцільне кільце сірості і похмурості, море - найчистіше холодний ультрамарин, і в густій синяві клини блискучого хірургічно-білого накрохмаленого льоду ".
В. Конецький "Вчорашні турботи"
По-друге, через крижані рівнини Арктики вільно проходять народжуються в помірних широтах циклони, які часто затягують сюди щодо тепле повітря. Погода в Арктиці носить переважно циклонний характер, хоча погодні контрасти тут в порівнянні з контрастами середніх широт помітно загострені. Особливо значні вони на околицях арктичних пустель ранньою весною і пізньою осінню, коли слідом за завірюхою і морозом часом приходить велика відлига.
"Чи сталася жахлива негода з громом і блискавкою. Дощ так і лив. У становище був повний розвал: болото, відтанула торф'яне місиво, посічене дощем, бездонна слякость пухкого снігу і незліченні струмки, вибиває на поверхню і розтікається по всіх напрямах. Взуття з тюленьих шкур хлюпала і чвокала у нас на ногах щоразу, як ми змушені були виходити, щоб поправити намет, покласти ще каменів на парусину і тим перешкодити їй відлетіти за вітром; та все ж наше становище було стерпно в порівнянні з положенням наших сусідів - ескімосів, жили в своїх снігових хатинах. Стіни останніх були вже не зі снігу, а з якоюсь жовтуватою маси, в якій дощ просікають все нові дірки, і мешканці марно намагалися заткнути їх своїм взуттям, штанами, шубами. Негода протрималася два дні. Третій день приніс з собою холод і пургу якраз з протилежного боку ".
К. Расмуссен "Великий санний шлях"
При зниженні циклонів, а отже, при затишності і відсутності хмарності повітря треба льодами Центральної Арктики через сильний теплового випромінювання поверхні швидко охолоджується, стає щільним і важким, зростає тиск. Так в приполярному просторі утворюється гігантська "крапля" холодного повітря діаметром близько 1000 км і висотою 2-2,5 км. Вона називається арктичним антициклоном і найчастіше з'являється під час полярної ночі, коли умови для радіаційного вихолоджування повітря особливо сприятливі.
Арктичний антициклон впливає на характер погоди не тільки в полярних районах: доволі часто окремі "порції" цієї холодної "краплі" затягуються в тилові частини північних циклонів і обрушуються на центральні і південні райони помірних широт і навіть на субтропіки. Саме так приходять до нас арктичні холоди.
Якщо згадати, що говорилося про сибірському антициклоні в розділі "Масштаби погоди", то можна остаточно встановити два джерела холодів в Центральній Росії - арктичні і сибірські морози. За силою впливу на погоду в середніх широтах арктичний і сибірський антициклони приблизно рівноцінні, але арктичні похолодання трапляються все-таки частіше.
В Антарктиді холодний полярний антициклон - явище майже постійне, що пояснюється великою висотою Антарктичного континенту. Як уже згадувалося, середня висота цього континенту над рівнем моря становить 2300 м, причому дуже великі простори льодовикового щита, особливо в Східній Антарктиді, піднімаються до висоти 3000-4000 м. Таким чином, масив Антарктиди є природним бар'єром на шляху циклонів помірних широт Південного океану . Оскільки ці циклони не проникають в глиб материка, там постійно існує ще більш холодний, ніж в Арктиці, і ще більш високий (до 3-4 км) полярний антициклон.
Це не означає, однак, що погода в Антарктиді завжди тиха і сонячна. Навпаки, іншого такого легковажного місця з такими лютими завірюхами, як в Антарктиді, ніде на Землі знайти не можна. Однак механізм формування цих буранів зовсім інший, ніж в середніх широтах і в Арктиці.
"Пронісся над табором буря була звичайнісіньким вітром з півдня, але на цей раз він був нам виключно неприємний, тому що тривав на рідкість довго. Барометр нам зараз ні до чого. Мій досвід переконує в тому, що якщо ртуть піднімається, значить, буря стане сильніше, а якщо падає, то вітер буде міцнішати. Ну а якщо барометр стоїть на місці, то і буря лютує з колишньою силою. Забавно, чи не так? "
Р. Прістлі "Антарктична одіссея"
У цих словах, написаних, мабуть, з гіркою усмішкою, вся антарктична погода. Дійсно, на протилежному полюсі, в Арктиці, холодне повітря антициклону, щоб перетворитися в буран, повинен бути захоплений інтенсивної циклонічної циркуляцією, тому що в антициклоні вітри, як ми знаємо, слабкі. Отже, в Арктиці бурани є строго "геострофічних", тобто підкоряються розподілу атмосферного тиску і можуть бути передбачені за допомогою спостережень за показаннями барометра.
Для того щоб почався буран в Антарктиді, в циклонах необхідності немає, та вони й не з'являються в центральних районах материка. Повітря, охолоджений над великими і високими льодовиковими плато, через велику щільність скочується, стікає до узбережжя, захоплюючи масу снігової куряви і перетворюючись по шляху в ураган, силу якого важко уявити не буває в Антарктиді людині. Ці вітри називаються стічними (катабатіческімі).
Стічні вітри в Східній Антарктиді (розрахунок).
Стрілками показані характерні напряму повітряного потоку, ізолініями - рельєф.
Довгий час природу стокових вітрів встановити точно не вдавалося. Висувалися різні теорії, поки не з'явилися досить тривалі ряди спостережень за цими вітрами, що проводилися на багатьох антарктичних наукових станціях. Тепер є точні розрахунки напрямку вітру над Антарктидою, які показують, що воно дійсно збігається з напрямком найбільшого ухилу антарктичної поверхні. Відзначається також невеликий поворот вітру вліво від генерального напрямку, що пояснюється впливом сили Коріоліса на рухому масу повітря (в південній півкулі вона повинна відхилятися саме вліво). Значить, можна з повною підставою вважати антарктичні урагани стокових вітром.
Максимальної швидкості стоковий вітер досягає на узбережжі материка. Ось дані про найсильніших його поривах за спостереженнями на прибережних станціях:
Молодіжна (СРСР) - 51 м / с,
Дюмон-Д'юрвіль (Франція) -73 м / с,
Кейсі (Австралія) - 80 м / с,
Моусон (Австралія) - 84 м / с.
При стічних вітрах мчить з величезною швидкістю маса повітря наповнене взметенним снігом і тому має величезну живою силою. Певне уявлення про цю силу можуть дати численні описи антарктичних буранов.
"Вранці всюди виднілися сліди надзвичайною люті промайнула над мисом бурі. З хатини Борхгревінк, перетвореної нами в склад, зірвало дах. Сполучені трикутником дерев'яні балки, кожна розміром три дюйми на шість при довжині 12 футів, які ми змогли підняти лише спільними зусиллями всієї партії, вітер зірвав і відніс на 30-40 ярдів. Нам надзвичайно пощастило, що ніхто не був поранений, хоча під час бурі по повітрю, мабуть, носилися десятки предметів. Не кажучи вже про спустошених ящиках і незліченних банках, весь берег був усіяний уламками. Метеорологічна служба зазнала значно серйозніші втрати. Крім легко замінних геліографа і флюгера, камінь влучив точно в актинометр, який перебував, по-моєму, в затишку, виконав дві акуратні дірочки в зовнішньому вакуумному кульці і відбив шматочок від зачерненого кульки всередині. Камінь рухався, очевидно, з величезною скоро.стью - на вцілілому склі майже не було тріщин ".
Р. Прістлі "Антарктична одіссея"
Звичайно, стокові вітри дмуть постійно, інакше життя в Антарктиді навряд чи була б можлива. З даних карти (див. Вище) слід, що є також ділянки узбережжя, куди потоки холодного повітря спрямовуються найбільш часто. Але навіть і на цих ділянках вітри дмуть з перервами. Певною періодичності появи стокових вітрів не спостерігається, їх безперервна тривалість теж дуже мінлива.
Стічні вітри унеможливлюють будь-яку роботу, будь цілеспрямована дія поза укриття. Література про Антарктиду, особливо про перші героїчні роки її освоєння, рясніє драматичними описами нерівної боротьби людини з цим явищем природи, про що свідчать щоденники і записки Е. Шеклтона, Р. Скотта, Р. Амундсена і Д. Моусона. Розлючений вітер, при якому можна тільки лежати або повзти рачки, абсолютно незвичайні умови видимості в бурані, що викликають так звану білу сліпоту і повну втрату орієнтування, неможливість зробити повноцінний вдих і пронизливий крижаний холод-ось приблизний перелік того, що відчуває людина в ка табатіческом потоці.
"Ви не зазнали ще полярної зимівлі і все одно не зрозумієте. Арктика притягує. Хто раз побував в Арктиці, той на все життя отруєний нею. Самі переконаєтеся в цьому ".