Chmury, mgła, rodzaje opadów - referat

CHMURA
Chmura jest zbiorem drobnych kropelek wody lub kryształków lodu, unoszących się na pewnej wysokości nad powierzchnią Ziemi. Aby występująca w powietrzu niewidoczna para wodna utworzyła widoczną chmurę, muszą zaistnieć odpowiednie warunki. Pierwszym z nich jest wzniesienie się wilgotnego powietrza na odpowiednią wysokość, na przykład dzięki prądom konwekcyjnym, i oziębienie poniżej punktu rosy. Jest to warunek konieczny, ale nie wystarczający, gdy kondensująca się para musi się na czymś osadzić. Skroplenie kropelek wody w atmosferze odbywa się zawsze na tzw. jądrach kondensacji. Jeżeli zarodnik kropelki powstaje bez jądra, jest on wówczas chwiejny; drobiny łączące się w zespoły natychmiast rozpadają się ponownie. Rola jądra kondensacji polega na tym, że - dzięki swym właściwościom higroskopijnym - zwiększa stabilność powstałego zarodnika kropelki. Gdyby usunąć sztucznie z powietrza jądra kondensacji, to kondensacja nie będzie w nim zachodziła nawet przy przesyceniu powietrza. Jednak jądra kondensacji zawsze są w atmosferze i dlatego nie obserwuje się w niej cokolwiek większych przesyceń. Domieszki aerozoli w powietrzu odgrywają przeważnie jąder kondensacji.

Najważniejszymi jądrami kondensacji są cząstki rozpuszczalnych soli higroskopijnych zwłaszcza soli morskiej , obecność, której można zawsze stwierdzić w wodzie opadowej. Trafiają one do powietrza w dużych ilościach podczas falowania morza i rozpryskiwania się wody morskiej oraz następującego po tym parowaniu kropelek w powietrzu. Na grzbietach fal tworzą się pęcherzyki (,,piana”), które następnie pękają w wyniku czego zachodzi rozpryskiwanie. Przy pęknięciu tylko jednego pęcherzyka powietrza o średnicy 6mm wytwarza w niej mniej więcej 1000 kropelek. Podczas wiatru o prędkości 15m/s z 1cm2 powierzchni morza w ciągu jednej sekundy trafia do powietrza kilkadziesiąt byczych jąder kondensacji o ciężarze rzewndu10-15 g każde. Solne i w ogóle higroskopijne jądra trafiają do atmosfery również podczas rozpylania się gruntu.

Powstałe tą drogą jądra kondensacji mają rozmiary rzędu dziesiątych i setnych części mikrona (zresztą spotyka się niekiedy również “olbrzymie” jądra o rozmiarach przekraczających jeden mikron). Jądra kondensacji, wskutek swoich małych rozmiarów, nie opadają na Ziemię i przenoszone są prądami atmosferycznymi na duże odległości. Wskutek swoich własności higroskopijnych unoszą się często w atmosferze w postaci nadzwyczaj drobniutkich kropelek nasyconego roztworu solnego. Przy zwiększeniu się wilgotności względnej kropelki zaczynają rosnąć i przy wilgotności ok. 100% przekształcają się w widoczne dla oka kropelki chmur i mgieł.

Kondensacja odbywa się również na higroskopijnych cząstkach stałych i kropelkach, będących produktami spalania lub rozkładu organicznego. Są to: kwas azotowy, kwas siarkowy, siarczan amonu i in. W ośrodkach przemysłowych takich jąder kondensacji w atmosferze jest szczególnie dużo. Prawdopodobnie rolę jąder kondensacji odgrywają również niehigroskopijne, lecz zwilżane dostatecznie duże cząstki.

Liczba jąder kondensacji w jednym centymetrze sześciennym powietrza przy powierzchni Ziemi jest rzędu tysięcy i dziesiątków tysięcy cząstek. Wraz ze wzrostem wysokości liczba jąder szybko się zmniejsza; na wysokości 3-4 km liczba jąder kondensacji wynosi zaledwie setki cząstek w 1 cm3 .

Kropelki chmur tworzą się w rzeczywistych warunkach atmosferycznych nie na wszystkich jądrach kondensacji, lecz tylko na największych. Kondensację na pozostałych, mniejszych jądrach można otrzymać w warunkach sztucznych przy mniej lub bardziej znacznym przesyceniu powietrza.

Przez pewien czas przypuszczano, że rozwój kryształków lodowych w atmosferze odbywa się na specjalnych jądrach sublimacji. Obecnie istnieją podstawy do przypuszczenia, że kropelki zarodnikowe zawsze początkowo powstają na jądrach kondensacji. Przy temperaturach ujemnych kropelki te znajdują się w stanie przechłodzonym, lecz przy dostatecznie niskich, ujemnych temperaturach elementy kropelkowe zamarzają i dalej na nich rozwijają się kryształki. Stężenie kryształków lodowych w chmurach (ich liczba na jednostkę objętości) jest znacznie mniejsza niż stężenie kropelek wody, a powstają one przy bardzo dużym przesyceniu powietrza względem lodu. Dlatego kryształki szybko rosną na drodze sublimacji, osiągając rozmiary dziesiątków mikronów. Możliwe jest, że bodźcem do zamarzania kropelek są występujące w powietrzu szczególne jądra zamarzania, których jednak natura chemiczna i mechanizm działania są jeszcze nie zupełnie jasne.

CHMURY PIERZASTE
Chmury pierzaste są zwiastunami zmiany pogody. Zwykle wisząca na błękitnym niebie w postaci włókien, kłębów pierza lub lodowych chorągiewek. Są delikatne, jak gdyby nadmuchane. Ponieważ pogoda jest nadal słoneczna i ciepła, wydaje się, że nie ma powodu, aby przejmować się tak niewielkim zachmurzeniem. A jednak chmury pierzaste zasługują na uwagę. Chmury cirrus obserwujemy na niebie także w połączeniu z chmurami cirrocumulus i cirro stratus. Silne prądy powietrza na większych wysokościach zdradzają występujące tam chmury pierzaste, rozciągnięte jak włókna i w swej przedniej części rozwiane przez wiatr. Mówi się wtedy o cirrusach haczykowatych. Obszarem występowaniem chmur cirrus są wyższe części atmosfery, od około 6km. Chmury cirrus należą prawie tak samo jak cirrocumulus i cirrostratus do chmur wysokich. Gdy ukazują się na niebie, przedstawiają sobą obraz o bardzo delikatnej budowie. Chmury te najwyższe w troposferze są czystymi chmurami lodowymi i składają się wyłącznie z kryształków lodu. W Europie występują także na wysokości powyżej 10kilometrów. Ich zachowanie jest bardzo interesujące i pozwala wyjaśnić ruch powietrza w wyższych warstwach troposfery.

CHMURY WARSTWOWE
Chmury warstwowe (stratus) Najwyraźniej chmury warstwowe widoczne są podczas zbliżania się ciepłego powietrza nad obszar, w którym panują jeszcze znajdujące się nisko masy chłodnego powietrza. Niebieskie dotąd niebo staje się coraz bledsze, wokół Słońca występuje zjawisko halo . Po paru godzinach pokrywa chmur staje się gęsta i szara. Następnego dnia Słońca prawie już zupełnie nie widać, gdyż niebo zakrywają rozciągające się szare chmury. Mogą one mieć kształt warstwowy lub postrzępiony, ale w niektórych miejscach niekiedy są tak cienkie, że Słońce prześwieca przez nie jak przez mleczną szybę. Wraz ze wzrastającą możliwością opadu kolor nieba staje się coraz bardziej szary, coraz ciemniejszy. Odnosi się wrażenie, że warstwa chmur znajduje się coraz niżej. Podczas opadu lub też po nim dochodzi często do rozerwania chmur. Chmury warstwowe występują także w czasie tworzenia się mgły i to na różnych wysokościach. Fizyka. Chmury warstwowe, czyli stratus, występują albo w wyniku nasuwania się ciepłego powietrza nad chłodne i tworzenia się frontu ciepłego (patrz str. 80), albo też na skutek silne-go ochłodzenia w wyniku wypromieniowania ciepła (powstawanie mgły). Uwarstwienie w chmurach tego typu jest przeważnie stałe. Zarówno wznoszenie ciepłego powietrza, które w wyniku staje się chłodniejsze i tym samym wilgotniejsze, jak i wypromieniowanie ciepła z powierzchni gruntu, na przykład przy jasnej pogodzie zimowej, powoduje silne ochłodzenie powietrza. W obu przypadkach dochodzi do kondensacji, czyli skroplenia pary wodnej i tym samym do tworzenia się chmur. Również i chmury warstwowe występują w trzech wyróżnianych "piętrach" troposfery. 1. Wysokie chmury warstwowe: cirrostratus (Cs), na wysokościach ponad 6000 m. Mają one wygląd delikatnej, białej zasłony z chmur, często o budowie włóknistej. Chmury te złożone są z kryształków lodu. W warstwie chmur cirrostratus powstają zjawiska halo; 2. Średnie chmury warstwowe: altostratus (As), na wysokościach pomiędzy 2000 i 6000 metrów. Tworzą całe pola chmur o szarym, niekiedy niebieskawym zabarwieniu. Mają wygląd bezpostaciowy lub są lekko pręgowane. W tego typu chmurach nie występują zjawiska halo; 3. Niskie chmury warstwowe: nimbostratus (Ns), występują poniżej 2000 metrów. Stanowią wiszącą nisko i przesuwającą się warstwę chmur, które w lecie przynoszą deszcz, w zimie śnieg. Wiszącą nisko i przesuwającą się warstwę chmur w połączeniu z mgłą oznacza się tak-że jako stratus (St). Większa zdolność odbijania promieni słonecznych (albedo) przez położone nisko i rozciąg-nięte poziomo chmury warstwowe wpływa na zmniejszenie dopływu promieniowania. Niskie chmury warstwowe mają tym samym zdolność, w przeciwieństwie do bezchmurnego nieba, do ochładzania atmosfery ziemskiej. Wielkość i rodzaj zachmurzenia są ważne dla klimatu, ponieważ wpływają na zmianę przenoszenia energii poprzez promieniowanie elektromagne-tyczne w atmosferze. Rodzaj pogody. Chmury warstwowe przynoszą przede wszystkim sytuacje pogodowe zachodnie. Nadciąganie kolejno po sobie chmur cirrostratus, altostratus i nimbostratus oznacza na obszarze niskiego ciśnienia zbliżanie się frontu ciepłego i rozpoczynający się okres złej pogody. Opady wywoływane przez napływ ciepłego powietrza w cieplejszej porze roku są w wielu miejscach znane jako "opady ciągłe". W odpowiednio niższej temperaturze dochodzi do opadów śniegu. Na przedzie frontu ciepłego, tam gdzie ustępuje chłodne powietrze, tworzą się mgły (mgły przedfrontowe). Powstaje lekki lub umiarkowany wiatr.

CHMURY KŁĘBIASTE
Chmury kłębiaste (cumulus). Gdy na niebie zbiera się na burzę , stanowi to także sposobność do obserwacji rozwoju chmur kłębiastych. Początkowo są to małe, okrągłe chmurki na błękitnym niebie, które prawie nagle wyrastają na potężne wieżyce chmur. Uważny obserwator może dostrzec, jak wewnątrz tych chmur coś kipi i wrze, a one rosną na niebie coraz wyżej. Są to chmury o bardzo wyraźnie zaznaczających się, ostrych brzegach. Jednakże na górnych brzegach, przy burzliwej pogodzie, utworzone z chmur wieżyce ulegają postrzępieniu. Mówi się wtedy, że chmury ktębiaste "dymią". Nie każda chmura kłębiasta prowadzi jednak do po-wstania burzy. Latem często obserwujemy na niebie mniej rozbudowane chmury klębiaste, które tak szybko znikają, jak się pojawiły. Jest to tzw. cumulus pięknej pogody. A oto jeszcze inna przyczyna tworzenia się chmur ktębiastych. Napływ chłodnego powietrza nad ciepły obszar wywołuje potężne ruchy pionowe powietrza. Powstają wtedy również piętrzące się wysoko chmury kłębiaste (przykładem może tu być zmienna "pogoda kwietniowa"). Fizyka. Chmury kłębiaste, w przeciwieństwie do chmur warstwowych (patrz str. 92), mają budowę pionową. Zawdzięczają one swoje powstanie szybkiemu wznoszeniu się ("bąblom") ciepłego powietrza. Nazywane są też z tego powodu chmurami konwekcyjnymi lub termicznymi. Prądy wstępujące, na przykład w chmurach burzowych, wznoszą ciepłe powietrze na wysokość 6-8, a nawet 10 kilometrów. Szczególnie typowa jest struktura tych chmur w górnej części. Tworzone przez nie "baszty", "kopuły" czy "pagórki" połyskują często w świetle słonecznym oślepiająco biało. Od dołu natomiast chmury kłębiaste są szare, często bardzo ciemne, a układ odcieni ich barw jest w przybliżeniu poziomy. Oznaczają one obszar opadów ("poziom kondensacji"). Dla chmur kłębiastych typowe jest szybkie przekształcanie się. Chmury kłębiaste występują na różnych wysokościach: 1. Chmury kłębiaste wysokie: cirrocumulus (Cc), na wysokościach ponad 6000 metrów. Są to przeważnie ułożone regularnie (w szeregi) małe obłoczki, także delikatne białe kulki. Chmury lodowe; 2. Chmury kłębiaste średnie: altocumulus (Ac), na wysokościach między 2000 i 6000 metrów, znane jako "baranki". Są to chmury przypominające wyglądem nakładające się na siebie łuski, tworzące także walce lub kule, niekiedy postrzępione lub rozwleczone. Cumulonimbus (Cb), tworzący się na wysokościach między 1000 a 5000 metrów. Są to rozbudowane chmury burzowe, składające się z kropli wody i kryształków lodu. Towarzyszą im często opady krupy i gradu, jak również porywiste wiatry; 3. Chmury kłębiaste niskie: stratocumulus (Sc), na wysokościach poniżej 2000 metrów. Są to zwykle nisko zawieszone chmury w kształcie walca (przypominające "skiby ziemi"), barwy szarej lub szarobiałej, z ciemnymi częściami. Chmury kłębiaste wpływają silniej niż lodowe cirrusy na bilans promieniowania atmosfery i powierzchni ziemi, ponieważ zmniejszają one przepuszczalność atmosfery zarówno dla pro-mieni słonecznych, jak i fal długich promieniowania podczerwonego. Wysoka zdolność od-bijania przez te chmury światła słonecznego powoduje, że w przypadku bardzo gęstych i wysoko sięgających cumulusów około 80 procent promieniowania słonecznego jest odbijane. Właściwości te w pewnym stopniu zależą od stosunku grubości warstwy chmur do jej rozciągłości poziomej. W przypadku "baszt" ich ściany działają jako dodatkowe powierzchnie pochłaniające i emitujące. Tworzenie się chmur kłębiastych możliwe jest przy różnych stanach pogodowych.

PODCTAWOWE RODZAJE CHMUR
Cirrus:
Cirrus (chmury pierzaste), Cirrocumulus (chmury kłębiasto-pierzaste) oraz
Cirrostratus ( chmury warstwowo-pierzaste)-chmury piętra górnego-należą do najwyższych chmur troposfery. Występują przy najniższych temperaturach i składają się z kryształków lodowych. Z wyglądu chmury tych wszystkich trzech rodzajów są białe, na wpół przezroczyste, mało zasłaniające światło słoneczne. Różnice między tymi trzema rodzajami chmur są następujące. Cirrus (pierzaste) wyglądają jak pojedyncze delikatne włókna, ławice lub wąskie pasma o strukturze włókniste. Cirrocumulus (kłębiasto- pierzaste)- są to ławice, płaty lub warstwy o wyraźnie zaznaczonej budowie, składającej się z bardzo drobnych ziarenek, kłaczków, zmarszczek, kędziorków. Często są one podobne do zmarszczek na powierzchni wody lub piasku. Cirrostratus (warstwowo-pierzaste) mają wygląd cienkiej przejrzystej białawej zasłony, pokrywającej niebo całkowicie lub częściowo. Niekiedy można w nich wyróżnić włóknistą strukturę. Chmury te powodują często występowanie zjawisk optycznych, tzw. halo, tj. jasnych lekko zabarwionych pierścieni (kręgów) dookoła tarcz niebieskich ciał świecących (Słońca, Księżyca) o promieniach 22 i 46 albo kombinacji łuków tych kręgów. Zjawiska te powstają wskutek załamania światła w kryształkach lodowych, z których składają się chmury, oraz odbicia światła od ich krawędzi

Cirrocumulus:
Altocumulus (chmury średnie kłębiaste), chmury piętra średniego-są to warstwy lub ławice chmur białych lub szarych (bądź częściowo białych, częściowo szarych). Są one dość cienkie, pomimo to jednak mniej lub bardziej zacieniają Słońce. Te warstwy lub ławice są złożone z płatów, zaokrąglonych brył, walców itd., często ułożonych szeregami. Pozorna szerokość tych elementów chmurowych na sklepieniu niebieskim wynosi 1-5. Gatunki chmur średnich kłębiastych są bardzo różnorodne. Charakterystycznym dla nich zjawiskiem optycznym są wieńce-barwne pierścienie o stosunkowo (kilka stopni) promieniu, otaczające ciało niebieskie (Słońce, Księżyc). Są one spowodowane ugięciem światła w kropelkach wody, z których składają się chmury. W chmurach średnich kłębiastych można obserwować również iryzację: brzegi chmur zwrócone ku Słońcu mają zabarwienie w kolorach tęczy. Iryzacja wskazuje również, że chmury średnie kłębiaste składają się z bardzo malutkich jednorodnych, przy niskich temperaturach przechłodzonych, kropelek wody.

Cirrostratus:
Cirrostratus (Cs) - chmury warstwowo – pierzaste. Jest to delikatna biała zasłona (lub woal), która nie zaciera konturów słońca lub księżyca, lecz powoduje zjawisko halo1(rys. 58 B). Jest ona niekiedy przejrzysta i nadaje błękitowi nieba tylko mleczną barwę; niekiedy ma budowę włóknistą o pasmach poplątanych. Wysokość występowania 6,5 - 10 km.

Altocumulus:
Altocumulus (Ac) - chmury średnie kłębiaste. Tworzą one warstwę lub ławicę złożoną z płaskich brył lub walców. Najmniejsze warstwy, które są jeszcze regularnie ułożone, są cienkie i miejscami mają cienie. Pojedyncze elementy układają się w grupy, ciągi i zwoje w jednym lub dwu kierunkach. Wysokość występowania 3 - 5.5 km.

Altostratus:
Altostratus (chmury średnie warstwowe) w zasadzie należą również do piętra średniego, jednak ich górne części mogą przenikać i do piętra górnego. Ich pionowa grubość wynosi już kilometry; jest to płat lub warstwa chmur. szarawych albo niebieskawych, pokrywających niebo całkowicie lub częściowo. Przynajmniej w niektórych miejscach tych chmur można widzieć tarczę Słońca lub Księżyca, jednak tylko w postaci rozmazanej plamy, jak gdyby przez matowe szkło. Chmury średnie warstwowe są typowymi chmurami mieszanymi: obok nadzwyczaj drobnych kropelek wody występują w nich również drobne płatki śniegu. Dlatego takie chmury dają opady. Opady te jednak są bardzo słabe i podczas ciepłej pory roku z reguły wyparowują w drodze ku powierzchni Ziemi. W zimie z tych chmur pada często drobny śnieg.

Stratocumulus:
Stratocumulus (chmury kłębiasto – warstwowe) są położone w dolnym piętrze i składają się z ławic lub warstw szarych lub białawych chmur, mających prawie zawsze niektóre części o ciemniejszym zabarwieniu. Chmury te zbudowane są z takich samych elementów jak i chmury średnie kłębiaste: z płatów, zaokrąglonych brył, walców ; jednak człony te są większe niż w przypadku Altocumulus. Człony te są ułożone przeważnie regularnie szeregami. W większości przypadków chmury kłębiasto - warstwowe składają się z drobnych, jednorodnych kropelek, przy ujemnych temperaturach przechłodzonych, i nie dają opadów. Zdarza się jednak, że pada z nich słaba mżawka lub przy niskich temperaturach bardzo drobny śnieg.

Stratus:
Stratus (chmury niskie warstwowe) są również położone w dolnym piętrze atmosfery. Są to chmury najbliższe powierzchni Ziemi: na terenie równinnym ich wysokość nad powierzchnią Ziemi może wynosić zaledwie kilkadziesiąt metrów. Jest to z wyglądu jednorodna, szara warstwa, składająca się z kropelek wody, z której może padać mżawka. Lecz przy dostatecznie niskich temperaturach występują w tych chmurach elementy stałe; wówczas mogą wypadać z nich na Ziemię słupki lodowe, drobny śnieg lub krupa śnieżna. Zjawisko halo w chmurach tych nie występuje; tarcza słoneczna, o ile prześwieca przez chmury , ma wyraźne zarysy. Czasami chmury niskie warstwowe mają postać postrzępionych ławic; wówczas nazywają się Fractostratus (chmury niskie warstwowe, postrzępione).

Nimbostratus:
Nimbostratus ( chmury warstwowe deszczowe ) mają wspólne pochodzenie z Altostratus ( chmurami średnimi warstwowymi ). Tworzą one warstwę o znacznej grubości, dochodzącej do kilku kilometrów, mającej początek w piętrze dolnym i rozprzestrzeniającej się do piętra średniego, a często również i do górnego. W górnej części warstwy budowa tych chmur jest podobna do budowy tych chmur Altostratus ( średnich warstwowych ), natomiast w dolnej mogą one zawierać również duże krople wody oraz płatki śniegu. Dlatego warstwa tych chmur ma wygląd bardziej ciemnoszary; tarcze ciał niebieskich przez nią nie przeświecają. Z tych chmur z reguły pada ciągły deszcz lub śnieg, dosięgający powierzchni Ziemi. Pod warstwą chmur warstwowych deszczowych występują często bezkształtne skupienia niskich poszarpanych chmur, szczególnie " ponurych ' na tle chmur warstwowych deszczowych.

Cumulus:
Cumulus (chmury kłębiaste) - są to oddzielne chmury występujące w piętrach dolnym i środkowym, z reguły gęste, o wyraźnie zarysowanych konturach, rozwijające się w kierunku pionowym w kształcie pagórków, kopuł lub wież, których część przypomina kalafior. Oświetlone przez Słońce części tych chmur są przeważnie lśniąco białe. Ich podstawy są stosunkowo ciemne i mniej lub bardziej poziome. Pod Słońce wydaje się, że chmury są ciemne, otoczone jasną obwódką. Chmury kłębiaste występują często tak licznie, że tworzą ławice. Czasami mają one postrzępione brzegi i wówczas noszą nazwę Fractocumulus (chmury kłębiaste postrzępione). Chmury kłębiaste składają się tylko z kropel wody i zwykle opadów nie dają. Jednak w obszarach zwrotnikowych, gdzie wodność chmur jest duża, wskutek łączenia się poszczególnych kropli, chmury te mogą dawać nieduże deszcze.

Cumulonimbus:
Cumulonimbus (chmury kłębiaste deszczowe) stanowią dalsze stadium rozwojowe chmur kłębiastych. Mają one postać potężnych mas kłębiastych o dużej pionowej rozciągłości w kształcie gór i wielkich wież i sięgają często od piętra dolnego aż do górnego. Przesłaniając Słońce, mają "ponury" wygląd i zmniejszają w dużym stopniu oświetlenie. Ich wierzchołki są spłaszczone mają włóknistą, prążkowaną strukturę i często charakterystyczny kształt kowadła. W górnych częściach chmury kłębiaste deszczowe składają się z kryształków lodu, natomiast w dolnych - z kryształków lodu oraz kropelek wody różnych wielkości, do największych włącznie. Dają one opady przelotne (ulewy); są to deszcze o dużym natężeniu, którym towarzyszy niekiedy grad, a w zimie - obfity, gęsty śnieg i krupa. Związane są z nimi często zjawiska burzowe. Dlatego chmury te nazywane są też chmurami burzowymi. Na ich tle obserwuje się często tęczę. Pod podstawą tych chmur, podobnie jak i pod podstawą chmur warstwowych deszczowych, występują często skupienia chmur postrzępionych (gatunku Fractostratus lub Fractocumulus ).

MGŁA
Mgła składa się z drobniutkich kropelek wody, które nie zamarzają nawet wtedy, gdy temperatura powietrza spada poniżej 0. Wymiary tych kropelek są bardzo rozmaite: przeciętna ich średnica wynosi 0,02mm.
W temperaturach bardzo niskich mgła składa się z kryształków lodu. Wskutek drobnych wymiarów kropelki mgły unoszą się w powietrzu i opadają bardzo powoli. Charakterystyczną cechą mgły jest jej przezroczystość, co powoduje zmniejszenie odległości widzenia.
Rozróżniamy mgły radiacyjne i adwekcyjne.

Mgły radiacyjne powstają wskutek wypromieniowania ciepła z powierzchni ziemi i z przyległych do niej warstw powietrza. Tego rodzaju mgły powstają nad lądem zimą podczas pogody wyżowej, gdy jest pogodne niebo i słaby wiatr. W tych warunkach w nocy oziębia się powierzchnia ziemi, a od niej przylegające warstwy powietrza. Zazwyczaj powstawanie mgły związane jest z inwersją temperatury. Mgła taka może sięgać do kilkuset metrów wysokości. Jest to typ mgły górnej. Mgły radiacyjne dolne są rezultatem dużego ochłodzenia się powietrza w ciągu jednej (u nas mgły jesienne podczas nocy o bardzo słabym wietrze). Powstają one wskutek inwersji termicznych w dolnych warstwach atmosfery. Do tej samej kategorii należą mgły tworzące się w lecie po zachodzie słońca nad polami, tzw. mgły przyziemne. Przyczyna ich powstawania są, poza wypromieniowaniem, także jądra kondensacyjne, które przed wieczorem, gdy nie ma prądów wstępujących, opadają w dół. Jądra absorbują parę wodną, w wyniku czego tworzy się mgła. Jeśli powietrze jest suche, to mgła występuje tylko nad bagnami i mokrymi łąkami, co jest spowodowane właściwościami cieplnymi gruntu.

Mgła adwekcyjna powstaje wskutek ochłodzenia się masy powietrznej, gdy przesuwa się ona w kierunku poziomym. Bardziej trwałe i gęstsze są mgły powstające w czasie przesuwania się mas powietrza ciepłego i wilgotnego po podłożu chłodnym. Mniej trwałe i rzadsze są mgły powstające przy przesuwaniu się powietrza chłodnego po podłożu ciepłym i wilgotnym. Mgły adwekcyjne powstają późną jesienią, zimą albo wczesną wiosną, gdy wilgotne ciepłe powietrze przemieszcza się nad chłodnym podłożem do większych szerokości geograficznych. Gęste mgły adwekcyjne powstają na morzach i u brzegów mórz w ciepłej porze roku, przy przesuwaniu się powietrza znad cieplejszego lądu nad chłodniejsze morza. Silne mgły powstają w chłodnej porze roku, przy napływaniu nad ląd ciepłego powietrza morskiego. Na oceanach mgły adwekcyjne powstają w miejscach, gdzie spotykają się prądy chłodne a z prądami cieplnymi (np. ciepły Golfstrom z chłodnym Prądem Labradorskim). Nad lądem mgły powstają w chłodnej porze roku, nad morzem - w ciepłej.
Nad rzekami i jeziorami mogą powstawać tak zwane mgły z wyparowania; powstają one wtedy, gdy ciepła powierzchnia wody paruje do chłodnego powietrza. Najczęściej tego rodzaju mgły występują nad rzekami i jeziorami w jesieni. Zimą mgły powstają często także nad nie zamarzniętymi morzami.

ZACHMURZENIE
Zachmurzenie i jego przebieg roczny.
Wielkość pokrycia sklepienia niebieskiego przez chmury nazywa się zachmurzeniem. Zachmurzenie określa się w dziesiątych częściach pokrycia nieba przez chmury. Jeżeli chmury całkowicie pokrywają niebo, zachmurzenie oznacza się liczbą 10, przy całkowicie pogodnym (bezchmurnym) niebie - liczbą 0. Przy obliczaniu średnich wartości można podawać również dziesiąte części jedności , np. 5,7 oznacza , że chmury pokrywają 57% sklepienia niebieskiego.

W służbie pogody stosuje się specjalny klucz do szyfrowania zachmurzenia, w którym wszystkie stopnie pokrycia nieba objęte są liczbami od 0 do 8; liczba 9 jest zarezerwowana dla oznaczenia przypadku, gdy zachmurzenia nie można określić z powodu ciemności, mgły, burzy pyłowej itp.

Zachmurzenie ocenia się zazwyczaj przez obserwatora wizualnie bez użycia przyrządów, jednak istnieją do tego celu również przyrządy, np. w postaci wypukłego, półkolistego lustra, odbijającego całe sklepienie niebieskie; odbicie to fotografowanie za pomocą aparatu, umieszczonego u góry w pewnej odległości nad lustrem.

Przyjęto oceniać osobno zachmurzenie przez wszystkie chmury niezależnie od ich wysokości (zachmurzenie ogólne) oraz osobno przez wszystkie chmury piętra dolnego, a w przypadku ich braku - przez wszystkie chmury piętra średniego (zachmurzenie "dolne"). Jest to rzeczą bardzo istotną, bo wysokie, a częściowo i średnie chmury mniej, zasłaniają światło słoneczne i mają mniejsze znaczenie pod względem praktycznym (np. dla lotnictwa). Dalej mowa będzie tylko o zachmurzeniu ogólnym.

Zachmurzenie ma duże znaczenie dla obiegu ciepła na Ziemi. Odbija ono bezpośrednie promieniowanie słoneczne i wskutek tego zmniejsza jego dopływ do powierzchni Ziemi. Zwiększa również rozproszenie promieniowania, zmniejsza promieniowanie efektywne, zmienia warunki oświetlenia. Aczkolwiek współczesne samoloty latają powyżej chmur średniego i nawet górnego piętra, zachmurzenie może utrudniać start i lądowanie samolotów, przeszkadzać w orientacji bez przyrządów, może zagrażać oblodzeniem samolotu itp.

2. Przebieg dobowy zachmurzenia jest złożony i zależy przeważnie od rodzaju chmur. W przypadku chmur niskich warstwowych (St) I warstwowych kłębiastych (Sc), których powstawianie jest związane z ochłodzeniem się powietrza od podłoża ziemskiego i względnie słabym turbulęcyjnym przenoszeniem wraz z powietrzem pary wodnej do góry, maksimum zachmurzenia występuje w godzinach nocnych i porannych. Przeciwnie chmury typu kłębiastego, związane z chwiejną stratyfikacją i dobrze rozwiniętą konwekcją powstają przeważnie w godzinach dziennych i zanikają w nocy. Nad morzem, gdzie dobowy przebieg temperatury podłoża nie wykazuje prawie zmian chmury konwekcyjne nie mają również tych zmian w ciągu doby lub też słabe maksimum przypada w tym przypadku na godziny poranne. Chmury wznoszenia wślizgowego, występują na powierzchniach frontowych, również nie wykazują wyraźnego przebiegu dobowego.

Wobec tego w przebiegu dobowym nad lądem w szerokościach umiarkowanych w lecie zaznaczają się dwa maksima: rano i większy po południu. W chłodnej porze roku, kiedy konwekcja jest mała lub nie występuje wcale, przeważa maksimum poranne, które może być w jednym (rys. 69). Na obszarach zwrotnikowych przeważa przez cały rok maksimum popołudniowe, ponieważ tam powstawanie chmur jest głównie związane z procesami konwekcyjnymi. Dla przykładu wspomnimy, że w Wiedniu w ciągu całego roku maksima zachmurzenia przypadają przeciętnie na godziny 8 i 14, zaś minima - na 12 i 22, Całkowita amplituda wahań dobowych zachmurzenia w Wiedniu wynosi 0,8, czyli mniej niż 0,1 pokrycia nieba. W typowym klimacie morskim jest ona jeszcze mniejsza.

Rodzaje opadów i osadów
Opadami nazywamy tę ilość wody, która w postaci ciekłej lub stałej spada na powierzchnię ziemi, bądź tworzy się na niej jako rezultat kondensacji pary wodnej. Do pierwszej grupy należą: deszcz, śnieg, krupa i grad, a do drugiej: rosa, szron, sadź, gołoledź. Grupę pierwszą nazywamy opadami, grupę drugą- osadami.

Deszcz.
Deszczem nazywamy krople wody spadające z chmur. Spadanie kropel następuje, gdy ich rozmiary przekroczą wielkość, przy której nie mogą się już utrzymać w powietrzu, to znaczy, że nawet siła prądu wstępującego nie może zrównoważyć siły ciężkości spadających kropel. Mechanizm narastania kropel ze stanu mgły do stanu deszczu mżącego nie jest jeszcze dostatecznie wyjaśnione. Najprostszym z przypuszczeń jest to, że krople deszczu powstają przez łączenie się elementów chmury, którymi są albo kropelki mgły, albo kryształki lodowe. Elementarne kropelki mgły otoczone są warstewką powietrza adsorpcyjnego i mogą istnieć zawieszone obok siebie w powietrzu. Aby wytworzyła się jedna kropla deszczu, muszą się połączyć ze sobą tysiące kropelek elementarnych.

Ś n i e g.
Kropelki wody przechłodzonej znajdującej się w chmurach mogą w pewnych warunkach przejść w stan lodu i dać opad na powierzchnię ziemi w postaci stałej: śniegu, krupy lub gradu. Który z tych trzech rodzajów opadu powstanie w danych warunkach, zależy od wilgotności względnej, przy jakiej następuje kondensacja pary wodnej.

Jeśli prężność pary wodnej zawartej w powietrzu nieznacznie przekracza prężność pary nasyconej nad lodem, wówczas tworzą się normalne, pełne kryształy lodowe. Woda, jak wiadomo, krystalizuje w układzie heksagonalnym (sześciokątnym). Równomiernie rozwinięty kryształ lodowy ma postać ostrosłupa. Przy silniejszym rozwoju wzdłuż osi przybiera on kształt sześciokątnego słupka, przy silniejszym zaś rozwoju w kierunku podstawy - kształt blaszki sześciokątnej. Jeśli zatem prężność pary wodnej nasyconej przekracza prężność pary wodnej nad lodem, ale nie jest mniejsza niż prężność pary nasyconej nad wodą, wówczas kondensacja następuje na narożach kryształów pełnych. Kryształ będzie więc wzrastał przede wszystkim na wierzchołkach. Jeśli krystalizacja odbywa się dalej, kąty kryształu stają się ramionami tak zwanego szkieletu krystalicznego albo gwiazdki śniegowej. W dalszym ciągu na narożach ramion gwiazdki może się odbywać krystalizacja dająca nowe naroża, na których znowu może się odbyć krystalizacja itd. W rezultacie powstają formy złożone, zawsze sześcioramienne o bardzo urozmaiconej kompozycji.

Przy dalszym wzroście przesycenia, gdy prężność pary nasyconej przekracza maksymalną prężność w stosunku do wody, wówczas kryształ rośnie nie tylko w płaszczyźnie symetrii, ale także w innych płaszczyznach. Powstaje wówczas forma zbliżona do kuli, tzw. sferokryształ. Opad składający się z tego rodzaju produktów krystalizacji nazywa się k r u p ą. Wskutek szybkiego wzrostu kryształków, spowodowanego znacznym przesyceniem pary wodnej, powstają w nich napięcia wewnętrzne, powodujące spękania i szczeliny. W dalszym ciągu brzegi szczelin wzrastają, tworząc odgałęzienia dające nowe szczeliny itd. W rezultacie, gdy te odgałęzienia dostatecznie blisko przylegają jedno do drugiego, tworzy się kula o strukturze włóknistej, pokryta drobnymi szczerbkami, które są końcami poszczególnych odgałęzień. Do ziarn krupy mogą przymarzać kropelki przechłodzonej wody. Przy nagłym zamarzaniu wydziela się ciepło utajone topnienia , które zwiększa siłę nośną chmury. Dopóki w chmurze jest jeszcze woda w postaci płynnej, jądro krupy, podtrzymywane prądem wznoszącego się powietrza, styka się ciągle z przechłodzonymi kropelkami wody i pokrywa się warstwami przezroczystych i nieprzezroczystych powłoczek lodowych. W ten właśnie sposób najprawdopodobniej powstaje grad.

Grad
Są to kawałki lodu o kształtach nieprawidłowych, zwykle kulistych lub jajowatych. Rozmiary bryłek gradowych najczęściej wahają się od 5 do 15 mm, jakkolwiek nieraz dochodzą do wielkości pomarańczy.
Niekiedy gradziny wskutek długiego przebywania w strefie silnych prądów występujących oraz wielokrotnego ich unoszenia do góry i opadania w dół mogą osiągać ogromny ciężar, przekraczający 0,5kg. We Francji zaobserwowano gradziny o ciężarze 0,8kg i 140 mm średnicy, zaś w Karyntii i Styrii o ciężarem 1kg i 170 mm średnicy. Są to oczywiście przypadki wyjątkowe. Występowanie gradu w różnych miejscach jest rozmaite: w jednych grady występują często, w drugich-rzadziej. Wynika z tego, że o występowaniu gradu oprócz czynników atmosferycznych decydują także czynniki ziemskie, jak rzeźba terenu i pokrycie. Ostatnio zauważono, że na bieg szlaków gradowych ma wpływ podłoże geologiczne i związany z tym stopień jonizacji powietrza. Na podłożu granitowym powietrze jest bardziej zjonizowane i grad występuje częściej niż na podłożu wapiennym, gdzie jonizacja jest słabsza i grad pojawia się rzadziej. Znajomość częstości występowania gradu na danym terenie pozwala ocenić ryzyko uprawy roślin.

Rosa i szron.
Oba te rodzaje osadów powstają wtedy, gdy przedmioty na powierzchni ziemi (a od nich przylegające powietrze) tracąc ciepło przez wypromieniowanie oziębiają się poniżej punktu rosy. Ilość pary wodnej w powietrzu staje się zbyt duża w stosunku do obniżonej temperatury, a nadmiar jej skrapla się i osiada na oziębionych przedmiotach. Jeżeli temperatura punktu rosy jest większa od 0, powstaje rosa, jeżeli zaś leży poniżej 0, tworzy się szron, złożony z kryształków lodu. Rosa w naszym klimacie daje małe ilości wody (0,1-0,4 mm warstwy wody w ciągu jednej nocy), w klimatach zaś gorących występuje obficiej wskutek dużej wilgotności powietrza. Na intensywność rosy wpływają: pogodne niebo, przezroczyste powietrze, cisza lub najwyżej słaby wiatr. Rosa obficiej powstaje w zagłębieniach terenu niż na wysokościach. Jesienią wskutek większej zawartości pary wodnej w powietrzu mamy więcej rosy niż wiosną.

Sadź
Nazwą tą określamy dwa zjawiska: sadź miękką i sadź twardą. Sadź miękka powstaje wtedy gdy podczas mgły składającej się z przechłodzonej wody cząsteczki jej zetkną się z jakimkolwiek ciałem stałym; przechłodzona woda zamarza, tworząc na przedmiotach uwarstwioną masę o znacznej grubości i barwie szarej. Sadź twarda tworzy się wtedy, gdy po silnych i długotrwałych mrozach powieje ciepły i wilgotny wiatr. Wtedy na wyziębionych przedmiotach tworzy się nieprzezroczysta ziarnista powłoka. Podczas gdy sadź miękka jest utworem krystalicznym, sadź twarda jest utworem bezpostaciowym.

Zjawiska sadzi i szronu są do siebie podobne, jednak istnieje między nimi wyraźna różnica. Sadź może się utworzyć w dowolnej porze dnia, gdy tymczasem szron występuje tylko podczas pogodnej nocy. Szron może osadzić się tylko na nieprzewodnikach, sadź natomiast osadza się także na metalach. Szron jest właściwy wszystkim klimatom, sadź zaś występuje tylko w klimatach bardziej chłodnych - w zimniejszej porze roku.

Gołoledź.
Powstaje przy padaniu kropel przechłodzonego deszczu, który po zetknięciu się z powierzchnią ziemi, drzewami i innymi przedmiotami zamarza, tworząc na nich gładką i przezroczystą powłokę lodową. Gołoledź może powstać także podczas zwykłego deszczu, gdy pada on po silnych i długotrwałych mrozach. Przyczyną gołoledzi mogą być także mgły roszące, opadające na ochłodzone przedmioty. W pewnych wypadkach gołoledź osadza lód w tak dużej ilości, że łamią się gałęzie i pnie drzew, a przewody telefoniczne i elektryczne mogą być zerwane.
Zjawiska optyczne w chmurach

Halo
W ścisłej łączności z chmurami są obserwowane w atmosferze różne zjawiska optyczne (fotometeory). Zjawiska te nie mają znaczenia praktycznego, jednak dostarczają pewne wiadomości o charakterze chmur, w których są obserwowane. Są one wywołane odbiciem, załamaniem i ugięciem światła w chmurowych kropelkach wody lub kryształkach lodu.

W chmurach piętra górnego zbudowanych z kryształków lodowych, zwłaszcza w chmurach warstwowo - pierzastych, powstają zjawiska, zwane halo. Tak nazywają się przede wszystkim jasne pierścienie (kręgi) o promieniu 22 stopni kątowych (mały pierścień halo) lub 46 (duży pierścień halo) o środkach, położonych w środku Słońca lub Księżyca. Pierścienie te są słabo zabarwione w kolorach tęczy (czerwony wewnątrz). Oprócz pierścieni, które są podstawowymi postaciami zjawisk halo, są obserwowane pozorne Słońca - słabo zabarwione jasne plamy, położone na tym samym poziomie co Słońce i w tej samej odległości kątowej od niego, co i pierścienie (22 lub 46). Wymienionym pierścieniom towarzyszą niekiedy różne od nich łuki styczne. Występują również pionowe słupy świetlne, przechodzące przez tarczę Słońca lub Księżyca i obserwowane powyżej i poniżej tych ciał niebieskich, oraz bezbarwny poziomy krąg przysłoneczny, położony na tej samej wysokości kątowej co Słońce.

Wieńce
W znajdujących się przed tarczą Słońca lub Księżyca cienkich chmurach, zbudowanych z drobnych, jednorocznych kropelek wody (zazwyczaj są to chmury średnie kłębiaste) obserwuje się wieńce. Wieńce te występują również we mgle dookoła sztucznych źródeł światła. Główną, a często jedyną, częścią wieńca jest jasny pierścień o niewielkim promieniu, otaczający bezpośrednio tarczę ciała niebieskiego (lub sztucznego źródła światła). Pierścień ten ma zabarwienie niebieskawe, a na zewnątrz czerwonawe. Nazywają go też aureolą. Może on być otoczony jednym lub kilkoma dodatkowymi, jasnymi pierścieniami o takim samym zabarwieniu, nie stykającymi się bezpośrednio ani z pierwszym z wymienionych kręgów, ani też ze sobą. Promień wieńca bywa rzędu 1-5. Jest on odwrotnie proporcjonalny do średnicy kropelek w chmurze; dlatego na podstawie jego rozmiarów można określać wielkość kropelek, znajdujących się w chmurach.

Wieńce wywołane są ugięciem światła przez bardzo drobne kropelki chmurowe, które tworzą jakby siatkę dyfrakcyjną. Dookoła każdego punktu tarczy ciała niebieskiego powstaje jedno lub kilka widm dyfrakcyjnych mających kształt kręgów. Nakładają się one jedne na drugie, przy czym barwy ich zlewają się, co daje w wyniku odcień niebieskawy. Jedynie widma, wytworzone przez punkty leżące na skrajach tarczy ciała niebieskiego, tworzą po zewnętrznej stronie każdego pierścienia otok o zabarwieniu czerwonawym.

Wieńce dookoła sztucznych źródeł światła o małych rozmiarach (w porównaniu z rozmiarami tarcz ciał niebieskich) mają bardziej bogate barwy tęczy.

Zjawisko iryzacji chmur w istocie jest tego samego pochodzenia co i wieńce.

Bardzo interesujące jest zjawisko glorii. Gloria podobna jest do wieńca, jednak powstaje nie dookoła Słońca lub Księżyca, lecz dookoła punktu, położonego po stronie przeciwnej względem tarczy ciała niebieskiego. Zjawisko to występuje na chmurach, położonych na wprost przed obserwatorem, albo niżej od niego, tj. w górach lub przy obserwacjach z samolotu. Na te same chmury pada cień obserwatora i wówczas wydaje się, że gloria otacza cień jego głowy. Gloria powstaje wskutek ugięcia się światła, uprzednio odbitego od kropelek chmur, tak że powraca ono od chmur w tym samym kierunku, w jakim na nie padało.

Uwaga. Jeśli chmura lub mgła są dość blisko obserwatora, jego cień wydaje się bardzo duży; nazywa się to wówczas zjawiskiem Brockena, niezależnie od tego czy jest otoczony, czy też nie jest otoczony barwną glorią.

Tęcza
Wszyscy znają efektowne zjawisko tęczy, Tęczę obserwuje się na tle chmur, z których pada deszcz, jeżeli chmury te są oświetlone przez Słońce, a więc są położone naprzeciwko niego. Jest to jasny łuk o promieniu ok. 42, zabarwiony na kolory widma po zewnętrznej stronie -na czerwono, po wewnętrznej - na fioletowo, a pomiędzy nimi znajdują się pozostałe barwy widma. Łuk tęcz stanowi część okręgu, którego środek leży na linii prostej, łączącej środek tarczy słonecznej z okiem obserwatora.(niekiedy występuje również tęcza księżycowa). Gdy obserwator przesuwa się, wraz z nim przesuwa się również widziana przez niego tęcza. Jeśli Słońce znajduje się nisko nad horyzontem, łuk tęczy jest zbliżony do półokręgu, natomiast gdy Słońce znajduje się wysoko nad horyzontem, środek tęczy leży głęboko pod horyzontem i ponad horyzontem widoczny jest jedynie nieduży, nisko położony łuk. Przy wysokości Słońca wynoszącej 42 i więcej tęczy nie widać wcale. Z samolotu czasem można widzieć tęczę w postaci prawie pełnego okręgu.

Oprócz łuku głównego często występuje słabszy łuk wtórny o promieniu wynoszącym ok.50 o fioletowym zabarwieniu po stronie zewnętrznej a niekiedy również łuk trzeci i czwarty. Czasami można obserwować łuk wtórny również wewnątrz łuku głównego. Natężenie światła, szerokość i barwa tęczy wahają się w szerokim przedziale w zależności od rozmiarów kropel.

Warunki, przy których obserwuje się typową tęczę (oświetlona przez Słońce chmura z deszczem), mają przeważnie miejsce w przypadku chmur kłębiastych deszczowych. Dostatecznie duże krople, z których składają się te chmury lub padający deszcz, konieczne są by mogła powstać typowa tęcza. Lecz tęcza może czasami występować na tle chmur i o drobnych kroplach, a nawet na tle mgły. W takim przypadku jest ona szeroka, koloru prawie białego, o słabo zabarwionych brzegach.

Tęczę obserwuje się również w bryzgach fal morskich, a także wodospadów lub fontann.

Przyczyną powstawania tęczy jest załamanie promieni słonecznych (względnie księżycowych) przy ich wejściu do kropli i wyjściu z niej, odbiciem ich wewnątrz kropli oraz ugięciem przez krople.