Chmury
1. W wyniku kondensacji wewnątrz
atmosfery powstają skupienia produktów kondensacji - kropelek wody i kryształków lodu.
Nazywają się one chmurami. Rozmiary elementów chmurowych - wspomnianych wówczas, gdy
mają one bardzo małą prędkość opadania, wynoszą w powietrzu nieruchomym zaledwie
części centymetra na sekundę. Prędkość opadania kryształków lodu jest jeszcze
mniejsza. Jednak ruch turbulencyjny powietrza powoduje, że te bardzo małe kropelki i
kryształki nie opadają wcale na ziemię, lecz przez czas dłuższy unoszą się w
powietrzu, przesuwając się to w górę, to w dół wraz z innymi poruszającymi się
wskutek turbulencji cząstkami powietrza.
Chmury są przenoszone przez prądy powietrza. Jeżeli wilgotność względna w
otaczającym chmury w powietrzu zmniejsza się, chmury parują. W pewnych określonych
warunkach część elementów chmurowych powiększa się i staje się o tyle cięższa,
że wypada z chmur w postaci opadów. Tą drogą woda z atmosfery powraca na powierzchnię
Ziemi. Jeżeli kondensacja zachodzi bezpośrednio przy powierzchni Ziemi, wówczas
produkty jej nazywają się mgłami. Zasadniczej różnicy w budowie chmur i mgieł nie
ma. W górach spotyka się takie przypadki, że chmura tworzy się na samym zboczu
górskim. Obserwatorowi, patrzącemu z dołu, z doliny, zjawisko będzie wydawać się
chmurą, obserwatorowi znajdującemu się na samym zboczu - mgłą.
2. Pojedyncze chmury istnieją bardzo krótko ; np. czas indywidualnego istnienia chmur
kłębiastych wynosi niekiedy zaledwie 10-15 minut. Znaczy to, że niekiedy powstałe
kropelki wody, z których składa się chmura, ponownie szybko parują. Nawet jeżeli
chmura istnieje bardzo długo, nie oznacza to, że jest ona niezmienna i przez czas
dłuższy składa się z jednych i tych samych cząstek. W rzeczywistości w chmurach
odbywają się stale procesy powstania coraz nowych cząstek oraz ich zanikania-parowania
(często mówi się nieprawidłowo-topnienia). Jedne elementy chmury parują, inne na ich
miejsce powstają ponownie. Istnieje przez czas dłuższy tylko pewien określony proces
tworzenia się chmury; sama chmura natomiast jest tylko widzialną w danym momencie
częścią ogólnej masy wody, biorącej udział w tym procesie. Szczególnie wyraźnie
występuje to podczas powstawania chmur nad górami. Jeżeli powietrze bez przerwy porusza
się przez górę, to na pewnej wysokości przy wznoszeniu oziębia się adiabatycznie o
tyle, że powstają chmury. Wydaje się, że chmury te są nieruchomo przywiązane do
grzbietu pasma górskiego. Lecz w rzeczywistości przesuwając się wraz z powietrzem,
wciąż one parują w przedniej części, tam gdzie przepływające powietrze zaczyna
opadać w dół, i wciąż tworzą się ponownie w części tylnej z nowej pary wodnej,
przynoszonej przez powietrze wznoszące się.
Wrażenie, że chmury są jakby zawieszone w powietrzu, jest również złudne. Jeżeli
bowiem chmura nie zmienia swej wysokości, nie znaczy to wcale, że składające się na
nią elementy nie wypadają. Ciekła lub stała cząstka może chmurze opadać w dół,
lecz po osiągnięciu dolnej granicy chmury trafia powietrze nienasycone i tu paruje. W
wyniku jednak będzie wydawać się, że chmura pozostaje przez czas dłuższy na tym
samym poziomie.
Mikrostruktura i wodność chmur
1. Pod względem budowy chmury dzielą się na trzy klasy:
a) chmury wodne (kropelkowe), składające się wyłącznie z kropelek wody. Mogą
istnieć nie tylko przy temperaturach dodatnich, lecz również przy temperaturach
niższych od zera stopni; w tym przypadku kropelki wody są w stanie przechłodzonym, co
jest zjawiskiem najzupełniej zwykłym w warunkach panujących w atmosferze;
b) chmury mieszane, składające się z mieszaniny przechłodzonych kropelek wody i
kryształków lodu, co ma miejsce przy umiarkowanych temperaturach ujemnych;
c) chmury lodowe (krystaliczne), składające się tylko z kryształków lodu, co ma
zwykle miejsce przy dość niskich temperaturach.
Podczas ciepłej pory roku chmury wodne tworzą się przeważnie w dolnych warstwach
troposfery, mieszane- w średnich, a lodowe- w górnych. W chłodnej porze roku przy
niskich temperaturach chmury mieszane i lodowe mogą tworzyć się również w pobliżu
powierzchni Ziemi. Kropelkową budowę w czystej postaci chmury mogą zachowywać do
temperatury rzędu -10° (czasem i niższej).
Przy niższych temperaturach występują w chmurach, obok kropelek wody również
kryształki lodu, tj. wówczas chmura jest mieszana. Najwyższe chmury troposfery,
występujące przy temperaturach rzędu od -30° do -50°, mają z reguły budowę
krystaliczną.
2. Rozmiary kropelek wody chmurach wahają się w szerokim przedziale od kilku do setek
mikronów. W zależności od warunków powstawania oraz stadium rozwoju chmura może się
składać zarówno z kropelek pod względem wielkości względnie jednorodnych, jak i
bardzo różnych. Wskutek kondensacji pary wodnej na powierzchni kropelek ich promienie
mogą rosnąć do wymiaru rzędu 20m. Jednak przy tajaniu kryształków lodu oraz przy
wzajemnym łączeniu się kropelek wody mogą powstawać w chmurach kropelki o średnicy
do 100-200m. Kropelki tych wielkości rozpoczynają wypadać z chmur w postaci deszczu lub
mżawki. Promienie kropel deszczowych mogą dochodzić i do tysięcy mikronów, tj. kilku
milimetrów. Kryształki lodu w chmurach są również bardzo różnorodne, zarówno pod
względem postaci jak i wymiarów. Przy zamarzaniu kropelek wody przy niskich
temperaturach powstają tzw. Kryształy zupełne, tj. lodowe sześciokątne blaszki lub
słupki o średnicy 10-20m. Przy dalszej sublimacji (krystalizacji) rosną one, a w
wierzchołkach ich kątów mogą się tworzyć rozgałęzienia na których z kolei mogą
powstawać nowe rozgałęzienia i kryształki przybierają postacie sześciopromiennych
gwizdek lub też kryształków o innej złożonej i bardzo różnorodnej budowie. Ich
rozmiary mogą osiągać kilka milimetrów w średnicy.
Ilość kropelek wody w jednostce objętości powietrza w chmurze jest stosunkowo
nieduża; od setek kropelek w 1cm 3 w dolnej troposferze do kilku jednostek - w jej
wyższych warstwach. Zawartość kryształków lodu chmurach jest jeszcze mniejsza- rzędu
0,1 na cm 3
3. Wodnością chmur nazywa się zawartość w nich wody stanie ciekłym lub stałym.
Pomimo, że liczba kropelek wody i kryształków lodu w jednostce objętości powietrza w
chmurach jest duża, jednak elementy te są tak małe, że zawartość wody w stanie
ciekłym w chmurach jest nie duża. W chmurach wodnych każdy metr sześcienny powietrza
przypada od 0,2 do 5 g wody. W chmurach krystalicznych wodność jest znacznie mniejsza,
wynosi ona setne i tysięczne części grama na metr sześcienny. Jest to rzeczą
zrozumiałą, jeżeli przypomnimy sobie, że wilgotność bezwzględna powietrza wynosi
gramy na metr sześcienny, w wyższych zaś warstwach atmosfery, tj. przy bardzo niskich
temperaturach- części grama. Przy kondensacji przechodzi w stan ciekły nie cała
zawarta w powietrzu para wodna, lecz tylko jej część. Dlatego też wodność chmur jest
jeszcze mniejsza niż wilgotność bezwzględna powietrza.
Międzynarodowa klasyfikacja chmur
1. Postacie chmur w troposferze są bardzo różnorodne. Jednak można sprowadzić je do
stosunkowo niewielkiej liczby podstawowych typów. Pierwsza klasyfikacja chmur była
zaproponowana przeszło 150 lat temu (L. Howard w Anglii). W końcu XIX w. została
przyjęta międzynarodowa klasyfikacja chmur, która od tamtego czasu uległa kilkakrotnym
znacznym, lecz nie zasadniczym zmianom. Zgodnie z obowiązującym obecnie wariantem
klasyfikacji międzynarodowej, chmury dzielą się przede wszystkim, na podstawie ich
wyglądu zewnętrznego, na dziesięć podstawowych rodzajów. W tych podstawowych
rodzajach wyróżnia się znaczną liczbę gatunków, odmian i tzw. Zjawisk szczególnych,
a także postaci pośrednich.
Ograniczamy się tu tylko do wymieniania dziesięciu podstawowych rodzajów chmur (obok
oficjalnych i obowiązujących nazw w języku łacińskim podajemy również ich
równoznaczniki w języku polskim, jednak należy zaznaczyć, że terminy polskie nie są
dosłownym tłumaczeniem nazw łacińskich; łacińskie nazwy rodzajów chmur oraz ich
skróty należy zapamiętać):
1. Cirrus (Ci) - pierzaste;
2. Cirrocumulus (Cc) - kłębiasto - pierzaste;
3. Cirrostratus (Cs) - warstwowo - pierzaste;
4. Altocumulus (Ac) - średnie kłębiaste;
5. Altostratus (As) - średnie warstwowe;
6. Nimbostratus (Ns) - warstwowe deszczowe;
7. Stratocumulus (Sc) - kłębiasto - warstwowe;
8. Stratus (St) - niskie warstwowe;
9. Cumulus (Cu) - kłębiaste;
10. Cumulonimbus (Cb) - kłębiaste deszczowe.
Krótkie ich opisy są podane niżej. Istnieją atlasy fotografii chmur, jako pomoce do
orientowania się w ich postaciach. W języku polskim są dostępne Międzynarodowy atlas
chmur - Atlas skrócony (Warszawa 1959) oraz Międzynarodowy atlas chmur dla
obserwatoriów na statkach powietrznych (Warszawa 1959).
2. Chmury wszystkich wymienionych rodzajów występują na wysokościach między poziomem
morza a tropopauzą. W tym przedziale wysokości umownie wyróżnia się trzy piętra,
także dla każdego rodzaju chmur można wykazać, w jakim piętrze lub piętrach chmury
te występują. W zależności od warunków temperaturowych i od wysokości tropopauzy
granice tych pięter w różnych szerokościach są różne.
Górne piętro chmur w szerokościach polarnych rozpościera się przeciętnie od 3 do 8
km, w szerokościach umiarkowanych - od 5 do 13, a w szerokościach zwrotnikowych od 6
do18 km; średnie piętro w szerokościach polarnych - od 2 do 4 km, w umiarkowanych - od
2 do 7 km oraz w zwrotnikowych od 2 do 8 km, natomiast dolne piętro we wszystkich
szerokościach od powierzchni Ziemi do 2 km.
Z wyżej wymienionych dziesięciu rodzajów chmur trzy pierwsze - pierzaste, kłębiasto -
pierzaste i warstwowo - pierzaste występują w górnym piętrze; średnie kłębiaste - w
średnim; kłębiasto - warstwowe i niskie warstwowe - w dolnym.
Średnie warstwowe są zazwyczaj położone w piętrze średnim, lecz często sięgają i
piętra górnego; warstwowe deszczowe prawie zawsze występują w piętrze dolnym, lecz
zazwyczaj przenikają też do pięter wyższych. Podstawy (dolne powierzchnie) chmur
kłębiastych i kłębiastych deszczowych znajdują się zwykle w piętrze dolnym, ale ich
wierzchołki często przenikają do piętra średniego, a czasami nawet do górnego.
|