|
Chmury
konwekcyjne (chmury o budowie pionowej)
1.Różnice w budowie i zewnętrznym wyglądzie chmur są
uwarunkowane różnicami w warunkach ich powstawania.
Dlatego chmury można podzielić na kilka typów
genetycznych.
Rozróżnia się chmury wewnątrzmasowe i frontowe.
Pierwsze zawdzięczają swe pochodzenie procesom
zachodzącym wewnątrz mas powietrznych, drugie -
procesom związanym z frontami, tj. zachodzącym na
granicach między masami powietrza.
2. W chwiejnych masach powietrza (chłodnych, a latem nad
lądem również w lokalnych) powstawanie chmur jest
związane z silnie rozwiniętą konwekcją przy chwiejnej
stratyfikacji. W wyniku adiabatycznego oziębienia
powietrza w prądach wstępujących powstają właśnie
chmury konwekcyjne. Prędkość prądów wstępujących
podczas powstawania chmur jest średnio rzędu 3-6 m/sek,
lecz w poszczególnych przypadkach może przekraczać 10,
a nawet osiągać 20 m/sek. Dookoła chmur występują
bardziej słabe ruchy zstępujące.
Procesy powstawania chmur decydują również i o
charakterystycznym ich wyglądzie: są to chmury w
postaci kłębów, które w czasie tworzenia się
wykazują przede wszystkim pionową rozciągłość.
Według klasyfikacji międzynarodowej należą do nich
przede wszystkim chmury kłębiaste (Cumulus), które
przy dalszym rozwoju mogą przekształcić się w chmury
kłębiaste deszczowe (Cumulonimbus). Przekształcenie to
polega na pojawianiu się w górnych partiach chmur
kryształków lodu lub, jak się niekiedy mówi, na
lodowaceniu wierzchołków chmur. Zewnętrznie objawia
się to w zatraceniu kłębiastego charakteru
wierzchołków oraz w pojawieniu się struktury
włóknistej. Właśnie ten proces prowadzi do
występowania opadów przelotnych (ulew) z chmur
kłębiastych deszczowych wówczas, gdy chmury
kłębiaste z reguły opadów nie dają.
Chmury kłębiaste deszczowe mogą w pojedynczych
przypadkach, nawet w szerokościach umiarkowanych,
osiągnąć wysokość 13 km i przenikać do stratosfery.
Na obszarach zwrotnikowych rozwijają się niekiedy one
pionowo nawet powyżej 15 km . Poprzeczne wymiary chmur
kłębiastych deszczowych dochodzą do 15-20 km, przy
czym chmury składają się z oddzielnych komórek,
których istnienie jest bardzo krótko trwałe -20-30
minut.
3. Dla silnego rozwoju chmur konwekcyjnych jest rzeczą
bardzo ważną by masy powietrza miały do znacznej
wysokości stratyfikację chwiejną, tj. by pionowe
gradienty temp. w nich aż do poziomu kondensacji (czyli
do poziomu, na którym zaczyna się powstawianie chmur)
były większe od suchoadiabatycznego lub co najmniej
zbliżone do niego, a nad poziomem kondensacji - większe
niż wilgotnoadiabatycznego. Wysokość poziomu
kondensacji można w przybliżeniu obliczyć (lub
wyznaczyć za pomocą diagramu adiabatycznego), mając
temp. i wilgotność powietrza przy powierzchni Ziemi. Do
celu tego może służyć wzór:
H=1,2 (t-t),
gdzie H - poziom kondensacji w hektometrach, t - temp.
powietrza na dole, t - temp. punktu rosy dla tego
powietrza.
Poziom lodowacenia występuje na wysokości o
temperaturach ok. -8 do -12 lub jeszcze niższych. Do
osiągnięcia tego poziomu chmura zachowuje strukturę
kropelkową i pozostaje kłębiastą.
Warstwy z inwersjami temperatury lub nawet z małymi
pionowymi gradientami temperatury hamują
rozprzestrzenienie się konwekcji, to też są one
nazywane warstwami hamującymi. Gdy chmury kłębiaste w
procesie swego rozwoju pionowego dochodzą do tej
warstwy, dalszy ich rozwój ustaje. Jeżeli natomiast
warstwa inwersyjna leży nisko, może ona przeszkodzić w
ogóle powstawaniu chmur.
4. W chłodnych masach powietrza, poruszających się nad
powierzchnią cieplną, chmury konwekcyjne tworzą się
zarówno nad lądem, jak nad morzem. Nad lądem w lecie
rozwijają się one również w lokalnych masach
powietrza ponad mocno ogrzewaną w dzień powierzchnią
gruntu. W takich przypadkach tworzenie się chmur ma
szczególnie wyraźny przebieg dobowy: chmury osiągają
największy rozwój w godzinach popołudniowych (często
z burzami, niekiedy z gradem ) i zanikają w nocy. Mniej
wyraźnie bywa zaznaczony, lecz jednak istnieje, przebieg
dobowy powstawania chmur konwekcyjnych w chłodnych
masach powietrza.
W zimie nad lądem, pokrytym śniegiem, chmury
konwekcyjne obserwuje się rzadko lub nie występuje
wcale; rozwój ich w chłodnych masach powietrza
rozpoczyna się na wiosnę, po zniknięciu pokrywy
śnieżnej. Nad morzem chmury konwekcyjne są zjawiskiem
częstym i bywają dobrze rozwinięte również w zimie.
Chmury faliste
W masach powietrza o równowadze stałej (ciepłych, zaś
w zimie nad lądem również i miejscowych) podstawowym
procesem rozwoju chmur jest dostatecznie słabe
przenoszenie turbulencyjne pary wodnej od powierzchni
Ziemi do góry i odpowiednie jej adiabatyczne oziębianie
się. Warstwy inwersyjne zatrzymują i to przenoszenie.
Pod inwersją odbywa się gromadzenie pary wodnej i jej
radiacyjne oziębianie się. Dlatego też chmury
powstają przeważnie pod warstwą inwersji. Według
klasyfikacji międzynarodowej są to chmury niskie
warstwowe (Stratus) i kłębiaste warstwowe
(Stratocumulus), w piętrze średnim - średnie
kłębiaste (Altostratus). Są one stosunkowo cienkie i
rozciągnięte w kierunku poziomym, a ponadto wykazują
często strukturę falistą i dlatego właśnie nazywają
się chmurami falistymi.
Taka ich budowa spowodowana jest tym, że w powstaniu
tych chmur odgrywają często rolę procesy falowe: w
warstwie inwersji i po obu jej stronach powstają wskutek
nagłych zmian prędkości wiatru oraz gęstości
(temperatury) powietrza fale o długości rzędu
50-2000m. W grzbietach tych fal powietrze podnosi się ku
górze, w dolinach - opada na dół. Wobec tego warstwa
chmur może rozczłonkować się na oddzielne walce lub
ławice, charakterystyczne dla zewnętrznego wyglądu
chmur kłębiasto - warstwowych lub średnich
kłębiastych.
Falista budowa chmur warstwowych przy obserwacji z dołu
wydaje się mniej oczywista, ponieważ długości fal są
w nich duże, zaś chmury są położone blisko
powierzchni Ziemi, natomiast przy obserwacjach z góry, z
samolotu ich wygląd falisty jest dobrze widoczny.
Oprócz fal swobodnych mogą w atmosferze powstawać
również stojące fale wymuszone ponad górami, przez
które przepływa powietrze. W grzbiecie takiej fali
stojącej powstaje chmura, która wydaje się być
nieruchoma, w rzeczywistości jednak przez cały czas
powstaje ona jednak od nowa w coraz to na nowo
przynoszonym powietrzu. Takie chmury nazywają się
chmurami orograficznymi.
Chmury wznoszenia
wślizgowego (chmury o budowie warstwowej)
1. W związku z frontami tworzą się chmury wznoszenia
wślizgowego. Są to olbrzymie układy chmur o
szerokości setek kilometrów, wyciągnięte wzdłuż
frontu na tysiące kilometrów. W swej centralnej
części mają one wygląd potężnych warstw. Front
oddziela łagodnie nachylony klin powietrza chłodnego od
położonego obok niego i nad nim powietrza cieplejszego,
przy tym rozwija się z reguły ruch wstępujący
powietrza ciepłego po zimnym klinie.
Ponieważ powierzchnia frontowa jest nachylona do poziomu
pod bardzo małym kątem (tangens tego kąta wynosi
zaledwie 0,01 lub nawet mniej), ruch powietrza ciepłego
jest właściwie poziomy. Pomimo to, do tego poziomego
przenoszenia powietrza dołącza się niewielka składowa
pionowa, rzędu centymetrów lub jego części na
sekundę, i to ma ogromne znaczenie. Powolne
wślizgiwanie się powietrza ciepłego wzdłuż
chłodnego klina pociąga za sobą adiabatyczne
ochłodzenie jego potężnych warstw i kondensację w
nich pary wodnej. W wyniku powstaje układ chmur,
położony w ciepłym powietrzu nad chłodnym klinem.
Szczególnie wyraźnie jest on widoczny w przypadku
frontu ciepłego. Najbardziej potężną część tego
układu w pobliżu linii frontu (tj. w pobliżu linii
przecięcia się powierzchni frontowej z powierzchnią
Ziemi) tworzą chmury warstwowe deszczowe o grubości
kilku kilometrów, np. pomiędzy poziomami 1-2 oraz
6-8km. Dalej od linii frontu chmury przechodzą w
średnio warstwowe o mniejszej grubości, zaś jeszcze
dalej w warstwowe pierzaste, przed którymi występują,
już na odległości wielu setek kilometrów o linii
frontu, ławice chmur pierzastych.
Opady chmur średnich warstwowych, przynajmniej w lecie
nie dochodzą do powierzchni Ziemi. Lecz z chmur
warstwowych deszczowych, w pasie o szerokości od 200 do
300 kilometrów i więcej, spadają opady ciągłe. Wraz
z przemieszczaniem się frontu przesuwają się również
związane z nim chmury i opady. Pojawienie się nad
zachodnią lub południową częścią horyzontu
wyciągniętych (zbierających się w perspektywie)
pasów chmur pierzastych bywa zapowiedzią zbliżania
się frontu ciepłego z następującym po nim mniej lub
bardziej dużym zachmurzeniem i opadami.
W przypadku frontu chłodnego powstaje w istocie rzeczy
taki sam układ chmur. Różnica polega na tym, że
układ chmur frontu chłodnego jest węższy i w
przedniej części ma charakter chmur kłębiastych
deszczowych z przelotnymi deszczami (ulewami), ponieważ
wznoszenie się powietrza ciepłego ma tu bardziej
gwałtowny charakter niż w przypadku frontu ciepłego.
Na tzw. frontach okluzji ruch powietrza jest bardziej
złożony, lecz i tam wytwarza się na ogół podobny
układ chmur.
2. Wyżej wymieniono charakterystyczne chmury frontowe
wznoszenia wślizgowego. W związku z frontami możliwe
jest również powstawanie niektórych innych rodzajów,
np. dla frontu chłodnego charakterystyczne są chmury
kłębiasto-pierzaste, dla frontu okluzji - rozmaite
gatunki chmur średnich kłębiastych. W lecie nad lądem
chmury kłębiaste deszczowe rozwijają się często
również na froncie ciepłym. Chmury frontowe mogą się
potęgować przy zbliżaniu się frontu do pasma
górskiego. Podczas wznoszenia się prądy powietrza
wzdłuż zboczy górskich mogą się w nim rozwijać
również samodzielne chmury orograficzne, najczęściej
typu kłębiastego. W szerokościach pozazwrotnikowych
przeważają chmury wznoszenia wślizgowego, natomiast na
obszarach zwrotnikowych występują przede wszystkim
chmury konwekcyjne.
|
