2.1.2. Кристаллизация вершин мощных кучевых облаков

Типичное, так сказать, «классическое» кучево-дождевое облако представляет собой большую облачную массу диаметром около 10 км, верхняя граница которой лежит на высоте более 5 км над поверхностью земли, и характеризуется ярко выраженной кристаллической вершиной в виде наковальни из перистых облаков (рис. 32).

Рис. 32. (см. скан) Вид с самолета кучево-дождевого облака с кристаллической наковальней, 25 июля 1964 г., Западная Украина. Фото Е. Е. Корниенко.

Вместе с тем у значительного числа облаков наковальня отсутствует или недостаточно хорошо выражена, но тем не менее

они имеют смешанную структуру и проявляют себя во всех отношениях так же, как кучево-дождевые облака. С. М. Шметер [204] обнаружил, что во многих случаях по внешнему виду нельзя отличить мощные кучевые облака от кучево-дождевых: верхняя часть последних нередко напоминает цветную капусту, что вообще-то характерно для мощных кучевых облаков, но вместе с тем в них наблюдается интенсивное радиоэхо и даже грозовые разряды. Шметер считает, что существуют три стадии развития кучево-дождевых облаков: стадия роста, для которой характерен быстрый подъем вершины и сохранение внешнего вида капельножидкого облака (Cb calvus); стационарная стадия, характеризующаяся прекращением интенсивного роста вершины облака вверх и образованием перистых облаков (Cb incus); стадия диссипации, при которой происходит разрушение капельно-жидкой части кучево-дождевого облака, а вершина, превратившаяся в перистое облако, часто продолжает самостоятельное существование.

Кристаллизация вершин мощных кучевых облаков и их преобразование в кучево-дождевые могут происходит за счет двух процессов: спонтанного замерзания капелек или их замерзания при внесении посторонних ледяных зародышей. Воздушные токи, скорость которых в вершинах достигает 1-2 м/с, могут переносить вверх капли диаметром 100-500 мкм. При температуре в вершине ниже —12° С уже существует некоторая вероятность замерзания таких капель. Возможно, что капли имеют некоторые шансы замерзнуть при температурах выше —12° С при поступлении ядер кристаллизации на их поверхность [311]. Если в атмосфере присутствуют ледяные кристаллы, то при падении они могут попасть в переохлажденную вершину мощных кучевых облаков и вызвать кристаллизацию. Особенно обильный засев ледяными кристаллами возможен при наличии перистых облаков [240].

Приведенные выше механизмы кристаллизации могут объяснить только возникновение кристаллизации, но не разительное несоответствие, достигающее нескольких порядков величины, между концентрациями ледяных кристаллов и ядер замерзания в вершинах кучево-дождевых облаков [366 и др.]. Для объяснения этого несоответствия необходимо ввести представление о существовании в вершинах кучево-дождевых облаков механизма размножения ядер кристаллизации. Мейсон [430] обратил внимание на то, что при замерзании капель образуются ледяные кристаллы, которые могут служить вторичными ядрами кристаллизации. Кроме того, они могут образоваться в результате обламывания веточек дендритных кристаллов и усиков, вырастающих на поверхности ледяных частиц ([442] и др.). Распространение вторичных ядер происходит благодаря интенсивной турбулентности в вершинах облаков [146]. Так как кристаллизация приводит к усилению электрического поля в облаках (И. М. Имянитов и А. П. Чуваев [75]), то вследствие этого, как показали В. М. Мучник и Ю. С. Рудько [141], скорость распространения кристаллизации должна увеличиться.