Облако мамматусов - Mammatus cloud

Облака Mammatus в Гималаях Непала

Мамматус (мама^[1] или же мамматокумулюс), что означает «облако молочной железы», представляет собой клеточный узор из мешочков, висящих под основанием облако обычно кучево-дождевые облака дождевые облака, хотя они могут быть присоединены к другим классам родительских облаков. Название маматус происходит от латинского мама (что означает «вымя» или «грудь»). По данным ВМО Международный облачный атлас, мама является дополнительным признаком облака, а не родом, видом или разновидностью облаков. Они образованы холодным воздухом, опускающимся вниз, образуя карманы, в отличие от клубов облаков, поднимающихся за счет конвекции теплого воздуха. Эти образования были впервые описаны в 1894 г. Уильям Клемент Лей.^[1]^[2]^[3]

Характеристики

Mammatus чаще всего связаны с наковальни а также сильные грозы. Они часто отходят от основания кучево-дождевые облака, но также можно найти в высотно-слоистый, и циррус облака, а также облака вулканического пепла.^[4] Встречающиеся в кучево-дождевых облаках, mammatus часто указывают на особенно сильный шторм. Из-за интенсивной стрижки окружающей среды, в которой образуются млекопитающие, авиаторы настоятельно рекомендуется избегать кучево-дождевые облака с mammatus, поскольку они указывают на турбулентность, вызванную конвекцией.^[5] Инверсионные следы также могут образовывать доли, но их неправильно называют мамматусами.^[1]

Mammatus может иметь вид гладких, рваных или бугристых долей, а также может быть непрозрачным или полупрозрачным. Поскольку mammatus представляют собой группу долей, способ их объединения может варьироваться от изолированного скопления до области млекопитающих, которые распространяются на сотни километров, до организованных вдоль линии и могут состоять из долей неравного или одинакового размера. Средний диаметр отдельных долей молочной железы составляет 1–3 км (0,6–1,9 миль), а длина в среднем составляет ¹⁄₂ километр (0,3 мили). Доля может длиться в среднем 10 минут, но целое скопление молочной железы может длиться от 15 минут до нескольких часов. Обычно они состоят из льда, но также могут быть смесью льда и жидкой воды или почти полностью состоять из жидкой воды.

Несмотря на свой зловещий вид, облака mammatus часто являются предвестниками надвигающегося шторма или другой экстремальной погодной системы. Как правило, они состоят в основном из льда, они могут простираться на сотни миль в каждом направлении, а отдельные образования могут оставаться видимыми статичными в течение десяти-пятнадцати минут за раз. Хотя они могут показаться дурными предчувствиями, они всего лишь посланники, появляющиеся вокруг, до или даже после суровой погоды.

Предполагаемые механизмы образования

Панорама облачных образований mammatus в Swifts Creek, Виктория

Существование множества различных типов облаков млекопитающих, каждое из которых имеет свои свойства и встречается в разных средах, породило множество гипотез об их образовании, которые также имеют отношение к другим формам облаков.^[4]^[6]

Одна экологическая тенденция характерна для всех механизмов формирования облаков млекопитающих: резкое градиенты по температуре, влажности и импульсу (сдвиг ветра ) через границу между облаком и подоблачным воздухом, что сильно влияет на взаимодействие в нем. Ниже перечислены предлагаемые механизмы, каждый из которых описан со своими недостатками:

Наковальня кучево-дождевое облако постепенно утихает по мере того, как распространяется из своего исходного облака. По мере того, как воздух опускается, он нагревается. Однако облачный воздух прогревается медленнее (при влажный адиабатический градиент ), чем субоблачный, сухой воздух (на сухой адиабатический градиент ). Из-за дифференциального потепления облачный / субоблачный слой дестабилизирует и конвективный может произойти опрокидывание с образованием комковатой основы облака. Проблемы с этой теорией заключаются в том, что есть наблюдения долей маматических мышц, которые не подтверждают наличие сильного оседания долей, и что трудно разделить процессы гидрометеор выпадение осадков и оседание нижней границы облаков, что делает неясным, имеет ли место тот или иной процесс.
Охлаждение за счет гидрометеор выпадение осадков - второй предложенный механизм образования. Когда гидрометеоры падают в сухой субоблачный воздух, воздух, содержащий осадки охлаждает из-за испарение или же сублимация. Теперь, когда они холоднее окружающего воздуха и нестабильны, они спускаются до тех пор, пока не достигнут статического равновесия, после чего восстанавливающая сила искривляет края выпадения обратно вверх, создавая лопастный вид. Одна из проблем этой теории состоит в том, что наблюдения показывают, что испарение из нижней границы облаков не всегда приводит к появлению млекопитающих. Этот механизм может быть ответственным за самую раннюю стадию развития, но другие процессы (а именно процесс 1, описанный выше) могут вступать в игру по мере формирования и созревания долей.
Также возможна дестабилизация в основании облака из-за таяния. Если основание облака существует около линии замерзания, тогда охлаждение в воздухе, вызванное плавлением, может привести к конвективному переворачиванию, как и в процессах, описанных выше. Однако такая строгая температурная среда присутствует не всегда.
Вышеупомянутые процессы, в частности, основывались на дестабилизации подоблачного слоя из-за адиабатический или же скрытое нагревание последствия. Дисконтирование термодинамический последствия выпадения гидрометеоров, другой механизм предполагает, что динамика одних осадков достаточно, чтобы образовались лепестки. Неоднородности в массах гидрометеоры вдоль основания облака может вызвать неоднородный спуск вдоль основания. Сопротивление трения и связанные с ним вихревые структуры создают лопастный вид радиоактивных осадков. Главный недостаток этой теории состоит в том, что вертикальные скорости в лепестках, по наблюдениям, превышают скорость падения гидрометеоров внутри них; таким образом, также должно быть динамическое нисходящее воздействие.
Другой метод, впервые предложенный Керри Эмануэль, называется неустойчивостью детрансментации нижней границы облака (CDI), которая действует очень похоже на конвективную верхушку облака. увлечение. В CDI облачный воздух смешивается с сухим субоблачным воздухом, а не осаждается в нем. Мутный слой дестабилизируется из-за испарительного охлаждения, и образуются мамонты.
В процессе эволюции облака претерпевают тепловую реорганизацию из-за радиационных эффектов. Есть несколько идей относительно того, как радиация может вызвать образование молочных желез. Во-первых, потому что облака радиационно охлаждаются (Закон Стефана-Больцмана ) очень качественно на верхушках, целые карманы круто, отрицательно жизнерадостный облако может проникать вниз через весь слой и превращаться в mammatus в основании облака. Другая идея заключается в том, что по мере того, как основание облака нагревается из-за радиационного нагрева от длинноволнового излучения поверхности земли, основание дестабилизируется и опрокидывается. Этот метод действителен только для оптически толстый облака. Однако природа облаков наковальни состоит в том, что они в основном состоят из льда и, следовательно, оптически относительно тонкие.
Гравитационные волны предложены в качестве механизма формирования линейно организованных облаков млекопитающих. Действительно, волновые структуры наблюдались в среде млекопитающих, но в основном это связано с созданием гравитационных волн в ответ на конвективные восходящий поток воздействуя на тропопаузу и распространяясь в форме волны по всей наковальне. Следовательно, этот метод не объясняет преобладание облаков млекопитающих в одной части наковальни по сравнению с другой. Кроме того, шкалы времени и размера для гравитационных волн и маматусов не полностью совпадают. Цепи гравитационных волн могут быть ответственны за организацию молочных желез, а не за их формирование.^[7]
Кельвина – Гельмгольца (КГ) неустойчивость преобладает вдоль границ облаков и приводит к образованию волнообразных выступов (так называемых валов Кельвина-Гельмгольца) от границы облака. Mammatus не имеют формы K-H волн, поэтому предполагается, что нестабильность может вызвать образование выступов, но что другой процесс должен формировать выступы в доли. Тем не менее, главный недостаток этой теории заключается в том, что нестабильность КГ возникает в стабильной стратифицированный окружающая среда, а среда для млекопитающих обычно, по крайней мере, несколько бурный.
Неустойчивость Рэлея – Тейлора. это название, данное нестабильности, которая существует между двумя жидкостями разной плотности, когда более плотная из двух находится на поверхности менее плотной жидкости. Вдоль границы раздела облаков и субоблаков более плотный, насыщенный гидрометеорами воздух может вызвать смешивание с менее плотным субоблачным воздухом. Это смешение примет форму облаков маматусов. Физическая проблема этого предлагаемого метода заключается в том, что нестабильность, существующая вдоль статического интерфейса, не обязательно может быть применена к интерфейсу между двумя стрижен атмосферные потоки.
Последний предложенный механизм образования состоит в том, что mammatus возникают из Конвекция Рэлея-Бенара, где дифференциальный нагрев (охлаждение вверху и нагрев внизу) слоя вызывает конвективное переворачивание. Однако в случае с mammatus основание охлаждается с помощью упомянутых выше термодинамических механизмов. По мере того, как основание облака опускается, это происходит в масштабе долей молочных желез, а рядом с долями происходит компенсационный подъем. Этот метод не доказал свою надежность с точки зрения наблюдений и считается в целом несущественным.

Такое изобилие предложенных механизмов формирования показывает, как минимум, то, что облако mammatus в целом плохо изучено.^[1]^[8]

Галерея

Mammatus тучи над Академия ВВС США, 2004
Mammatus тучи над Хорватия
Mammatus тучи над Нью-Йорк, 2009
Mammatus облака в Талса, Оклахома, 1973
Mammatus тучи над Сан-Антонио, Техас, 2009
Mammatus облака над тихоокеанским побережьем Сан-Франциско
Mammatus облака над горнолыжным курортом Скво-Вэлли, Олимпийская долина, Калифорния
Mammatus облака в Милан, Италия, в июле 2005 г. в очень жаркий влажный день без ветра
Mammatus Облака в Сан - Франциско, Калифорния
Mammatus облака формируются в Миннесота в 2005 году
Mammatus облака и сумеречные лучи над Залив Сан-Франциско
Аэрофотоснимок облаков млекопитающих над центром Новый Южный Уэльс, Австралия,
Mammatus Clouds над горами Сьерра-де-Кордова, Аргентина
Mammatus облака выше Большой Каньон Коттонвуд возле Солт-Лейк-Сити, Юта
Mammatus тучи над Санта-Катарина, Бразилия, следующий Циклон Катарина.
Кучевые облака Mammatus между Гамильтон и Миссула, Монтана
Mammatus облака над Университет Центральной Флориды в Орландо, Флорида, 2011.
Незадолго до сильной грозы в Altomuenster, Бавария, Германия
Mammatus тучи над Бингли, Великобритания, после грозы 2 ноября 2013 г.
Мамматокумулюс в Cap de Creus, Жирона, Испания. Электрическая атмосфера. Июнь 2014 г.
Mammatus тучи над Остин, Техас, после проливных наводнений в День памяти жертв в 2015 году.
Mammatus Облака над Хошиарпур 20 мая 2016 г., Пенджаб, Индия
Облака Mammatus наблюдались в Норвич Норфолк, Великобритания, 24 мая 2015 г., незадолго до захода солнца на западе, двигаясь на восток. Продолжительность 17 минут. Спокойная погода. Дождя нет, 19 по Цельсию.
Поразительно регулярные облака mammatus 26 июня 2012 года в Регине, Саскачеван, после серьезного штормового предупреждения и наблюдения за торнадо.
Облака Mammatus в Литве, 2016 г.